钻机绞车PLC控制系统的研究与设计.pdf

《钻机绞车PLC控制系统的研究与设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、554化工自动化及仪表第38卷钻机绞车PLC控制系统的研究与设计张立众马永翔(陕西理工学院，陕西汉中723003)摘要从数学分析和程序实现的角度着重对绞车系统加以论述，分析说明了石油钻机绞车PLC控制系统硬件和软件的设计方法，实现了石油钻机绞车系统控制基本功能。关键词钻机绞车PLC数学分析中图分类号TP273文献标识码A文章编号1000-3932(2011)05_0554_05石油钻机是油田生产最主要的设备之一，要求绞车能高速运行、平稳起停，以保证不损坏钻井设备并提高井的质量，还要求驱动设备具有良好的动

2、态特性，因此对钻机绞车系统的性能有很高的要求。通常一套钻机包括绞车系统、自动送转系统、转盘系统、泥浆液位系统、阀岛系统及固控(NCC)系统。而在这一整套系统中，绞车系统可以说是最难控制的一个系统，对它控制的好坏将直接关系到石油生产能否继续和工人的人身安全。为此，绞车的控制是一个重点。笔者从数学分析和软件程序实现的角度对PLC钻机控制系统进行研究，最终实现了石油钻机绞车系统控制的基本功能。1绞车系统结构采用自动送钻工作方式，绞车的动力由一台AC．DC．AC交流变频器驱动的功率为的交流电机提供。绞车系统与自

3、动送钻系统的机械结构如图l所示。绞车系统包括滚筒、自动送钻电机、大绳、天车、游车、井架和大钩。滚筒在井架平台旁边下方；天车在井架顶端，有5个定滑轮；游车有5个动滑轮，底部与大钩相连；大绳一头固定在滚．．r删～莎习f卡／击>＼、1、№+丞／g＼、”+I^“m＼∥於死绳拉力I传感器滁￥图1绞车系统结构筒上，在滚筒上缠绕数圈后，绕过天车上的5个定滑轮与游车上的5个动滑轮，最后另一头固定在死绳拉力传感器上。绞车系统的附属安全部件包括液压盘式刹车、电磁涡流刹车、滚筒编码器、死绳拉力传感器和天车防碰器。安全制动系统

4、有两个：液压盘式刹车和电磁涡流刹车。液压盘式刹车的原理是每个刹车片后有一个弹簧，弹簧前与一个刹车液缸相连，当系统提供6．3MPa液压时，刹车液缸向后，刹车片不与刹车盘接触，此时不刹车；随着液压的减小，刹车片开始与刹车盘接触，即开始制动，当系统液力减小为O时，弹簧全部伸展，此时刹车力很大⋯。液压盘式刹车的应用是和它的优越特性分不开的，它具有盘式刹车的操作手感好等许多特点，在设计中考虑到了液压控制系统施加的力和刹车力矩之间的比例关系，增加了刹车系统和增力机构之间的关系。电磁涡流刹车无摩擦、使用简便且维护工作

5、量小，低速仍有较大制动转矩，是石油钻机理想的辅助刹车。目前国产电磁涡流刹车的配套电源多为ScR元件的半控整流桥方式，而进口电磁涡流刹车则采用直流PwM方式，但二者最终都是依靠控制励磁电流大小来调节刹车转矩的¨1。2自动送钻系统2．1简介当选择自动送钻工作方式时，司钻可从触摸屏上设定下钻钻压，经程序处理及PID整定后，输出到自动送钻电机，钻压通过传感器反馈到控制装置，与给定速度比较后再输出到PID调节器，形成闭环控制(图2)。调节器根据偏差值的大小，收稿日期：201lm3一16(修改稿)第5期张立众等．钻

6、机绞车PLc控制系统的研究与设计555按照PID控制规律运算得到输出值u，此值就是压力阀的输入电压，比例压力阀根据此电压调整进入刹车液缸的油压力，以便调整刹车力，从而减小偏差值，直至等于．sy。图2自动送钻系统的原理图所谓“自动送钻”就是使钻头以恒定的钻压向下前进，钻压=最大悬重一当前悬重，而最大悬重是一定的(游车+大钩+钻杆数×360kg)，只需从死绳拉力传感器中得到当前悬重，就可以算出钻压，然后自动送钻电机会在程序的控制下进行起、下钻作业。自动送钻系统流程如图3所示。伍丽嚣百雨翮凄取息亘交际值二二[

7、计算寅时钻J上值——]—～鬲薄赢两i雎小f钻压没盔、、．，一N‘雨百赢诞i胍人r钻压没《、、，—，N‘延爹蜒堡型堡堑：i绞4+零速悬停[J动送钻结柬图3自动送钻系统流程2．2软件准备与系统连接为了实现自动送钻，首先建立自动送钻变频器与PLC之间的通讯，它是通过Pro砧us总线和通讯程序连接的。需要给变频器设置一个总线地址，并且规定一段空间用来存放从变频器传上来的数据，因此在编写程序时，定义一个数据块(DB块)，以便存放数据和变量。接下来实现变频器在软件中的控制。在这些信息通过Profibus在变频器和P

8、LC的CPU之间传输时，这个DB块是变频器信号进入程序的第一站，并把它们变成程序中的变量，而后就可以根据工艺要求编写程序并在程序中引用这些变量。在连接时，要非常注意Pmfibus线屏蔽层的连接，因为屏蔽层直接连在总线连接器上，如果屏蔽层的金属丝在总线连接器里发生短路，将直接造成总线连接器和变频器通讯板的烧毁。3游车位置的控制3．1绞车结构分析在生产中，必须防止运动中的游车下砸到钻井平台或上行撞到天车后掉下反砸到钻井平台，造成人员伤亡和设备损