冗余控制系统在DB钻机中的应用_电机_直流调速

冗余控制系统在DB钻机中的应用

2008/8/19 0:00:00

交流变频电动钻机常规控制系统以S7-300PLC为控制核心，通过现场总线把数字化设备组成PROFIBUS-DP网络，实现变频器、整流器、智能远程司钻监控、人机界面、自动送钻、一体化仪表、电子防碰等系统间的高速通讯，上位工控机实施监控、存储各个系统的运行状态并提出故障时的诊断报文。上位工控机4IPC、自动化级（PLC）、数字传动级和司钻操作台通过PROFIBUS-DP总线连接，构成网络系统，参数双向传递，显示一体化钻井仪表参数及画面，各种状态提示和帮助文本显示，为钻井工程创建数字化、信息化、智能化的管理平台，最终实现对系统各装置的远程数据传输和故障监控，优化控制和检测整个钻井过程。

在石油钻井生产领域，容错和可靠性的要求越来越高，有故障引起的停机停钻将会带来巨大的经济损失。针对河南油田现场实际要求，控制系统应具备很好的冗余功能，保证系统正常工作。因此，在系统设计上应用冗余控制系统或高性能的S7-400H系统，整个系统硬件冗余,系统采用双CPU、双触摸屏，双I/O模块和接口。与常规相比有3个特点：①整个系统硬件冗余,保证数据高速同步 ②触摸屏及工控机之间分别都实现环网，数据同步③CPU切换时不会有数据丢失，切换平滑无干扰.

S7-400系统是一个三级控制系统，由管理计算机、过程控制系统组成，2套系统同时工作，互为冗余，可以有效保证人以一套出现CPU、I/O模块损坏或通讯中断等故障时，另一套都能自动投入

与常规系统相比，该系统增加冗余控制系统、冗余网络系统、冗余启动系统，提高了系统的可靠性。河南油田ZJ70DB钻机控制系统采用西门子高性能的S7-400H系统，以实现钻机司钻智能化控制，实现绞车、转盘、钻井泵的全称调速，确保钻进安全、高效。2008年6月1日，在双河油田毕深1井压井作业时，ZJ70DB曾出现司控房与VFD房通讯突然中断，造成绞车、钻井泵、等设备操作实效，PC柜ET200电源故障造成电控组件大面积损坏，冗余控制系统和应急操作全部瘫痪。为此，河南油田技术人员对电控系统进行了一下整改和完善：

1 更换PC柜内ET200M扩展架上模块的供电方式，由以前的单电源供电改为三电源供电。

2 增加PO1S操作面板，在司控房和VFD通讯中断、VFD内部通讯中断、CPU不能工作，通过手动修改装置参数，利用OP1S操作面板在FVD房装置上直接启动1#、2#、3#、钻井泵，以便快速建立井内钻井液循环。

3 在司控房和和VFD通讯中断、VFD内部通讯中断、CPU不能工作时，会造成在司控房无法完成绞车与自动送钻电动机的离合器的操作，还会使盘刹连锁动作，盘刹操作实效，在司控台内不能解除盘刹连锁能力，此时需手动操作阀门，挂合离合器和手动解除盘刹，利用自动送钻的能耗制动动能，悬停钻具，在自动送钻装置手动给定速度，上提或下放钻具。

4 在司控房和和VFD通讯中断、VFD内部通讯中断、CPU不能工作时，或主电机装置、给定、通讯中断，绞车失去动力，通过手动修改自动送钻装置参数，在VFD房启动装置，恢复绞车的提升能力。

5 在司控房和和VFD通讯中断、VFD内部通讯正常，工控机通讯正常的情况下，在工控机上增加一套应急界面程序，通过工控机应急界面启动钻井泵和绞车电动机。

为确保系统的可靠性，应进一步完善旁路应急系统，在司钻台上设计保留常规的绞车、转盘、钻井泵调速手轮、常规的指重表、转盘转速仪表、转盘电流仪表，以便在应急情况下使用。