1、基于PROFIBUS-DP的ZJ70DB 司鉆控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究題目：2目錄CONTENTS課題意義及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀課題研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容和擬解決的關(guān)鍵性問(wèn)題擬采取的研究方法、技術(shù)路線、試驗(yàn)方案及其可行性分析課題的創(chuàng)新性與本課題有關(guān)的工作積累交流變頻電驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)已經(jīng)成為了世界石油鉆機(jī)發(fā)展的主流，對(duì)它的控制系統(tǒng)的研究十分必要的。在石油鉆機(jī)的設(shè)計(jì)中，電控系統(tǒng)通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的工況可以有效的提高鉆機(jī)的可靠性、降低鉆井成本。在鉆進(jìn)過(guò)程中，隨著鉆井深度的不斷增加，地質(zhì)條件的變化對(duì)鉆進(jìn)的鉆壓和轉(zhuǎn)速的控制精度有了更高的要求。石油鉆機(jī)自動(dòng)化水平的提高一方面可以降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)效益；另一方面對(duì)提高我國(guó)石油

2、鉆機(jī)在國(guó)際鉆井市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，開(kāi)拓海外石油市場(chǎng)也有著重要的意義。隨著海洋石油開(kāi)采需求的加劇，陸地鉆機(jī)司鉆控制系統(tǒng)的研究對(duì)海洋鉆機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)有一定的借鑒作用。為什么選擇這個(gè)課題34 為了更好的提高鉆機(jī)在復(fù)雜鉆井過(guò)程中的鉆進(jìn)性能，無(wú)論是提高鉆進(jìn)速度還是優(yōu)化鉆井控制，關(guān)鍵在于提高對(duì)絞車的控制。國(guó)外電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)外先進(jìn)的鉆機(jī)生產(chǎn)廠商非常注重對(duì)鉆機(jī)絞車控制系統(tǒng)的改進(jìn)，隨著四象限控制技術(shù)以及自動(dòng)送鉆技術(shù)的發(fā)展，大大提高了鉆機(jī)的整體性能。GH 3300 EG AG-2G絞車絞車型號(hào) GH 3300 EG AG-2G馬力HP3300鉤載kN 7920最快提升速度m/s1.02重量t52 外形尺寸（長(zhǎng)寬

3、高）mm 720035002500德國(guó)WIRTH公司E-3000-AC絞車絞車型號(hào) E-3000-AC額定輸入功率kw 2200最大快繩拉力kN 799鋼絲繩直徑mm 45 滾筒尺寸（直徑寬度）mm 9901824 重量t 60外形尺寸（長(zhǎng)寬高）mm 870032003150德國(guó)BENTEC公司國(guó)內(nèi)電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀2007年11月，寶雞石油機(jī)械有限公司研制成功我國(guó)首臺(tái)12000m特深井鉆機(jī)。ZJ120/9000DB鉆機(jī)是目前全球最先進(jìn)的特深井陸地石油鉆機(jī)，鉆機(jī)的總體技術(shù)方案和集成技術(shù)，目前在國(guó)際上屬領(lǐng)先水平。鉆機(jī)采用國(guó)際最先進(jìn)的全數(shù)字交流變頻控制技術(shù)，作業(yè)全部實(shí)現(xiàn)智能化控制，具有控制精度高，

4、功率因子高，兼容、容錯(cuò)性能好等特點(diǎn)。產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn):國(guó)內(nèi)最大功率6000馬力絞車，模塊化設(shè)計(jì)，即可整體運(yùn)輸也可分塊運(yùn)輸；52米井架、12米旋升式底座，絞車動(dòng)力起升（包括司鉆偏房）；絞車低位安裝、低位工作；主要部件采用-40高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，鉆機(jī)滿足極寒地區(qū)鉆井作業(yè)要求自主研發(fā)整套大噸位游吊、天車、轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)等；電控系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加變速控制功能等。JC120DB絞車絞車型號(hào) JC120DB 額定輸入功率kw 2940最大快繩拉力kN 850鋼絲繩直徑mm 48 滾筒尺寸（直徑寬度）mm 13202312 剎車輪轂/盤尺寸mm 240080 輔助剎車 能耗制動(dòng) 外形尺寸（長(zhǎng)寬高）mm 119903350

5、3260寶雞石油機(jī)械廠9部分基礎(chǔ)件及電控系統(tǒng)尚需引進(jìn)創(chuàng)新觀念不強(qiáng)，自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)不多鉆機(jī)質(zhì)量和可靠性較低交流變頻電動(dòng)鉆機(jī)性能尚未充分發(fā)揮，機(jī)械自動(dòng)化水平不高HSE及生態(tài)理念尚不到位我國(guó)在鉆機(jī)設(shè)計(jì)制造方面與國(guó)際相比存在的差距：高端司鉆控制房及其系統(tǒng)國(guó)外先進(jìn)的司鉆控制平臺(tái)目前國(guó)內(nèi)普遍配備的司鉆臺(tái)傳統(tǒng)的司鉆控制臺(tái)、操作臺(tái)司鉆控制系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀我國(guó)司鉆控制房存在的問(wèn)題控制房和儀表盤沒(méi)有設(shè)計(jì)規(guī)范，缺乏整體設(shè)計(jì)的理念。儀表的顯示器與控制器布置與人的生理心理不對(duì)應(yīng)、不協(xié)調(diào)，司鉆操作顧此失彼，容易發(fā)生錯(cuò)讀和誤操作。模擬儀表和數(shù)字儀表重復(fù)設(shè)置。顯示器和控制器主次不分、輕重不分。課題研究目標(biāo)應(yīng)用線路冗余技術(shù)，設(shè)計(jì)

6、出基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的司鉆控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),把司鉆控制系統(tǒng)中的設(shè)備有機(jī)地連接在一起。通過(guò)司鉆控制臺(tái)和觸摸屏，司鉆可以進(jìn)行各項(xiàng)鉆井操作，還可以監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)司鉆控制系統(tǒng)的自動(dòng)化操作功能，及鉆井參數(shù)的顯示、存儲(chǔ)、打印，以及遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。將模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制技術(shù)應(yīng)用到自動(dòng)送鉆當(dāng)中，提高自動(dòng)送鉆的控制精度。司鉆控制系統(tǒng)的可靠性評(píng)估研究?jī)?nèi)容司鉆控制系統(tǒng)總體方案確定與主要設(shè)備選型絞車、轉(zhuǎn)盤、泥漿泵控制程序設(shè)計(jì)基于WinCC組態(tài)軟件的鉆機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)監(jiān)視系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)觸摸屏人機(jī)操作界面設(shè)計(jì) 以智能控制技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、微機(jī)原理、電工電子技術(shù)等理論為基礎(chǔ)，通過(guò)

7、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)編程、軟件調(diào)試、仿真分析、STEP 7的硬件組態(tài)和西門子視窗控制中心來(lái)實(shí)現(xiàn)司鉆控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆機(jī)的控制、狀態(tài)顯示及實(shí)時(shí)檢測(cè)。研究方法技術(shù)路線圖司鉆控制系統(tǒng)構(gòu)成主要設(shè)備選型控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件組態(tài)人機(jī)界面設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)可靠性分析控制系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)變頻器制動(dòng)單元絞車、轉(zhuǎn)盤、泥漿泵的控制自動(dòng)送鉆控制系統(tǒng)保護(hù)功能司鉆操作系統(tǒng)的人機(jī)界面鉆機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)界面DP控制系統(tǒng)的可靠性系統(tǒng)抗干擾措施設(shè)計(jì)確定司鉆控制系統(tǒng)的硬件組成，包括SIEMENS S7-300PLC、TP270觸摸屏、DDL智能控制閥島和司鉆室控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)基于PLC現(xiàn)場(chǎng)總線的司鉆控制系統(tǒng)的程序，包括數(shù)據(jù)

8、采集、數(shù)據(jù)的處理和邏輯運(yùn)算、鉆井參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)顯示、聲光報(bào)警等控制程序。人機(jī)界面的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)使用西門子的TP270觸摸屏作為人機(jī)接口，以Protool V6.0組態(tài)軟件為開(kāi)發(fā)工具，它提供了包括文本和數(shù)據(jù)圖表等完整的豐富的圖形用戶界面。運(yùn)行調(diào)試，使控制程序在硬件中完整實(shí)現(xiàn)，達(dá)到期望。試驗(yàn)方案基于現(xiàn)場(chǎng)總線的司鉆控制系統(tǒng)在國(guó)外先進(jìn)鉆機(jī)中應(yīng)用以比較廣泛，為課題研究提供了良好的參照。借鑒國(guó)內(nèi)外科技文獻(xiàn)及資料為課題的研究提供了理論基礎(chǔ)。SIEMENS S7-300是一套成熟的PLC,有完整的開(kāi)發(fā)軟件作支持，為課題研究提供了良好的試驗(yàn)基礎(chǔ)。借鑒蘭石廠、中原總機(jī)廠、上海中曼石油設(shè)備公司的成熟技術(shù)，在導(dǎo)師的前期的工作指導(dǎo)下，本人有信心開(kāi)展此項(xiàng)工作。 可行性分析 將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、矢量控制變頻調(diào)速技術(shù)和基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)送鉆系統(tǒng)應(yīng)用到石油鉆機(jī)的司鉆控制系統(tǒng)中，更加精準(zhǔn)地提高了鉆機(jī)的自動(dòng)化控制水平。課題創(chuàng)新性參觀了蘭州石油化工機(jī)器總廠和中原總機(jī)廠等制造鉆機(jī)的企業(yè)，對(duì)鉆機(jī)的工作原理及其作用有了較清楚的認(rèn)識(shí)；查閱、收集、整理了與本課題有關(guān)的大量的國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料和文獻(xiàn)；研究生課程學(xué)