• 冗余控制系统在DB钻机中的应用———冗余控制系统在DB钻机中的应用
    河南南阳油田钻井公司

         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。

     
     
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