雙PLC系統在交流變頻全電動鉆機中運用與研究

吳德慶　劉鑫

摘 要：PLC作為電動鉆機的控制中心發揮著越來越重要的作用，我處現在使用的電動鉆機大部分采用一套PLC控制系統加一套旁路系統的配置，由于鉆井行業經常搬遷且常年處在野外環境， PLC出現故障的概率較高，這時作為備用控制系統的旁路控制系統，只能發揮簡單應急功能，對實際的使用造成很多不便與安全隱患，而采用雙PLC控制系統能很好地解決這種問題，雖然在設備配套時成本稍高一些，但從長期使用的角度來看，反而能節省很多成本。

關鍵詞：雙PLC系統 安全 經濟

中圖分類號：TE922 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（b）-0015-01

控制系統作為電動鉆機的核心部分，全電動交流變頻鉆機對其要求很高，采用雙PLC系統的設備不但能很好地滿足安全及使用需要，還有諸多優勢。本文將通過所使用的50DBS鉆機從安全及經濟角度對其進行重點分析。

1 交流變頻全電動鉆機的控制方式

1.1 PLC通訊控制

在石油鉆井設備中，PLC控制系統通常由設在VFD房中的CPU、設在司鉆操作房中的遠程分站ET200以及數量不等數字/模擬輸入/輸出模塊、供電電源、通訊連接雙絞線等組成。可以根據司鉆的需要實現各種鉆井實際操作，還可以通過自身內部的程序計算實現一些保護功能。

1.2 旁路控制

旁路控制就是通過多芯線將司鉆房內的各類開關旋鈕、手柄、手輪與變頻器內的端子排連接，實現電機啟停、正轉、反轉等操作。旁路控制系統主要是在主控制系統PLC系統出現故障后作為應急使用。

1.3 雙PLC通訊控制

雙PLC系統就是去除旁路系統，改為兩套完全相同的完整PLC控制系統，一套使用；另一套作為備用。在控制系統中增加兩塊切換板，通過控制切換板上的繼電器，來控制PLC系統的供電電源，達到兩套PLC系統切換目的。

2 PLC通訊控制系統與旁路控制系統各自的特點

2.1 PLC通訊控制系統特點

（1）控制功能強大。

PLC控制系統具有較大的存儲能力和功能很強的輸入輸出接口。不僅具有數字邏輯運算、實時監控、數據傳送等功能，還能進行智能控制、遠程控制等。配備數據采集系統、數據分析系統、色彩圖像系統的操作臺，可以實現鉆井行業的全面要求。

（2）完善的監視與診斷。

PLC控制系統可以通過內部的程序計算，將實時的鉆井參數、電機與變頻器運轉情況等一一在觸摸屏上顯示出來，使司鉆在操作時一目了然。另外PLC控制系統還可以診斷出一些實時故障，通過聲光報警的形式提醒司鉆。

（3）抗干擾性強。

目前我處井隊PLC控制系統的通訊線，采用的是西門子屏蔽雙絞線，它由兩根具有屏蔽保護層的銅導線組成，把兩根絕緣的銅導線按一定的密度互相攪在一起，每根導線在傳輸中輻射的電波會被另一根線上發出的電波抵消，可降低信號的干擾程度。這種信號傳輸線相比較旁路系統的多芯線連接，具有很強的抗干擾性。

（4）保護性強。

在實際使用中，PLC系統最大的優點就是可以書寫保護性程序，如冷卻風機與電機的連鎖、潤滑系統與電機的互鎖等等，使誤操作的發生概率極大地降低；同時，智能防碰控制系統可以防止游車上碰下砸事故的發生，安全可靠性得到極大的提高。另外，PLC控制系統還為鉆機增加了自動送鉆功能，可以滿足恒壓送鉆、恒速送鉆的工藝要求，為高難度井的施工提供了有力的設備保障。

2.2 旁路控制系統特點

旁路控制系統構造很簡單，操作比較方便，造價比較低，主要在半電動鉆機和直流電動鉆機使用較多。由于其只能實現電機的啟停、正反轉等簡單功能，無法實現PLC控制系統強大的顯示和檢測保護功能，且其抗干擾性很差，已無法滿足交流變頻全電動鉆機控制電機的安全使用要求（特別是絞車電機）。

3 雙PLC系統在安全、經濟方面的優勢

3.1 安全方面

在平時使用過程中，PLC系統發生故障的概率較高，如果按普通鉆機的常規配置，一旦PLC系統發生故障，使用旁路系統我們是無法繼續進行打鉆或起下鉆作業的，因為這時觸摸屏上的所有的鉆井實時參數都無法顯示，所有的PLC系統保護程序，如控制閥島使盤剎系統工作的功能、游車上碰下砸功能、電機風壓檢測功能等都無法起到作用，同時絞車控制精度也會降低，且自動送鉆電機也無法使用，這樣都造成了巨大的安全隱患。

而采用雙PLC控制系統就不會存在這樣的問題，只要使用中的PLC系統出現故障，一鍵切換30 s就可以啟用另一PLC系統，既簡單方便，又避免了巨大安全隱患的出現，給現場鉆井作業提供了巨大的方便。

3.2 經濟方面

配備雙PLC系統的鉆機，比配備一套PLC系統一套旁路系統的鉆機在成本上大概貴10萬元左右，但是從長遠的使用角度來看就非常劃算了。

首先，單一PLC系統出現硬件損壞同樣要更換配件，而雙PLC系統相當于只是相當于提前備好了一套配件，當有硬件損壞時同樣可以替換使用，所以并不會出現浪費。

其次，電動鉆機平均每年大概出現五到六次PLC系統故障，一般出現PLC系統故障的平均維修時間大概在2～3 h，有時為了保證井下安全，還需用備用電機臨時起鉆，這樣浪費的時間更多，而井隊運營1 h的成本大概在1000元左右，這樣算下來配備雙PLC系統的設備在使用7年左右就會將這10萬元節省下來。

最后，旁路系統由于其無法滿足交流變頻全電動鉆機的安全需求，一旦出現安全事故，所造成的經濟損失是無法估算的。

4 結語

通過從安全和經濟的角度來分析，雙PLC控制系統對滿足交流變頻全電動鉆機的各項需求有著諸多的優勢，這點是單PLC控制系統所無法比擬，所以對于交流變頻全電動鉆機來說，配備雙PLC控制系統是非常有必要的。

參考文獻

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