鉆機(jī)PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用研究

【摘要】隨著鉆井生產(chǎn)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外的鉆井水平不斷提高，先進(jìn)技術(shù)在鉆井生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。尤其是近年來(lái)，鉆機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展不斷趨于成熟，在鉆機(jī)的電氣控制系統(tǒng)中嵌入PLC控制系統(tǒng)，能夠更好的滿足鉆井工藝的需要，尤其是為定向井、水平井等特殊井的鉆進(jìn)提供了技術(shù)保障，為自動(dòng)化鉆井和智能化鉆井的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。本論文中，將從鉆機(jī)PLC控制系統(tǒng)的概述、工作原理、優(yōu)勢(shì)等多個(gè)方面，對(duì)鉆機(jī)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)系統(tǒng)的探討和研究。

【關(guān)鍵詞】鉆機(jī)；PLC控制系統(tǒng)；自動(dòng)化

1、鉆機(jī) PLC控制系統(tǒng)概述

上世紀(jì)七八十年代，鉆機(jī)控制系統(tǒng)主要是通過氣動(dòng)和液壓控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，隨著科技的發(fā)展，鉆機(jī)控制系統(tǒng)逐漸發(fā)展成為機(jī)、電、氣、液一體化控制系統(tǒng)。鉆機(jī)的一體化控制系統(tǒng)主要包括傳動(dòng)控制、動(dòng)力控制、電力、儀表、電動(dòng)機(jī)控制中心等幾個(gè)方面。其中，IPC、PLC、HMI為系統(tǒng)核心，結(jié)合傳感器、控制器、電氣元件、電氣液動(dòng)閥件、控制總線等組成執(zhí)行機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。司鉆控制中心可以通過PLC實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)的控制功能，包括絞車電機(jī)、鉆井泵電機(jī)、泥漿泵電機(jī)、轉(zhuǎn)盤電機(jī)、自動(dòng)送鉆系統(tǒng)以及其他輔助設(shè)備的控制，從而實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)的恒速、恒壓送鉆。

鉆機(jī)PLC控制系統(tǒng)的工作流程主要有以下幾個(gè)環(huán)節(jié)，首先根據(jù)功能需求，編寫合適的程序，并通過工業(yè)控制機(jī)存儲(chǔ)在PLC中，司鉆通過人機(jī)界面的觸摸屏將指令傳輸?shù)剿俱@房中的PLC，指令處理過后通過PROFIBUS總線將信號(hào)遠(yuǎn)距離傳送到電氣室，電氣室的PLC通訊模塊接收到信號(hào)之后，繼續(xù)將信號(hào)傳送到變頻器CUVC控制板，最后信號(hào)通過變頻器輸出，并控制最后的執(zhí)行元件（電機(jī)），調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。

2、鉆機(jī)PLC控制系統(tǒng)的工作原理

（1）控制系統(tǒng)處于啟動(dòng)或待機(jī)狀態(tài)：如果電源總開關(guān)開啟時(shí)，電源系統(tǒng)就開始正常運(yùn)作，PLC開始工作，首先進(jìn)行檢測(cè)，檢查各設(shè)備的輸入狀態(tài)并輸出的電路，各元件進(jìn)入運(yùn)行準(zhǔn)備階段。檢測(cè)結(jié)束后，PLC處于待機(jī)狀態(tài)。

（2）控制系統(tǒng)的行走控制：鉆機(jī)處于行走狀態(tài)時(shí)，操作行走手柄，通過PLC的控制，行走電磁閥會(huì)導(dǎo)通，液壓馬達(dá)開始工作，可以實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)的行進(jìn)功能。

（3）控制系統(tǒng)的定位控制。鉆機(jī)配備定位手柄，并通過PLC的控制，可以控制鉆臂的升降、擺動(dòng)，推進(jìn)器配合進(jìn)行位置調(diào)整，導(dǎo)通電磁，實(shí)現(xiàn)定位控制。

（4）控制系統(tǒng)的鉆進(jìn)控制。當(dāng)開關(guān)處于鉆進(jìn)位置時(shí)，操作鉆進(jìn)調(diào)整手柄，通過PLC控制，可以導(dǎo)通電磁，實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)功能。

（5）控制系統(tǒng)的接桿控制。當(dāng)開關(guān)處于接桿位置時(shí)，操縱相應(yīng)手柄，結(jié)合PLC的控制，可以導(dǎo)通電磁，完成接桿。

（6）控制系統(tǒng)的卸桿控制。開關(guān)置于卸桿位置時(shí)，操作卸桿手柄，結(jié)合PLC控制，導(dǎo)通電磁，完成卸桿。

（7）除此之外，在鉆機(jī)工作過程中，若果控制系統(tǒng)發(fā)生故障，PLC會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，操作人員可以迅速按急停按鈕，停止鉆機(jī)的運(yùn)行，最大程度的降低經(jīng)濟(jì)損失，避免安全事故的發(fā)生。

3、鉆機(jī)PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的鉆機(jī)控制系統(tǒng)多為繼電保護(hù)和電纜控制的方式，非常復(fù)雜且故障率高，與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，鉆機(jī)PLC控制系統(tǒng)有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：

首先，鉆機(jī)PLC控制系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)，可靠性高。鉆井生產(chǎn)通常在沙漠、戈壁等艱苦環(huán)境中進(jìn)行，鉆機(jī)工作條件十分惡劣，為確保鉆井生產(chǎn)的有序進(jìn)行，必須保證鉆機(jī)控制系統(tǒng)的正常工作。PLC控制系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)力非常強(qiáng)，可以在零下30度到零上65度的環(huán)境溫度、相對(duì)濕度在35到85個(gè)百分點(diǎn)的范圍中仍能夠可靠運(yùn)行，抗干擾力強(qiáng)。

第二，鉆機(jī)PLC控制系統(tǒng)模塊化程度高。鉆機(jī)PLC系統(tǒng)是模塊化設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，便于安裝調(diào)試，操作簡(jiǎn)便，且維修方便，工作量小。

第三，具備強(qiáng)大的控制功能。PLC控制系統(tǒng)具有較大的信息存儲(chǔ)能力，同時(shí)還具有功能強(qiáng)大的I/O接口，能夠存貯邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，通過模擬或者數(shù)字輸出，完成對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)過程的控制，同時(shí)能夠完成實(shí)時(shí)監(jiān)控、圖像采集、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、信息記錄、信息傳輸?shù)裙δ?。另外，PLC控制系統(tǒng)還能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、過程控制、中斷控制、智能控制等，功能強(qiáng)大，實(shí)用性強(qiáng)。如鉆機(jī)通過智能防碰控制系統(tǒng)，可以防止游車運(yùn)行時(shí)發(fā)生上碰下砸事故。

第四，功能完善，擴(kuò)展能力強(qiáng)。（1）PLC控制系統(tǒng)配備完善的人機(jī)界面，操作人員可以通過智能儀表，清晰了解鉆機(jī)的各項(xiàng)生產(chǎn)參數(shù)，包括電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩以及電流、電壓等；（2）操作人員可通過實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)各設(shè)備進(jìn)行操作和調(diào)試；（3）同時(shí)，由于PLC的軟件由系統(tǒng)軟件和用戶程序兩個(gè)部分組成，系統(tǒng)軟件由制造商開發(fā)并固化在PLC內(nèi)，用于控制PLC的自身運(yùn)作，而用戶程序則是用戶編寫輸入的，用戶可以根據(jù)自身的生產(chǎn)需求，編寫合適的程序，并輸入PLC，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的控制，因此具備很強(qiáng)的擴(kuò)展能力，可以滿足多項(xiàng)鉆井生產(chǎn)需求。

第五，具有強(qiáng)大的自我管理和診斷能力。（1）PLC控制系統(tǒng)能夠?qū)Υ鎯?chǔ)空間進(jìn)行整理，通過自行生成用戶環(huán)境，規(guī)劃參數(shù)和程序的存放地址；（2）系統(tǒng)存有自我檢測(cè)程序，可以自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中的錯(cuò)誤、用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等，極大的提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性；（3）同時(shí)可以進(jìn)行時(shí)間管理，對(duì)時(shí)間節(jié)點(diǎn)（輸入輸出節(jié)點(diǎn)、運(yùn)算節(jié)點(diǎn)、自檢節(jié)點(diǎn)、通訊節(jié)點(diǎn)等）有很好的控制能力。

鉆機(jī)PLC控制系統(tǒng)的多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)已經(jīng)在實(shí)際生產(chǎn)中有所體現(xiàn)，例如大慶石油管理局鉆井二公司1205鉆井隊(duì)在ZJ30DB變頻鉆機(jī)上采用PLC控制系統(tǒng)，電器的故障率由2.9‰，降低為0.4‰，降低了2.5個(gè)千分點(diǎn)；人機(jī)界面顯示準(zhǔn)確率高達(dá)100%，故障排除時(shí)間大大減少，由原來(lái)的30分鐘縮短為10分鐘；鉆井建井時(shí)間減少為現(xiàn)在的6.47天，比原先縮短了0.63天，縮短建井周期高達(dá)8.87%。自動(dòng)控制系統(tǒng)和各項(xiàng)保護(hù)功能切合現(xiàn)階段鉆井工藝的要求，提升了生產(chǎn)效率。

4、總結(jié)

鉆井行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的重要支柱之一，其自動(dòng)化的發(fā)展備受關(guān)注。鉆機(jī)PLC控制系統(tǒng)結(jié)合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、控制、電子、檢測(cè)等科技成果，是鉆機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)，也是鉆井自動(dòng)化發(fā)展的重要組成部分。鉆機(jī)PLC控制系統(tǒng)的普遍應(yīng)用滿足了鉆井生產(chǎn)高水平的要求，為鉆機(jī)技術(shù)改造打開了新思路。因此，對(duì)于鉆機(jī)PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用的研究，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

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