PROFIBUS-DP總線在石油鉆機電傳動系統(tǒng)中的應用

1 引言

　　石油電驅動鉆機是近年來發(fā)展非?？斓你@井專用裝備，廣泛應用于國內外各大油田的開發(fā)。進入20世紀90年代，石油鉆機的控制系統(tǒng)已由模擬式控制技術逐步轉化為數字式控制技術，由繼電器控制模式逐步轉化為總線智能控制模式，并繼續(xù)朝著智能化控制方向發(fā)展和改進。由于profibus-dp現場總線技術比較成熟，可靠性高，模塊化功能強大，組態(tài)靈活方便，故障率低，現場維護方便，現已廣泛應用于電驅動鉆機系統(tǒng)中。

　　本文將從石油鉆機井場情況進行分析，介紹在石油鉆機電傳動系統(tǒng)中profibus-dp現場總線的應用情況，并以一套普通zj40d鉆機電傳動系統(tǒng)為例,介紹了profibus-dp現場總線的具體應用。

2 profibus-dp通信

　　隨著計算機控制技術的日新月異，工業(yè)控制結構正發(fā)生著巨大的變化。profibus是目前國際上通用的現場總線標準之一，已被納入現場總線的國際標準iec 61158和歐洲標準en 50170，并于2006年批準發(fā)布中國國家標準gb/t 20540-2006 profibus規(guī)范。profibus是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術，可實現現場設備層到車間級監(jiān)控的分散式數字控制和現場通信網絡，從而為實現工廠綜合自動化和現場設備智能化提供了可行的解決方案。它以其獨特的技術特點、嚴格的認證規(guī)范、開放的標準、眾多廠商的支持和不斷發(fā)展的應用行規(guī)，profibus是一種國際化、開放式、不依賴于設備生產商的現場總線標準，廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通電力等其他領域自動化。

　　profibus是siemens公司提出的一種適用于所有現場應用的開放式工業(yè)控制現場總線標準。profibus由三部分組成，即profibus-dp(分布式外圍設備)、profibus-pa(過程自動化)和profibus-fms(現場總線報文規(guī)范)。在profibus現場總線中，profibus-dp(簡稱dp協議)的應用最廣。dp協議是一種高速低成本通信,主要用于plc與分布式i/o和現場設備的高速數據通信。profibus-dp用于基礎控制層的高速數據傳送，主站周期地讀取從站的輸入信息，并周期地向從站發(fā)送輸出信息。profibus-dp的基本特性為：在一個有著32個站點的分布系統(tǒng)中，profibus-dp對所有站點傳送512bps輸入和512bps輸出，在傳輸速率為12mbps時，總線循環(huán)時間僅為1ms；經過擴展的profibus-dp診斷能對故障快速定位。診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。診斷信息分3級：本站診斷操作、模塊診斷操作和通過診斷操作；rs-485制式雙絞線，雙線電纜或光纜，波特率從9.6kbit/s到12mbit/s；總線存取支持單主或多主系統(tǒng)。各主站間令牌傳遞，主站與從站間為主-從傳送；線形、星形、環(huán)形以及可選的光纖雙環(huán)形冗余拓撲結構。profibus-dp的上述特點使其在工業(yè)電氣自動化領域占據了重要的地位。

3 石油鉆機電氣傳動系統(tǒng)

　　石油天然氣勘探與開發(fā)用鉆機是由動力機、傳動機與多工作機組成的成套性聯合機組，屬于重型機械裝備。它主要包括旋轉鉆進系統(tǒng)、鉆井液循環(huán)系統(tǒng)、鉆具起升系統(tǒng)、動力機組、傳動和控制系統(tǒng)、底座和其他輔助設備等。其中，轉盤、絞車和泥漿泵是鉆機最主要的三大部件。

　　3.1 鉆機電控功能

　　本文以一套普通zj40d鉆機電傳動系統(tǒng)為例，介紹profibus-dp現場總線的具體應用。電驅動鉆機電傳動系統(tǒng)結構如圖1所示。zj40d鉆機電傳動系統(tǒng)主要完成以下功能:

　　對絞車電機，完成單臺電機的正、反轉控制及調速功能；對轉盤電機，完成單臺電機的正、反轉控制、調速及扭矩限制功能；對泥漿泵電機，完成每臺電機的啟、停及調速功能；自動送鉆電機，完成電機的正、反轉控制及調速功能；完成以上電機的風機、油泵及其它輔助電機的啟、停聯鎖控制；完成大鉤位置的顯示以及防止上碰、下砸的功能；完成部分鉆井參數的讀取及顯示。

圖1 zj40d電氣傳動系統(tǒng)