双PLC系统在交流变频全电动钻机中运用与研究

吴德庆　刘鑫

摘 要：PLC作为电动钻机的控制中心发挥着越来越重要的作用，我处现在使用的电动钻机大部分采用一套PLC控制系统加一套旁路系统的配置，由于钻井行业经常搬迁且常年处在野外环境， PLC出现故障的概率较高，这时作为备用控制系统的旁路控制系统，只能发挥简单应急功能，对实际的使用造成很多不便与安全隐患，而采用双PLC控制系统能很好地解决这种问题，虽然在设备配套时成本稍高一些，但从长期使用的角度来看，反而能节省很多成本。

关键词：双PLC系统 安全 经济

中图分类号：TE922 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（b）-0015-01

控制系统作为电动钻机的核心部分，全电动交流变频钻机对其要求很高，采用双PLC系统的设备不但能很好地满足安全及使用需要，还有诸多优势。本文将通过所使用的50DBS钻机从安全及经济角度对其进行重点分析。

1 交流变频全电动钻机的控制方式

1.1 PLC通讯控制

在石油钻井设备中，PLC控制系统通常由设在VFD房中的CPU、设在司钻操作房中的远程分站ET200以及数量不等数字/模拟输入/输出模块、供电电源、通讯连接双绞线等组成。可以根据司钻的需要实现各种钻井实际操作，还可以通过自身内部的程序计算实现一些保护功能。

1.2 旁路控制

旁路控制就是通过多芯线将司钻房内的各类开关旋钮、手柄、手轮与变频器内的端子排连接，实现电机启停、正转、反转等操作。旁路控制系统主要是在主控制系统PLC系统出现故障后作为应急使用。

1.3 双PLC通讯控制

双PLC系统就是去除旁路系统，改为两套完全相同的完整PLC控制系统，一套使用；另一套作为备用。在控制系统中增加两块切换板，通过控制切换板上的继电器，来控制PLC系统的供电电源，达到两套PLC系统切换目的。

2 PLC通讯控制系统与旁路控制系统各自的特点

2.1 PLC通讯控制系统特点

（1）控制功能强大。

PLC控制系统具有较大的存储能力和功能很强的输入输出接口。不仅具有数字逻辑运算、实时监控、数据传送等功能，还能进行智能控制、远程控制等。配备数据采集系统、数据分析系统、色彩图像系统的操作台，可以实现钻井行业的全面要求。

（2）完善的监视与诊断。

PLC控制系统可以通过内部的程序计算，将实时的钻井参数、电机与变频器运转情况等一一在触摸屏上显示出来，使司钻在操作时一目了然。另外PLC控制系统还可以诊断出一些实时故障，通过声光报警的形式提醒司钻。

（3）抗干扰性强。

目前我处井队PLC控制系统的通讯线，采用的是西门子屏蔽双绞线，它由两根具有屏蔽保护层的铜导线组成，把两根绝缘的铜导线按一定的密度互相搅在一起，每根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消，可降低信号的干扰程度。这种信号传输线相比较旁路系统的多芯线连接，具有很强的抗干扰性。

（4）保护性强。

在实际使用中，PLC系统最大的优点就是可以书写保护性程序，如冷却风机与电机的连锁、润滑系统与电机的互锁等等，使误操作的发生概率极大地降低；同时，智能防碰控制系统可以防止游车上碰下砸事故的发生，安全可靠性得到极大的提高。另外，PLC控制系统还为钻机增加了自动送钻功能，可以满足恒压送钻、恒速送钻的工艺要求，为高难度井的施工提供了有力的设备保障。

2.2 旁路控制系统特点

旁路控制系统构造很简单，操作比较方便，造价比较低，主要在半电动钻机和直流电动钻机使用较多。由于其只能实现电机的启停、正反转等简单功能，无法实现PLC控制系统强大的显示和检测保护功能，且其抗干扰性很差，已无法满足交流变频全电动钻机控制电机的安全使用要求（特别是绞车电机）。

3 双PLC系统在安全、经济方面的优势

3.1 安全方面

在平时使用过程中，PLC系统发生故障的概率较高，如果按普通钻机的常规配置，一旦PLC系统发生故障，使用旁路系统我们是无法继续进行打钻或起下钻作业的，因为这时触摸屏上的所有的钻井实时参数都无法显示，所有的PLC系统保护程序，如控制阀岛使盘刹系统工作的功能、游车上碰下砸功能、电机风压检测功能等都无法起到作用，同时绞车控制精度也会降低，且自动送钻电机也无法使用，这样都造成了巨大的安全隐患。

而采用双PLC控制系统就不会存在这样的问题，只要使用中的PLC系统出现故障，一键切换30 s就可以启用另一PLC系统，既简单方便，又避免了巨大安全隐患的出现，给现场钻井作业提供了巨大的方便。

3.2 经济方面

配备双PLC系统的钻机，比配备一套PLC系统一套旁路系统的钻机在成本上大概贵10万元左右，但是从长远的使用角度来看就非常划算了。

首先，单一PLC系统出现硬件损坏同样要更换配件，而双PLC系统相当于只是相当于提前备好了一套配件，当有硬件损坏时同样可以替换使用，所以并不会出现浪费。

其次，电动钻机平均每年大概出现五到六次PLC系统故障，一般出现PLC系统故障的平均维修时间大概在2～3 h，有时为了保证井下安全，还需用备用电机临时起钻，这样浪费的时间更多，而井队运营1 h的成本大概在1000元左右，这样算下来配备双PLC系统的设备在使用7年左右就会将这10万元节省下来。

最后，旁路系统由于其无法满足交流变频全电动钻机的安全需求，一旦出现安全事故，所造成的经济损失是无法估算的。

4 结语

通过从安全和经济的角度来分析，双PLC控制系统对满足交流变频全电动钻机的各项需求有着诸多的优势，这点是单PLC控制系统所无法比拟，所以对于交流变频全电动钻机来说，配备双PLC控制系统是非常有必要的。

参考文献

[1] 袁阳春，倪广富.钻机PLC控制系统的应用[J].大观周刊，2012（5）：123-126.

[2] 史国庆.电气控制与可编程控制器技术[M].化学工业出版社，2003：98-146.endprint