基于PROFIBUS-DP的ZJ70DB司钻控制系统设计与研究
ZJ70钻机绞车毕业设计 (1)
西南石油大学《石油设备与工具方案设计课程设计》题目名称：JC70D2钻井绞车学生姓名：**学生学号**********专业年级：机械工程及自动化2009（矿机）指导教师：钟功祥、何畏评阅教师：钟功祥、何畏完成日期：2013.1.111选题目的和意义从国内外石油钻井的现状及发展趋势和研究方向来看，为了适应浅海、海滩、沙漠和丘陵等不同地带油气藏的勘探和开发，美国、德国、法国、意大利、加拿大、墨西哥和罗马尼亚等国先后开发了各种类型的石油钻机。
其中美国的钻机技术和销售业绩在世界上稳居首位，所以与国际技术接轨，实际上是与以美国为代表的钻机技术及API规范接轨。
就我国目前普遍使用的机械驱动钻机而言，美国在20世纪60年代已经成熟，到70年代得到迅速发展。
近年来，国外钻机在传动方式和结构形式方面的改进发展很快，交流变频电驱动已经广泛使用，以及绞车无级调速和新型的刹车系统的设计和改进有着突飞猛进的发展。
我国目前的深井是塔里木塔河油田的塔深（井深8408米2006年）其被誉为亚洲第一深井，而美国早在1974年在世界上最深的地质井深12226米。
这些惊人的数字都是离不开钻机绞车这一重要设备的。
石油钻机在规模上有两极发展的趋势，即深井钻机大型化和轻便钻机小型化。
2国内外研究现状分析国内外钻机绞车在传动方式和结构形式方面的改进发展很快，交流变频电驱动、步进电机已经广泛使用，以及绞车无级调速和新型的刹车系统的设计和改进有着突飞猛进的发展。
深井钻机趋向大型化，钻深能力已达15000m，最大钩载达12500 kN。
为了提高起升工作效率，绞车功率趋向于提高。
一般大型绞车由4台大扭矩的直流电动机驱动，采用强制水冷盘式刹车，起升钢丝绳直径50mm。
钻井泵单台最大功率1618 kW，最高压力52.7 MPa。
原苏联、罗马尼亚的钻机系列中，绞车输人功率最大1838 kW。
通过对绞车的转动原理、电机的选择、主滚筒的力性能核算、刹车系统的改进使得ZJ70钻机绞车整体得到了良好的改进与优化3总体设计方案3.1. JC70D2绞车概述JC-70D2绞车传动是ZJ70D系列钻机的传动系统之一，它不但担负钻机起下钻具和下套管及上卸扣, 还担负着钻头钻进过程中控制钻压、处理事故，以及提取岩芯筒，试油等作业。
XJ70DBZ电动修井机变频控制系统设计与应用
现对 电动修 井 机修 井 作 业 时 电压 、电流 、变 频 电 机 转
速 、 变 频 器 输 出 频 率 、悬 重 参 数 、故 障 等 的 检 测 与 显 示 。其 中 ，报 警 记 录 画 面 可 实 时 记 录 电 动 修 井 机 传 动 系 统 作 业 过 程 中 的故 障 和 警 告 ，有 助 于 准 确 迅 速 地 查 找 、
关键词 Ｓ ７ — ３ ０ ０ Ｐ Ｌ Ｃ 矢 量 变频 器 Ｐ ｒ ｏ ｆ ｉ ｂ ｕ ｓ — Ｄ Ｐ现 场 总线 制 动
０ 引言
在电动修井机电气 系统中 ，作为主动力源 的交流变频 异步电机输出的扭矩经联轴器传至 角传动箱 ，再经减速装 置传 至滚筒进行 修井作业 。西 门子 Ｓ ７ — ３ ０ ０ Ｐ Ｌ Ｃ通过 采样 处理交流变频异步电机 的速度信号 、绕组温度信号 ，操作
件配置、参数配置 、网络配置 、编程 、测试 ，并将程序下
载到 Ｐ Ｌ Ｃ储 存 卡 。Ｐ Ｌ Ｃ控 制 流 程 图 如 图 ２所 示 。 该 流 程
步电机 。交 流变频异 步电机 的运行 由作业室 操作 台发 出 的使 能信号 、正反转及悬停 信号 、紧急停机 信号 控制 ；
交 流变频异 步电机的速度 由作业室脚 踏 电位 器给定 信号
１ ． ３ 主要控 制 设备 的选 型及 参数
１ ． ３ ． １ 交流变 频异步电机 交流变频异步电机选用中船重工 Ｙ Ａ Ｆ Ｓ增安型 ，其具
有 以下 特点 。
（ １ ） 交流变频异步 电机可在 ２ ５ ． ５ Ｈｚ 频率下实现恒转矩 起动 ，可在 ２ ５ ． ５ ￣８ ０ Ｈｚ 频率下实现恒 功率调速 。恒功率 调速范围宽 、转动惯量低 、过载能力大 ，能满足带重载起 动与高速提升要求 。
ZJ70DB交流变频丛式井钻机的研制
设计与制造
２ ０ １ ３ 年 第１ 期（ 第２ ６ 卷， 总 第１ ２ ３ 期）・ 机械研究与应用 ・
Ｚ Ｊ ７ ０ Ｄ Ｂ交流 变 频 丛 式 井钻 机 的研 制
董
（ １ ． 西安石 油大学 机械 工程 学院， 陕西 西安
辉
７ ３ ０ ０ ５ ０ ）
７ １ ０ ０ ６ ５ ； ２ ． 兰石 国民油井公 司， 甘肃 兰州
Ｄｏ ｎｇ Ｈｕ ｉ
（ １ ．Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ， Ｘ ｉ ａ ｎ鼽
ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ￣ ｉ ｔ ｙ ， Ｘ ｉ ａ ｎ Ｓ ｈ ａ ｎ ｘ ｉ ７ １ ０ ０ ６ ５ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ；
摘
要： 介绍了Ｚ Ｊ ７ ０ Ｄ Ｂ交流变频丛式井钻机 的设计构 想和 结构特点 。该钻机 的井 架、 底座采 用成 ９ ０ 。 的特殊安 装方 式， 井架使 用主绞车起升 ， 底座使 用液压绞 车起升 ， 钻机使 用液压 平移装置整体步进式纵 向移 动， 绞 车采 用交
浅谈ZJ70LDB钻机的直驱改造
浅谈ZJ70LDB钻机的直驱改造发布时间：2021-09-15T03:12:54.881Z 来源：《科学与技术》2021年14期5月作者：向前[导读] 在充分利用现有设备的情况下，通过较低投入，对ZJ70LDB复合驱动钻机的泥浆泵、绞车进行改造，同时升级电控系统，向前单位：中石化西南石油工程有限公司湖南钻井分公司邮编：410007摘要在充分利用现有设备的情况下，通过较低投入，对ZJ70LDB复合驱动钻机的泥浆泵、绞车进行改造，同时升级电控系统，实现复合驱动钻机的直驱化改造，升级后钻机可去掉柴油机动力机组、并车箱及万向轴等机械传动连接装置，极大的简化传动系统及钻机平移装置，优化整体结构，提高了运转及搬迁、安装效率，可取得较好的经济效益。
关键词钻机；直驱电机；电控；配重；平移；通用性一、立项背景及目的在目前投资计划收紧的情况下，新增钻机已变得极为困难，现有部分ZJ70LDB 钻机由于出厂时间较新，钻机报废还为时尚早，但受机械钻机固有缺点的影响，钻机柴油动力系统、传动系统等配套设备多，占用空间大，安装较为繁琐，整体传动效率低，设备故障率高，且在丛式井施工时钻机整体移运吨位较高，平移难度大，安全性不足。
鉴于此种情况，可在使用现有成熟技术的情况下，利用川内普遍实现的网电资源，最大限度的利用现场设备，投入较少资金对ZJ70LDB钻机进行直驱化改造，使钻机更加适应大小井场和丛式井作业，实现钻机的电动化以及整体性能的大提升，同时提高生产和搬迁安效率，实现降本增效和节能减排。
二、改造方案分析选择出厂时间在10年内的ZJ70LDB钻机进行改造，钻机剩余寿命长，改造性价比更好，目前以分公司70687井队为例进行改造可行性分析，该钻机是宝石机械2011年生产出厂，采用四机双泵配置，旋升式底座，绞车低位安装，钻机整体状况良好，具体改造方案如下： 1.绞车改造方案一：保留绞车传动箱，改柴油机驱动为交流变频电机驱动，去掉四级联动箱和后端传动结构，在绞车电机选型时，电机额定转速要与原绞车输入轴的转速、柴油机组至绞车传动比相匹配，电机总功率要能满足ZJ70钻机绞车承载需求。
基于PROFIBUS-DP总线智能控制器从站研究与开发的开题报告
基于PROFIBUS-DP总线智能控制器从站研究与开发的开题报告一、课题背景PROFIBUS-DP总线是工业现场控制网络的一种常用技术，具有高速传输、稳定性强、可配置性好等优点。
智能控制器是工业自动化控制系统的关键组成部分，它能够实现对生产过程的实时监测和控制，提高生产效率和产品质量。
因此，基于PROFIBUS-DP总线智能控制器从站的研究和开发具有重要的理论和实际意义。
二、研究目的本课题旨在研究并开发一种基于PROFIBUS-DP总线的智能控制器从站，具体目的如下：1.掌握PROFIBUS-DP总线协议的基本原理，理解从站的工作方式及数据通信流程。
2.设计并实现基于PROFIBUS-DP总线的智能控制器从站，包括从站硬件设计、软件开发和数据处理等方面。
3.与主站进行数据通信测试，验证从站的可靠性和实用性。
三、研究内容本课题主要研究内容如下：1.设计并制作智能控制器从站的硬件平台，包括单片机、信号处理器和通信接口等。
2.在硬件平台上开发从站的软件，包括与主站的通信程序、数据采集与处理程序等。
3.结合典型的工业控制过程，进行实验测试，并对结果进行分析和处理。
四、研究方法本课题主要采用以下研究方法：1.文献调研法：查阅相关的技术资料、论文和书籍，了解PROFIBUS-DP总线协议的基本原理和从站的工作原理。
2.实验研究法：利用实验室的设备和实际工业场景，对设计的智能控制器从站进行测试和验证。
3.模拟仿真法：使用专业的仿真软件对控制过程进行模拟和分析，为实验研究提供理论支持和指导。
五、预期成果本课题的预期成果如下：1.完整的PROFIBUS-DP总线智能控制器从站设计方案，包括硬件设计和软件开发等。
2.可靠的智能控制器从站实现，并能够与主站进行稳定的通信。
3.完整的实验数据和分析报告，验证从站的可靠性和实用性。
六、项目进度安排本研究计划预计在以下时间节点内完成：1.研究方案设计和初步文献调研：2021年6月-7月2.从站硬件设计和制作：2021年7月-8月3.从站软件开发和测试：2021年8月-9月4.与主站进行通信测试和数据分析：2021年9月-10月5.撰写研究报告和论文：2021年10月-11月七、参考文献[1] 程红英,郑健雄. PROFIBUS-DP班机控制系统设计研究[J]. 电子测量技术,2013,36(09):254-256.[2] 刘强.基于PROFIBUS-DP技术的智能控制系统研究[D].济南:山东大学,2014.[3] 肖玉红.基于PROFIBUS-DP的控制网络设计和应用研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2013.。
ZJ70LDB钻机说明书-宝鸡
ZJ70LDB钻机说明书-宝鸡ZJ70/4500LDB钻机使用说明书AZ70026-00SM中原石油勘探局钻采设备厂20XX年11月目录 1．前言 2．基本参数 3．成套范围 4．结构说明5．钻机工作特性 6．安装与试运转 7．操作与使用8．检查、保养与故障排除 9．钻机润滑油品一览表10．部件使用说明书明细表附：ZJ70/4500LDB钻机总图二张ZJ70/4500LDB钻机基础图一张1、前言ZJ70/4500LDB钻机是我厂在ZJ70/4500L、ZJ70/4500LD 钻机的基础上设计生产的复合传动钻机。
该钻机不仅有交流变频钻机的优点，而且也具有备价格低廉地机械传动钻机优势。
可用于油田油气水井的勘探开发，适用7000米井深作业。
该钻机即可满足各油田对新型7000钻机的需要。
本钻机与在用的同档次钻机相比具有如下一些特点：钻机整机性能满足科学钻井工艺的要求。
即旋转钻进工况具有大的速度范围和圈套的扭矩范围。
绞车提升具有大的提升范围；循环作业具有较大的泥浆水马力和高的泵压。
模块式总体传动局以满足能快速拆卸或安装、检修、调整、检查、运输方便等。
总体传动基本型式为三机双泵，三台柴油机液力偶合正车减速箱，链条并车传动，整体链条并车传动箱低位绞车，转盘采用交流变频电机独立驱动。
为便于提高安装和拆卸工作效率，钻机各模块底座之间连接采用搭扣式快速拆装结构或端面定位螺栓连接型式。
各模块之间动力传递，为为便于拆装和不需要严格的对正要求，均采用万向轴传递动力。
于设计结构处理上各传动部件采用了集中到八大模块上布置，故钻机搬迁载车次减少，提高了搬迁速度。
于采用了低位绞车，即解决了以往钻机绞车上高钻台困难及没有安全感的问题，又增大了钻台有效利用面积。
转盘采用交流变频电机独立驱动，不仅解决了以往钻机传动上钻台的困难，而且具备了交流变频钻机转盘独立驱动的特性。
转盘Ⅰ当无级调速。
针对在用钻机开式爬坡链传动及对接式并车链条箱存在链条安装质量难以保证而设计采用了整体加工的链条并车传动箱和整体绞车输入链条箱，提高了链条安装质量。
ZJ70D钻机配备井电系统技术协议讲解
阿联酋ZJ70D钻机防爆电路技术协议根据ZJ70D钻机总体技术协议和质量要求，胜利油田高原石油装备有限责任公司（以下简称需方）与东营高原电气有限公司（以下简称供方），就ZJ70D钻机标准化井电系统配套范围、质量控制与责任、技术文件、技术服务与衔接等问题，进行了认真、详细的协商讨论。
并达成如下协议：1.设计制造依据保准1.1 API RP 500B 《石油设备电力装置场所分类推荐作法》；1.2 GB 3836.1—2000 《爆炸性气体环境用电气设备》第一部分：通用要求 eqv IEC 60079-0:19981.3 GB 3836.2—2000 《爆炸性气体环境用电气设备》第二部分：隔爆型“d” eqv IEC 60079-0:19901.4 GB 3836.3—2000 《爆炸性气体环境用电气设备》第三部分：增安型“e” eqv IEC 60079-0:19981.5 GB 3836.8—87 《爆炸性环境用防爆电气设备》无火花性电气设备“n”1.6 GB 50058—92 《爆炸和火灾电力装置设计规范》；1.7 SY/T 5957—94 《井场电气安装技术要求》；1.8 SY 5225—94 《石油与天然气钻机，开发，储运防火防爆安全生产管理规定》；1.9 SY/T 6276—1997eqv ISO/CD 14690《石油与天然气工业，健康，安全与环境管理体系》2.基本技术参数2.1 额定电压： 460V/120V（三相四线制）2.2 额定频率： 60HZ2.3 防爆电器适用范围：1或2区场所2.4 适用环境：2.4.1 环境温度：-25°C—+50°C2.4.2相对湿度：≤90%（+25°C）2.4.3 海拔高度≤2000m，适用于野外油田恶劣工况；2.4.4绝缘强度：1000V兆欧表测量不低于2MΩ，线路1400V交流试验1分钟不击穿；2.4.5接地极接地电阻≤4Ω。
70DB电动钻机电控系统的现场使用分析
解决方法 ：定期检 查空调外机 风扇 马达运 持室温凉 爽。另外 ，为了控制室 内温度湿 度 ，严
Ｆ０７９０２；若 ＡＯＰ３０面板上报变频 器相关故 障 ， 转是 否 自如 ，若有 阻碍现 象 ，立 即取 出检修 ；用 禁相关人 员出入不关室 门。２．保持 室 内清 洁。我
如 Ｆ３１１００，Ｆ３１１３１，Ｆ３０８８７ｙ３０８８５等 ，则 是 编 压力 表检测压缩机 是否缺氟利 昂 ，若 氟利 昂不 队买 了吸尘 器 ，每个小班司机 ，在下 班前都 要清
常见原因 ：出厂时未加 载试验 ，或试验负荷 时 ，一定要把 屏蔽层连接好 ，防止 因为屏蔽不
机 的线路有短路 接地 的情况 ，查 到短路 ，重新 小
好 ，感应 电传倒不 出去而损坏器件 。５．重视做好
接 线做好绝缘 工作 ，辅助 电机 正常启动后 主电
码器控 制线 的屏蔽 不好受干扰 导致 ，那么检查 够 ，首 先充一 下试 试 ，看有 没有 漏 氟的现 象 ，如 扫室 内卫生 ，始终保持室 内无尘土 。３．电气 师定 编 码器航 空插 接件 的屏蔽 线 连接 和 ＶＦＤ房 端 果 有 ，检查 出来 焊接充 氟 即可 ，如 果没有 ，直接 期打扫柜 体 内卫生 ，用小 毛刷子轻轻 的将 电气
冗余 控 制是 它 的一 大特 色 ，主要 的控 制及通 讯模 块 都采 用备 份 冗余 结构 ，例 如 ＣＰＵ、ＣＵ３２０以及 ＥＴ２００等 。
关 键词 ：钻 井 ；电动 变频 ；ＣＰＵ
中图分 类号 ：ＴＥ９２２
文 献标识 码 ：Ａ
整 个 控 制 系 统 共 有 ４个 发 电机 控 制 柜
：！ Ｃｈｉｎａ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ
70D钻机泥浆泵控制系统资料
70D钻机直流电机控制系统稳定性影响因素研究秦绍印1，朱红蕾2，乔卫 31河南南阳油田钻井公司，4731322河南南阳油田钻井公司，4731323河南南阳油田钻井公司，473132摘要：本文介绍的是70D电动钻机直流控制系统稳定性的影响因素。
全篇是以我钻井队新增泥浆泵控制线路改造为主线，依次从司控房手轮给定信号干扰、PLC程序设计的稳定性、直流驱动控制系统的稳定性以及通讯电缆干扰这几个方面来进行详细的论述。
关键词：手轮给定、PLC程序、直流模块、通讯电缆Abstract:This text introduces the influencing factors of the 70D electric rig DC control system stability。
The whole text is my drilling team the newly increased mud pump control circuits reform as the main line，followed by the hand throttle wheel signal interference of the driller's console、the stability of the PLC program design、the stability of the DC driving control system and communication cable interference ，these aspects are discussed in detail。
Key words：the hand throttle wheel、PLC program 、DC module 、communication cable 1.引言目前，国内70D电动钻机的泥浆泵、绞车、转盘等设备都是由直流电机驱动，直流电机的平稳安全运行，直接关系到井队的正常生产。
电动钻机概述ZJ70DB、50DB、40DB
最大快绳拉力
485kN
提升档位
1+1R
主滚筒尺寸
Φ770×1434mm
刹车盘直径
Φ1520mm
适用钢丝绳直径 Φ38mm
主刹车
液压盘式刹车
辅助刹车
电机能耗制动
四 、主要部件介绍
1、JC70DB绞车
绞车传动流程 绞车由两台700kW 0～2800r/min的交 流变频电机分别经两台二级齿轮减速箱减速 后，驱动单滚筒。在右齿轮箱输出端的另一 侧由一台37kW交流变频电机驱动一台摆线减 速箱，经推盘离合器及一级齿轮减速后带动 单滚筒。正常情况下该装置作为自动送钻用 ，一旦主电机出现异常该装置可以作为应急 用，活动钻具并可提起最大钻柱重量。
四 、主要部件介绍 4、 泵组电机配备
F-1600电动泵组
1台1200kW变频电机
F-1300电动泵组
1台970kW变频电机
四 、主要部件介绍
5、 转盘传动方案
转盘采用独立驱动方式
由1台600kW/500kW交流变频电 机经万向轴直接驱动或经链条箱减速后 驱动转盘，整体沉于钻台面下，并与钻 台面平齐。电机、冷却风机及通风管均 布置在底座内。
ZJ50DB钻机
绞车-2套：
630kW
转盘-1套：
630kW
泵组-2或3套： 1200kW
独立送钻（应急）装置-1套：45 kW ZJ40DB钻机
绞车-2套：
600kW
转盘-1套： 泵组-2或3套：
600kW 1000kW
独立送钻（应急）装置-1套：45 kW
五、电传动控制系统
三、网络系统
以西门子PLC为控制核心， 通过Profibus网络实现变频器、 智能远程司钻台、自动送钻、游 车位置、MCC、和人机界面等设 备的高速通讯，上位计算机实时 监控各系统的运行状态和故障诊 断，构成三级网络系统，留有钻 井仪表的标准接口。还配有PLC 故障时的冗余操作回路。
基于Profibus—DP总线的船舶监控系统初探
准备好 ，主站将不断进行报文请求 ，直到没有此种诊断信息 为
止． ． 当无 错误 时 ，主 站与 从站 将进 行数 据 交换 。
ｆ ３ １尚作斌 ，林叶锦 ，杨金保 船 舶机舱 自动化 系统的发 展趋 势
研 究Ｕ １ 世 界 海 运 ，２ （ ） ０ １ ，２ ４ （ ４ ） ：３ ８ － ４ ｛ ）
Ｉ 科 技 ２ ０ １ ３ 年第１ 期
技 术 创 新
内 ，作 用 于井下 液控 找堵 水开 关器 上 ，当压 力达到 设 定值 时 ，液 压 开 关器 转 向 ，原生 产层 开关 关 闭 ，关闭 层开 关打 开 ，实现 换 层
生产 。通 过对 液压 开 关器 的设 定 。也 可 以在井 下实 现 开关双 开 、
双关 的效 果 。 ４ 分 体式 液压 可调 层 机械 找堵 水技 术应 用情 况
（ ２）分体 式 液压 可 调 层机 械 找堵 水技 术将 油井 生产 与找 堵 水 有效 地结 合起 来 ，通 过较 长 时问 的生 产验 证 ，能 有效 地 消除 层 间窜流 对低 产层 的 影响 ，恢 复 低产 层 的本质 特 征 ，实现 降 水增 油
系 统设 计 … 低 压 电 器 ，２ ０ １ ０（ ２ ４）：３ ９ — ４ ２
ｆ ６ １ 曹晶 ，方康玲 ，廖 焕柱 Ｐ Ｒ ＯＦ Ｉ Ｂ Ｕ Ｓ － ＤＰ从站 接 口设 计ｌ 『 Ｉ ＿
图３ Ｐ Ｒ（ ｝ Ｆ Ｉ Ｂ Ｕ Ｓ Ｔ ） Ｐ 从 站程 序 流程 图
计 算机 与 信 息 技 术 ，２ （ ｝ ０ ７ ，９ ：７ － ８
推广。
参考 文献
Ｌ １ Ｊ卞子峰 机 械找 堵 水 技 术在 油田 应 用 中的 实例研 究 企 业技 术
电动钻机概述ZJ70DB、50DB、40DB
8、钻机控制系统以西门子PLC为控制核心，通过PROFIBUS-DP网
络,实现发电机控制单元、变频器、智能远程司钻监控、电液气联控、人 机界面、自动送钻、一体化仪表系统、游车位置等控制系统间的高速通 讯。为钻井工艺创建了一个数字化、信息化、智能化的管理平台。 9、智能化远程司钻操作台具有钻机操作和钻井参数实时显示、电气 系统运行监控与显示、故障显示、报警的齐备功能。
司钻房周围为司钻辅助控制台。
工业监控显示与控制 辅 助 控 制 台 自动送钻控制
电控系统与一体化仪表显示
指重表与泵压表
司钻房设工业监控系统、通讯系统、防爆空调系统、照明系统、清洗 系统、减震装置、避光装置等辅助设备，确保司钻操作安全舒适。
五 、电传动控制系统 一、总体设计方案：
1、动力采用CAT3512B 1900KVA 600V 50Hz柴油发电机组，其中
实现紧急刹车，保证减速箱安全运行。 4）绞车的所有控制(电、气、液)均集中在司钻控制房内。
5）电机、减速箱、滚筒轴及刹车等为一个运输单元。
6）绞车设有独立电机自动送钻装置，功能有二：一是送钻时由数字化变 频系统设定恒扭矩，反拖滚筒，自动调速和保护，达到恒压稳速送钻目 的，送钻速度0.1-36m/h,送钻钻压误差小于5kN。二是当主系统发生故 障时，辅助系统进行应急操作，能提升最大钻柱重量。
五、电传动控制系统 三、网络系统
以西门子PLC为控制核心，
通过Profibus网络实现变频器、 智能远程司钻台、自动送钻、游
车位置、MCC、和人机界面等设
备的高速通讯，上位计算机实时 监控各系统的运行状态和故障诊 断，构成三级网络系统，留有钻 井仪表的标准接口。还配有PLC 故障时的冗余操作回路。
二 、总体方案
基于PROFIBUS-DP汽车总装控制系统设计研究分析
基：Ｐ Ｏ Ｉ Ｕ － Ｐ ］ Ｒ Ｆ Ｂ Ｓ Ｄ 汽车总装控制系统设计研究分析 ￣
上海ＡＰ 用一种 更加 简单的总线技 术 ， Ｂ Ｆ Ｓ Ｄ使 Ｂ 对于汽车 互。 用户可 以通 过浏 览器对生 产现 场 的信息 进行 了解 ， 也可利 用与 数
２ 控制 系统 、
【 关键 词 １ ｇ Ｆ Ｕ— Ｐ 系统设计； 统 结构； ＯＩ Ｓ Ｄ ； Ｐ Ｂ 系 控制优势
Ｐ ＯＦＢ Ｓ Ｐ 述 Ｒ ＩＵ －Ｄ 概
现 场控 制 站选 择 采用 的是 西 门子 控制 平 台， 分布 在各 个工艺 段
一
．
落 ， Ｌ 主站 之间和控 制计算 机 之 问利 用Ｐ ｏｉ— Ｐ ＰＣ ｒｆ Ｄ 网络协议进 行连 ｂ
总装 而言可 以适 应安 全稳 定的要 求 ， 文分析 了 ｇ Ｆ Ｕ— Ｐ 本 Ｐ ０ Ｉ Ｓ Ｄ 汽车总装 据 服务 器 进行直 接 的信息 交流 ， Ｂ 然后 通过 监 控计 算 机 完成 对 现场 设 控 制 系统设计 的主要 思路 ， 并对其 系统构成进行 了 分析， 而说明该系统 备 的控 制 。 从 用户不 能直接 参与现 场设 备控 制与数 据库 操作 ， 这样就 保 不仅降低 了系 成本更主要 的是提 高了 统 总装 自 系统 的效率 。 控 证 了数据 的安 全性与人机 交互 的友好 性 。
一
种优化 模式 ， 适应 整个系统 的结 构 ， 其是现 场Ｐ Ｃ 尤 Ｌ 和现 场分 散的
四 结 束语
问题 。 系统应 根据 具体 的控制 对 象进 行选 择 ， 使 之与 主控Ｐ ｃ 适 ｉｏ设备之 间的数据 通信。 并 Ｌ相 ／
２ 其他 系统 选择 、 １ 软件系统 。 ） 在构成系统 时软件 系统 也是十 分重要 的控 制基础 ， Ｐ Ｏ ＩＵＳ Ｄ 系统 是新 一代 的现场 总线 异步 通讯标 准 ， Ｐ Ｒ ＦＢ — Ｐ Ｄ 结 构可以 帮助建 立 自 化设 备与控 制系统 之 间的高速信 息通信 网络 ， 动 设
70DB电动钻机电控系统的现场使用分析
70DB电动钻机电控系统的现场使用分析作者：国伟来源：《中国新技术新产品》2011年第12期摘要：我们渤海国际钻井事业部埃及70194队，使用的70DB电动变频设备，该设备采用国际先进的西门子S120驱动控制系统，双冗余控制是它的一大特色，主要的控制及通讯模块都采用备份冗余结构，例如CPU、CU320以及ET200等。
关键词：钻井；电动变频；CPU中图分类号：TE922 文献标识码：A整个控制系统共有4个发电机控制柜(GC)，1个发电机控制电池柜(GCP)，2个控制单元柜（CU），1个翻排柜(PL)，1个PLC柜(PC)，5个软启动柜(SS)，2个电源柜(PB),3个供电柜(PS),3个整流柜(RU)，2个制动单元柜(BU)和6个逆变柜，其中6个逆变柜“一对一”驱动6台交流变频主电机，分别是绞车A，绞车B，转盘和1、2、3号泥浆泵。
绞车采用能耗制动的制动方式。
一、出现过的主要问题及解决方法。
我们队的钻机自2008年1月在埃及投入使用后，电控系统也确实出现了一些问题，并得到了解决。
现将出现过的主要问题及解决方法列举如下：1.绞车A、绞车B和转盘在运行过程中有时会自动停。
常见原因：绞车或转盘的编码器损坏；编码器联轴节断裂；控制线的屏蔽不好造成干扰；风机或润滑泵跳闸。
解决方法：若电机显示有转矩无转速，则说明编码器损坏，更换编码器，故障代码通常显示F07902；若AOP30面板上报变频器相关故障，如F31100,F31131，F30887,F30885等，则是编码器控制线的屏蔽不好受干扰导致，那么检查编码器航空插接件的屏蔽线连接和VFD房端接线室的接地线导电性是否良好，做好接地抗干扰工作，从而将感应电释放出去，一般故障会消失；若是风机和润滑泵跳闸导致，那么连接电机的线路有短路接地的情况，查到短路点，重新接线做好绝缘工作，辅助电机正常启动后主电机自锁保护消失。
2.搬家后，CU320有时会报故障无法正常启动或逆变柜内的风机无法启动。
jc70db低速大扭矩交流变频直驱绞车设计
电动钻机气控系统集成化和自动化改进设计
电动钻机气控系统集成化和自动化改进设计陈建;董云飞;廖文青【摘要】通过对江苏油田在用ZJ30DB、ZJ40D、ZJ50D和ZJ70D型电动钻机气控系统故障率高、操作不方便、维修困难、冬季气瓶每隔30 min需要人工放水等问题的分析和研究,对ZJ70DB型电动钻机气控系统进行了完善和设计,实现了对电动钻机盘刹、风动旋扣器、转盘惯刹、自动送钻离合、防碰释放、游车防碰、气喇叭、气动卡瓦以及钻台上气罐自动放水等的集中控制和自动控制.改进后的气控系统具有动作灵敏、结构简单、安装维护方便、操作容易、正压防爆和使用寿命长等特点.【期刊名称】《石油矿场机械》【年(卷),期】2010(039)010【总页数】4页(P51-54)【关键词】气控系统;电动钻机;集成化;智能化【作者】陈建;董云飞;廖文青【作者单位】江苏石油勘探局,钻井处,江苏,扬州,225261;江苏石油勘探局,钻井处,江苏,扬州,225261;江苏石油勘探局,钻井处,江苏,扬州,225261【正文语种】中文【中图分类】TE922近年来,随着钻机自动化和智能化的程度越高,钻机空气系统的问题就越显得突出[1]。
a) 传统的钻机气控系统均由司钻控制房内的手动换向气阀来控制。
由于手动换向阀均为手柄式的,司钻在操作时容易造成误操作,从而发生严重的生产事故;另外,由于手动换向气阀体积大,占用司钻操作台的面积大,使司钻控制房的空间狭窄,给维护和使用都带来不便。
b) 传统的钻机空气系统在防碰天车起作用时,会切断气路控制盘刹液压站工作使盘刹刹死,而这时绞车电机没有得到停止工作的信号而继续工作,从而产生憋电机事故。
c) 在冬季低温时,空气系统的气瓶容易积水、冻结,所以每隔30 min就需要对气瓶人工放水。
由于气瓶大多在钻台面底下,放水时不仅上下不方便,还因为钻台离地面较高容易发生高空坠落事故。
本文提出的集成化、自动化气控系统具有优良的控制性能,改变了传统的控制方式,采用冗余系统控制[2],不仅节约了气控系统的占用空间,也解决了气控系统性能不稳定、操作不方便、故障率高、自动化程度低、安全性低以及在冬季气瓶需要人工放水等问题。
SIMATIC控制系统在石油钻井中的应用管理资料
SIMATIC控制系统在石油钻井中的应用-管理资料随着电驱动钻机在油田应用的普及,作为其控制核心的PLC及其通讯应用的越来越广泛.本文结合石油钻井设备控制系统的具体实例，概括了利用西门子SIMATIC300进行系统集成的设计方法，SIMATIC控制系统在石油钻井中的应用。
1 引言该项目使用SIMATIC控制系统应用在ZJ30DB、ZJ50DB、ZJ70DB变频电动钻机上。
选用西门子SIMATIC300系列CPU作为变频电动钻机的控制核心，PLC 与变频器的通讯采用Profibus总线。
由于高可靠性及野外操作对维修带来的复杂性要求，系统具有冗余备份和远程监控功能。
2 系统介绍该钻井设备布置分为五个区域:钻台区、泵房区、动力及电传动区、固控区、油罐区。
钻台区布置有绞车、转盘、顶驱、司钻室、司钻偏房等，为危险作业区，整个区域的电气均要求防爆。
泵房区布置有泥浆泵组、电动灌注系统及钻井液管汇;动力及电传动区布置有柴油发电机房、气源净化装置房、辅助发电机房和电控房;固控区布置有泥浆循环罐、泥浆净化设备及套装水罐;油罐区包括油罐、泵、管线。
由于钻台区为危险防爆区域，按照国际及国家有关标准，其他区域距离井眼的长度至少在50米以上。
整套PLC控制系统分别布置在电控房和司钻室，其中电控房内包括两台相互冗余的CPU和一套ET200M，司钻室包含一套ET200M。
电控房内布置有:PLC控制柜、发电机柜、整流柜、VFD柜及MCC柜。
司钻室集钻机机电、气、液控制于一体，除了包含一套ET200M的电控柜外还包括主控制台和辅助控制台，具有钻机操作和钻井参数实时显示、电气系统运行监控与显示、声光报警、故障指示等。
控制系统可以完成对5台600kW以上电机(其中包括3台泥浆泵电机、1台绞车机和1台转盘电机)的控制和相互之间的联锁控制;还包括对发电机柜、整流柜及钻台传感器的数据采集、控制和报警、故障显示。
在钻井过程中，对绞车和转盘的可靠性要求较高，如果绞车或转盘发生故障，在短时间内不能修复，则有可能造成井壁坍塌的大事故，因而系统具有冗余备份的功能。
ZJ70DB钻机“电代油”技术应用分析
ZJ70DB钻机“电代油”技术应用分析冯荣星;聂经广;郭治洪;芮辉;吴春明;邢晓范;谷海军;范家强【摘要】根据ZJ70DB钻机特点,研究确定了网电驱动技术在ZJ70DB钻机的应用方案,实现了钻机“电代油”.通过苏4K-3x井统计分析,应用钻机“电代油”,不仅显著降低钻井燃油消耗,降低柴油机运行维护费用,延长柴油机使用寿命,降低钻井综合成本,同时也减少了环境污染,减轻了工人劳动强度,降低了井场噪音,取得了良好的经济效益和社会效益.【期刊名称】《甘肃科技》【年(卷),期】2013(029)004【总页数】3页(P74-75,100)【关键词】钻机;电代油;网电;应用【作者】冯荣星;聂经广;郭治洪;芮辉;吴春明;邢晓范;谷海军;范家强【作者单位】渤海钻探第二钻井公司,河北廊坊065007【正文语种】中文【中图分类】TE92柴油发电机是石油钻机的动力源，也是高耗能设备，柴油费用约占钻井成本的15% ～20%，减少柴油消耗，可以降低钻井成本，提高钻井效益，同时减少环境污染。
采用清洁相对廉价的网电替代柴油发电机，可以从根本上实现节能、清洁、高效的钻井生产，实现绿色钻井［1］。
1 ZJ70DB 钻机概况［2］ZJ70DB钻机采用4台CAT3512B柴油发电机组作为主动力，发出的600V/50Hz 交流电经变频控制单元(VFD)分别驱动带绞车、转盘、泥浆泵的高速大扭矩交流变频电动机，通过传动装置最终驱动相应的工作设备。
钻机主要耗能设备见表1。
表1 主要耗能设备设备单机功率(kW)数量(台)CAT3512B柴油机JC70DB绞车ZP375转盘F1600泥浆泵辅助发电机1310 1470 800 1193 500 4 1 1 3 1钻机驱动形式示意如图1所示。
2 “电代油”技术方案确定钻机“电代油”就是用网电替代柴油机(发电机)作为钻井动力的动力供给方式。
“电代油”方案的确定，取决于电网供电能力及钻机原有驱动方式，前者分全网电替代和部分网电替代，后者分用高压电动机代替柴油机和用网电代替柴油机发电机组。
基于PROFIBUS总线技术平台管具移运控制系统研究
基于PROFIBUS总线技术平台管具移运控制系统研究石油钻机和管具处理系统都是石油钻井过程中非常重要的设备,钻井过程能否顺利进行取决于它们的机械结构和控制系统是否设计合理。
在海洋平台上设备繁多,独立控制各设备不仅成本高,而且难以对平台上分散的设备进行集中控制和管理,造成了人力、物力上的极大浪费。
本文结合自行设计的钻机和管具处理系统,应用PLC技术和PROFIBUS现场总线技术,实现了对钻机和管具处理系统的集中控制和管理,并对平台上其他设备的PROFIBUS网络扩展进行了探索和研究。
论文首先介绍了钻机和管具处理系统的机械结构和液压系统,阐述了机械系统的设计目的、完成的动作和各机构的工作流程,并对液压系统各个执行元件的动作进行了介绍,通过对各元件的PLC控制来实现它们的顺序动作,利用传感器实现对它们的检测,保证系统顺利运行。
接着是对整个现场总线控制系统进行了阐述,采用了一台S7-400的PLC做主站对各从站进行集中控制,选择S7-300的PLC做从站对钻机和管具处理系统进行控制,利用Step7 V5.3软件完成了PROFIBUS现场总线控制系统的软硬件设计和通讯程序设计。
在从站S7-300中编程实现了系统的手动、单步、单周期和连续四种方式的工作;完成了自动送钻控制系统设计,根据其数学模型,分三环利用PID控制技术和模糊控制技术设计了自动送钻程序。
在WinCC软件平台上设计开发了监控钻机和管具处理系统的人机界面,将其工作状况准确形象地显示在司钻的面前,便于司钻作出正确的决策,从而降低司钻的疲劳程度;并能将重要的工作参数存储在工控机中,为重要资料的备份提供了方便快捷的途径。
最后对整个海洋平台上的现场总线网络进行了扩展,介绍了支持PROFIBUS协议的第三方设备的加入,以及与AS-I总线和工业以太网的连接。
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以智能控制技术、现代控制理论、 现场总线技术、微机原理、电工电子技 术等理论为基础，通过网络结构设计、 实验编程、软件调试、仿真分析、STEP 7的硬件组态和西门子视窗控制中心来实 现司钻控制系统，实现对钻机的控制、 状态显示及实时检测。
研 究 方 法
司 钻 控 制 系 统 构 成
主 控要 制设 系备 统选 型
我国在钻机设计制造方面与国际 相比存在的差距： • 部分基础件及电控系统尚需引进 • 创新观念不强，自主知识产权不多 • 钻机质量和可靠性较低 • 交流变频电动钻机性能尚未充分发挥， 机械自动化水平不高 • HSE及生态理念尚不到位
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传统的司钻控制台、操作台 高端司钻控制房及其系统
目前国内普遍配备的司钻台 国外先进的司钻控制平台
与 课 题 有 关 的 工 作 积 累
请老师批评指正 谢谢！
司 钻 控 制 系 统 的 国 内 外 现 状
• 控制房和仪表盘没有设计规范，缺乏整体 设计的理念。 • 仪表的显示器与控制器布置与人的生理心 理不对应、不协调，司钻操作顾此失彼， 容易发生错读和误操作。 • 模拟仪表和数字仪表重复设置。 • 显示器和控制器主次不分、轻重不分。
我 国 司 钻 控 制 房 存 在 的 问 题
绞车型号 马力HP 钩载kN 最快提升 速度m/s 重量t GH 3300 EG AG-2G 3300 7920 1.02 52
德 国 WIRTH 公 司
外形尺寸 （长×宽 ×高）mm
7200×3500 ×2500
E-3000-AC绞车
绞车型号 额定输入 功率kw 最大快绳 拉力kN E-3000-AC 2200 799
钻 机 监 控 面系 统 的 人 机 界
控 制 系 统 的 可 靠 性
• 设计确定司钻控制系统的硬件组成，包括 SIEMENS S7-300PLC、TP270触摸屏、 DDL智能控制阀岛和司钻室控制系统。 • 设计基于PLC现场总线的司钻控制系统的程 序，包括数据采集、数据的处理和逻辑运算、 钻井参数及设备状态显示、声光报警等控制 程序。 • 人机界面的设计。该系统使用西门子的 TP270触摸屏作为人机接口，以Protool V6.0组态软件为开发工具，它提供了包括文 本和数据图表等完整的丰富的图形用户界面。 • 运行调试，使控制程序在硬件中完整实现， 达到期望。
试 验 方 案
可 • 基于现场总线的司钻控制系统在国外先进钻 行 机中应用以比较广泛，为课题研究提供了良 性 好的参照。 分 • 借鉴国内外科技文献及资料为课题的研究提供 析
了理论基础。 • SIEMENS S7-300是一套成熟的PLC,有完整的开 发软件作支持，为课题研究提供了良好的试 验基础。 • 借鉴兰石厂、中原总机厂、上海中曼石油设备 公司的成熟技术，在导师的前期的工作指导下， 本人有信心开展此项工作。
• 应用线路冗余技术，设计出基于PROFIBUS-DP 现场总线的司钻控制系统网络,把司钻控制系统中 的设备有机地连接在一起。
• 通过司钻控制台和触摸屏，司钻可以进行各项钻 井操作，还可以监控设备的运行状态。实现司钻 控制系统的自动化操作功能，及钻井参数的显示、 存储、打印，以及远程监控和管理。
课 题 研 究 目 标
德 国 BENTEC 公 司
钢丝绳直 径mm
滚筒尺寸 （ 直径×宽 度）mm 重量t 外形尺寸 （长×宽 ×高）mm
Φ 45
Φ 990×182 4
60
8700×3200 ×3150
2007年11月，宝鸡石油机械有限公司研制成功我国首 台12000m特深井钻机。 ZJ120/9000DB钻机是目前全球最先进的特深井陆地石 油钻机，钻机的总体技术方案和集成技术，目前在国 际上属领先水平。钻机采用国际最先进的全数字交流 变频控制技术，作业全部实现智能化控制，具有控制 精度高，功率因子高，兼容、容错性能好等特点。
• 将模糊神经网络的控制技术应用到自动送钻当中， 提高自动送钻的控制精度。
研 • 司钻控制系统总体方案确定与主要设备选型 究 内 容 • 绞车、转盘、泥浆泵控制程序设计 • 基于WinCC组态软件的钻机监视系统 人机界面设计 • 监视系统人机界面设计
• 触摸屏人机操作界面设计
• 司钻控制系统的可靠性评估
控网 制络 系设 统计
控程 制序 系设 统计
硬 件 组 态
人 控机 制界 系面 统设 计
可 控靠 制性 系分 统析
技 术 路 线 图
系 统 抗 干 扰 措 施
DP
电 动 机
变 频 器
制 动 单 元
绞 车 、 转 盘 制、 泥 浆 泵 的 控
自 动 送 钻 控 制
系 统 保 护 功 能
司 钻 操 作 面系 统 的 人 机 界
将现场总线技术、矢量控制变频调 速技术和基于模糊神经网络的自动送钻 系统应用到石油钻机的司钻控制系统中， 更加精准地提高了钻机的自动化控制水 平。
课 题 创 新 性
• 参观了兰州石油化工机器总厂和中原总机厂等 制造钻机的企业，对钻机的工作原理及其作用 有了较清楚的认识； • 查阅、收集、整理了与本课题有关的大量的国 内外相关资料和文献； • 研究生课程学习了《系统仿真技术》、《现代 控制理论》等与课题相关课程，同时详细阅读 了《石油钻采机械概论》、《电动钻机自动化 技术》等专业教材，掌握了开展科学研究的基 本方法；应用Pro/E、MATLAB 、SOLIDWORKS等 实用软件，对研究对象进行仿真，模拟。
3
为了更好的提高钻机在复杂钻井过 程中的钻进性能，无论是提高钻进速度 还是优化钻井控制，关键在于提高对绞 车的控制。 国外先进的钻机生产厂商非常注重 对钻机绞车控制系统的改进，随着四象 限控制技术以及自动送钻技术的发展， 大大提高了钻机的整体性能。
国 外 电 驱 动 钻 机 发 展 现 状
4
GH 3300 EG AG-2G绞车
产品技术特点: •国内最大功率6000马力绞车，模块化设计，即可整体运输也可分块 运输； •52米井架、12米旋升式底座，绞车动力起升（包括司钻偏房）； •绞车低位安装、低位工作； •主要部件采用-40℃高强度结构钢，钻机满足极寒地区钻井作业要 求 •自主研发整套大吨位游吊、天车、转盘系统等； •电控系统优化设计，增加变速控制功能等。
基于PROFIBUS-DP的 题目： ZJ70DB 司钻控制 系统设计与研究
目录CONTENTS
•课题意义及国内外现状 •课题研究目标、研究内容和拟解决的 关键性问题 •拟采取的研究方法、技术路线、试验 方案及其可行性分析 •课题的创新性 •与本课题有关的工作积累
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为什么选择这个课题
a) 交流变频电驱动石油钻机已经成为了世界石油钻机发展的主流， 对它的控制系统的研究十分必要的。 b) 在石油钻机的设计中，电控系统通过软件来实现复杂的工况可以 有效的提高钻机的可靠性、降低钻井成本。 c) 在钻进过程中，随着钻井深度的不断增加，地质条件的变化对钻 进的钻压和转速的控制精度有了更高的要求。 d) 石油钻机自动化水平的提高一方面可以降低生产成本，提高企业 效益；另一方面对提高我国石油钻机在国际钻井市场上的竞争力， 开拓海外石油市场也有着重要的意义。 e) 随着海洋石油开采需求的加剧，陆地钻机司钻控制系统的研究对 海洋钻机的设计研发有一定的借鉴作用。
国 内 电 驱 动 钻 机 发 展 现 状
JC120DB绞车
绞车型号 额定输入功率 kw 最大快绳拉力 kN 钢丝绳直径mm 滚筒尺寸（ 直径×宽度） mm JC120DB 2940 850 Φ 48 Φ 1320×231 2
宝 鸡 石 油 机 械 厂
刹车轮毂/盘尺 Φ 2400×80 寸mm 辅助刹车 外形尺寸（长 ×宽×高）mm 能耗制动 11990×3350 ×3260