PROFIBUS-DP總線在石油鉆機(jī)電傳動系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 引言

　　石油電驅(qū)動鉆機(jī)是近年來發(fā)展非?？斓你@井專用裝備，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外各大油田的開發(fā)。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，石油鉆機(jī)的控制系統(tǒng)已由模擬式控制技術(shù)逐步轉(zhuǎn)化為數(shù)字式控制技術(shù)，由繼電器控制模式逐步轉(zhuǎn)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(jìn)。由于profibus-dp現(xiàn)場總線技術(shù)比較成熟，可靠性高，模塊化功能強(qiáng)大，組態(tài)靈活方便，故障率低，現(xiàn)場維護(hù)方便，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電驅(qū)動鉆機(jī)系統(tǒng)中。

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

2 profibus-dp通信

　　隨著計算機(jī)控制技術(shù)的日新月異，工業(yè)控制結(jié)構(gòu)正發(fā)生著巨大的變化。profibus是目前國際上通用的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)之一，已被納入現(xiàn)場總線的國際標(biāo)準(zhǔn)iec 61158和歐洲標(biāo)準(zhǔn)en 50170，并于2006年批準(zhǔn)發(fā)布中國國家標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)，可實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。它以其獨特的技術(shù)特點、嚴(yán)格的認(rèn)證規(guī)范、開放的標(biāo)準(zhǔn)、眾多廠商的支持和不斷發(fā)展的應(yīng)用行規(guī)，profibus是一種國際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，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(lǐng)域自動化。

　　profibus是siemens公司提出的一種適用于所有現(xiàn)場應(yīng)用的開放式工業(yè)控制現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。profibus由三部分組成，即profibus-dp(分布式外圍設(shè)備)、profibus-pa(過程自動化)和profibus-fms(現(xiàn)場總線報文規(guī)范)。在profibus現(xiàn)場總線中，profibus-dp(簡稱dp協(xié)議)的應(yīng)用最廣。dp協(xié)議是一種高速低成本通信,主要用于plc與分布式i/o和現(xiàn)場設(shè)備的高速數(shù)據(jù)通信。profibus-dp用于基礎(chǔ)控制層的高速數(shù)據(jù)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(jīng)過擴(kuò)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)。profibus-dp的上述特點使其在工業(yè)電氣自動化領(lǐng)域占據(jù)了重要的地位。

3 石油鉆機(jī)電氣傳動系統(tǒng)

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

　　3.1 鉆機(jī)電控功能

　　本文以一套普通zj40d鉆機(jī)電傳動系統(tǒng)為例，介紹profibus-dp現(xiàn)場總線的具體應(yīng)用。電驅(qū)動鉆機(jī)電傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。zj40d鉆機(jī)電傳動系統(tǒng)主要完成以下功能:

　　對絞車電機(jī)，完成單臺電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制及調(diào)速功能；對轉(zhuǎn)盤電機(jī)，完成單臺電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制、調(diào)速及扭矩限制功能；對泥漿泵電機(jī)，完成每臺電機(jī)的啟、停及調(diào)速功能；自動送鉆電機(jī)，完成電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制及調(diào)速功能；完成以上電機(jī)的風(fēng)機(jī)、油泵及其它輔助電機(jī)的啟、停聯(lián)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(shù)的讀取及顯示。

圖1 zj40d電氣傳動系統(tǒng)