在钻井工程中的应用

1、西门子S7-300PLC在石油钻井工程中的应用刘郢摘要：ZJ70D全电动钻机采用西门子S7-300PLC，它替换和简化了原有的电路板控制系统, 提高了系统的自动化水平, 使整个生产线的运行性能、可维护性、故障排除等都得到了极大的提高。关键词：ZJ70D钻机 S7-300PLC SCR柜 GEN柜 一 引言 PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业装置，是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式

2、的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。（一）PLC的特点：1. 可靠性高，抗干扰能力强。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。2. 配套齐全，功能完善，适用性强。PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合.除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。3. 易学易用，深受技术人员欢迎。PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

3、它接口容易，编程语言易于为技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事打开了方便之门。4. 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。5. 体积小，重量轻，能耗低。以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小，是实现

4、机电一体化的理想控制设备。（二）PLC的应用领域：目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。1开关量的逻辑控制。这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。2. 模拟量控制。在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC产配套的A/D和D/A转换模块，

5、使可编程控制器用于模拟量控制。3. 运动控制。PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。4. 过程控制。过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。5. 数据处理。现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、功能，可以完成数据的采集、分析及处理。6. 通信及联网。PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。（三）PLC控制系统的设计: 随着PLC功能的不断提高和完善，PLC几乎能完成工业控制领域的所有任务。PLC最适合的控制对象是：工业环境差，对安全性、可靠性要求高，系统工艺复杂，输入/输出点数较多，主要以开关量为主的工业自动控制

6、系统或装置。在很多情况下，PLC 可以取代工业计算机作为主控器来完成复杂的工业自动控制任务。(四) PLC可编程器的选择： 选择PLC型号及外设根据如下几点进行：1.功能方面：PLC 一般都具有常用功能，但特殊情况时，选用具有这一特殊控制功能的PLC。如PLC与PLC之间，PLC的智能仪表之间，PLC与上位机之间灵活方便的通讯要求时，就选用PS416PLC等型号的可编程器；又如PLC的计算速度、用户程序容量、或对PLC的位置等有特殊要求时，先必须去市场详细了解、分析，再做出正确选择。2.价格方面：目前PLC生产200多家，比较著名的有美国的ABB、通用，日本的三菱、松下，德国的西门子，韩国的三

7、星、LG等公司，不同厂家的PLC产品价格差距很大。在选用PLC控制器时，如果功能类似，质量相当，I/O点数相同的PLC控制器，应考虑性价比进行选择。3.个人方面：技术人员对某品牌的PLC性能比较熟悉、编写程序也熟练。一般选择自己喜欢的产品。二 系统简介 ZJ50/70D钻机电传动系统为DDF系列，由交流控制装置（GEN柜）、直流控制装置（SCR柜）、司钻控制台、PLC系统、交流电动机控制中心（MCC）及电磁刹车控制器等主要部分组成。DDF系列电传动系统分布图如图1所示。司钻台通过高性能的PLC控制，供司钻在钻井作业中进行各项操作，同时对控制系统的主要设备运行状态进行监控。 （图 1）如图所示，

8、使用PLC后减少了司控台与电控房之间的控制电缆数量，在各PLC单元之间以及司控台与电控房之间通过串行通讯来传递信息。司控房与电控房之间使用光缆传输信息，避免了外界电磁波的干扰。三 硬件构成 本系统由三个PLC支架（见表1）组成。使用西门子公司生产的S7-300PLC，CPU为315-2DP。司控台与电控房之间的串行通讯使用光纤连接组件（OLM）和光缆完成，工作在1.5MB（兆波特）。 表1 PLC支架说明支架位置说明CR1SCR房PLC柜SCR房中心支架（CR1）：6个I/O槽带1个315-2DP CPU，1个1M360模块，1个光纤连接组件OLMER1SCR房PLC柜SCR房扩展支架（ER1

9、）：5个I/O槽，1个1M361接口模块RR1司钻控制台司钻台远控支架（RR1)：6个I/O槽，1个光缆连接模块OLM，1个1M153接口模块四 程序特点 系统除提供PLC各单元之间串行通信外，PLC逻辑还提供以下功能：1、 监视两条通信通道：SCR房中PLC柜内的光缆连接组件上有2个指示灯，用以指示信号通道的状态。有2个通道：通道3和通道4。其中一个是主要的，另一个备用。如果主要的通道失效，备用通道将投入运行。从一个通道切换到另一个通道时不间断的，不产生故障显示（但PLC柜面板上的灯熄灭）。2、 如果2个通道都出现故障，将引起速度给定信号逐渐降为零。速度下降到零，指配关系随即解除。3、 所有

10、泥浆泵的给定都按渐变规律编程，而不是模拟电位器的信号输出。4、 指配接触器的延时闭合：设置一种指配关系后将选择开关置于“ON”位，则辅助电动机运行。一旦全部启动器闭合且无报警，则延时5秒后，指配接触器闭合。如果辅助电动机停转，则导致音响报警，但指配关系保持不变。五 结论 现代设计方法越来越先进，传统的机械设计已无法满足数据化工业生产的需要，机械设计需要工业设计的辅助作用以满足产品品种多样化、人性化、小批量和绿色设计等。当今世界经济格局发生了巨大变化，一体化市场已经形成。在工业领域中，要求产品的研发周期短、品种多样化、个性化、人性化、小批量和绿色设计产品的功能已不再是消费者决定购买的最主要因素，创新性、外观造型、宜人性、环保性等因素愈来愈受到重视，在竞争中占据突出地位。这仅仅依靠机械设计是无法达到的，于是工业设计的重要性日益显现出来。现代设计中，机械设计与工业设计的联系更加密切。 电气设备自动控制系统采用PLC控制后，大大简化了复杂的继电器逻辑，提高了系统的可靠性，而且操作简单，实践表明：该系统可以保持零故障运行，技术性能稳定、维护方便。为PLC控制系统的推广应用提供了一定的借鉴作用。参考文献：1西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子S7-300PLCM.北京：北京航