石油鉆機動力包無人值守控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石油鉆井技術(shù)領(lǐng)域的自動控制系統(tǒng)，特別是涉及一種石油鉆機動力包無人值守控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]鉆井是石油勘探和開發(fā)最主要的手段之一，通過鉆井才能證實勘探地區(qū)是否含油以及含油量的多少，通過鉆井才能將地下的油氣開采出來。鉆井技術(shù)水平不僅直接影響到勘探的效果和油氣的產(chǎn)量，并且關(guān)系到油田開發(fā)總成本的高低。因此，提高鉆井技術(shù)水平和鉆井效率，對油氣田開發(fā)具有十分重要的意義。
[0003]石油鉆井是一個復雜、完整的工業(yè)體系，鉆井作業(yè)由鉆進、鉆具更換、泥漿循環(huán)、水泥灌漿等幾個工序完成。鉆井機械是一套為鉆井工程服務(wù)的綜合性聯(lián)合工作機，統(tǒng)稱鉆機，即鉆機是實現(xiàn)鉆井工作的一套綜合性機組，鉆井技術(shù)水平的高低很大程度上取決于鉆井設(shè)備的裝備水平。鉆機動力系統(tǒng)，即為鉆井設(shè)備提供動力源的設(shè)備，包括有柴油發(fā)電機組及電控系統(tǒng),簡稱為鉆機動力包。
[0004]鉆機經(jīng)歷了由柴油機直接驅(qū)動到電驅(qū)動的發(fā)展歷程，電驅(qū)動鉆機目前是鉆井的主流設(shè)備，其核心是電氣傳動自動化控制系統(tǒng)，簡稱為電控系統(tǒng)(集中在一個或兩個電控房內(nèi))，它的控制對象主要有柴油發(fā)電機組、泥漿泵、絞車、轉(zhuǎn)盤、頂驅(qū)、固控系統(tǒng)等，根據(jù)控制的是直流電機還是交流電機，分為直流電驅(qū)動系統(tǒng)(SCR)和交流電驅(qū)動系統(tǒng)(VFD)。
[0005]近年來，隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展，鉆井行業(yè)對鉆機的自動化程度需求越來越高，主要體現(xiàn)在鉆井正向無人化的方向發(fā)展。作為鉆井的核心設(shè)備，柴油發(fā)動機組供電系統(tǒng)和鉆機電控系統(tǒng)，其實現(xiàn)無人值守是實現(xiàn)整個鉆機無人化最重要的環(huán)節(jié)。
[0006]目前，鉆機柴油發(fā)電機組和電控房都是有專門的人員現(xiàn)場操作、維護，一方面造成人力資源的浪費，與石油系統(tǒng)提出的“減員增效”精神不符，另一方面故障不能及時處理，有時因為設(shè)備故障現(xiàn)場無法排除還需配套廠家上門服務(wù)，維護工作繁瑣、故障排除緩慢，直接造成鉆井的效率下降、成本升高及資源浪費。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有鉆機柴油發(fā)電機組和電控房由于人工手動操作效率低、成本高的技術(shù)問題，提供一種效率高、成本低的石油鉆機動力包無人值守控制系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明的石油鉆機動力包無人值守控制系統(tǒng)，所要達到的目標是:自動起/停車、自動并網(wǎng)、自動負荷分配、自動卸載及解裂、自動識別警告和故障級別動作，完善的發(fā)動機組信號采集及后臺監(jiān)視，采用電控系統(tǒng)(SCR/VFD)實現(xiàn)能量閉環(huán)控制。
[0009]為達到這一目標，首先要把人工值守方式下柴油發(fā)電機組的各種監(jiān)控信息自動采集到電控房，這些信息包括:水溫、油壓、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、水位、電池電壓、系統(tǒng)故障、緊急停車、保養(yǎng)提示、運行時間和燃油消耗量等。
[0010]本發(fā)明提供的石油鉆機動力包無人值守控制系統(tǒng)，包括ECM、J1939數(shù)據(jù)接口模塊、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、控制器、電壓調(diào)節(jié)器和協(xié)議轉(zhuǎn)換器，ECM通過J1939數(shù)據(jù)接口模塊與協(xié)議轉(zhuǎn)換器連接，協(xié)議轉(zhuǎn)換器與控制器連接，控制器通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器與ECM連接，電壓調(diào)節(jié)器與控制器連接。
[0011]優(yōu)選地，ECM是采用J1939通訊協(xié)議的柴油發(fā)電機組的綜合管理模塊，集成了柴油發(fā)電機組的運行參數(shù)和控制信號，并通過J1939數(shù)據(jù)接口模塊以J1939協(xié)議的方式處理數(shù)據(jù)；
[0012]J1939數(shù)據(jù)接口模塊用于將ECM的J1939協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Modbus協(xié)議數(shù)據(jù)，協(xié)議轉(zhuǎn)換器用于將J1939數(shù)據(jù)接口模塊17輸出的Modbus協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Profibus-DP協(xié)議數(shù)據(jù)；
[0013]控制器通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器控制柴油發(fā)電機組的發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，控制器通過所述電壓調(diào)節(jié)器控制柴油發(fā)電機組的發(fā)電機的電壓。
[0014]優(yōu)選地，控制器還連接有發(fā)電機出口斷路器。
[0015]優(yōu)選地，J1939數(shù)據(jù)接口模塊的型號是XLG500，協(xié)議轉(zhuǎn)換器的型號是PB-B-M0DBUS485，控制器為POWER MANAGE SPM-D11型號的并網(wǎng)管理模塊控制器，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為SPEED C0NTR0LER2301D型號的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器；電壓調(diào)節(jié)器為VOLTAGE C0NTR0LERDECS 100型號的電壓調(diào)節(jié)器。
[0016]本發(fā)明還提供一種石油鉆機動力包無人值守控制方法，包括以下步驟:
[0017](1)在柴油發(fā)電機組上安裝ECM和J1939數(shù)據(jù)接口模塊，在電控房安裝轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、控制器、電壓調(diào)節(jié)器和協(xié)議轉(zhuǎn)換器，將控制器通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器與電控房的電傳動系統(tǒng)連接起來，將控制器與柴油發(fā)電機組的發(fā)電機連接起來，使用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器將柴油發(fā)電機組的發(fā)動機與控制器連接起來，使用電壓調(diào)節(jié)器將柴油發(fā)電機組的發(fā)電機與控制器連接起來；
[0018](2)ECM采集柴油發(fā)電機組的運行參數(shù)數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)經(jīng)過J1939數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換成Modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)，協(xié)議轉(zhuǎn)換器再將J1939數(shù)據(jù)接口模塊輸出的Modbus協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Profibus-DP協(xié)議數(shù)據(jù)后傳送給電控房的電傳動系統(tǒng)；
[0019](3)電控房的電傳動系統(tǒng)發(fā)出控制指令控制柴油發(fā)電機組的自動起/停車、自動并網(wǎng)、自動負荷分配、自動卸載及解裂。
[0020]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)控、定時提示維護保養(yǎng)、自動報警，并可實現(xiàn)自動起/停車?，F(xiàn)場人員只需在值班室就能全面了解動力包的各種性能，實現(xiàn)快速排除故障、預(yù)防故障發(fā)生、有效的維護工作，實現(xiàn)動力包的無人值守。本系統(tǒng)運行更加安全、可靠和穩(wěn)定，并能實現(xiàn)減員增效，降低成本。
[0021](1)從根本上解決了鉆井隊減員增效的問題。目前，國內(nèi)鉆井隊柴油發(fā)電機組和電控系統(tǒng)的現(xiàn)場日常值班維護人員通常每班3人，每天3班。實現(xiàn)無人值守后，只需1人在辦公室即可監(jiān)控，并可簡化為每天2班。這樣每天由9人次減少為2人次，按每人每年10萬元費用計，僅人工費用即可每隊每年節(jié)省70萬元。國內(nèi)一個鉆井公司的規(guī)模通常在幾十個鉆井隊伍，這樣一個鉆井公司每年可節(jié)省人工費用數(shù)百萬元。
[0022](2)對柴油機組進行無人化控制，能按照現(xiàn)場鉆井負荷的實際情況控制柴油機組的功率及并網(wǎng)數(shù)量，這樣就能最有效的發(fā)揮柴油機組的功率，避免人工控制方式下機組過載或者長期輕載情況的發(fā)生，使柴油機組工作在合理的功率區(qū)間內(nèi)，從而減少了機組損耗，降低了機組故障率，提高了效率，減少了維修費用，也節(jié)省了燃油，產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益。
[0023](3)首次解決了鉆機電控系統(tǒng)對柴油發(fā)動機的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控問題。之前，電控系統(tǒng)對柴油發(fā)電機組的數(shù)據(jù)銜接僅限于發(fā)電機，即電壓、電流、功率等電參數(shù)，而對于發(fā)動機的參數(shù)，如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、機油壓力、燃油壓力、水溫、水位、機油溫度、運行時間、燃油消耗量等事關(guān)發(fā)動機運行的重要參數(shù)，一直不能采集，造成對柴油發(fā)電機組控制的盲區(qū)，造成一些發(fā)動機出現(xiàn)故障后機組仍然工作的現(xiàn)象，極易出現(xiàn)小事故引發(fā)成大事故。在解決了電控系統(tǒng)對柴油發(fā)動機的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控問題后，柴油發(fā)電機組無論是發(fā)動機還是發(fā)電機，都在電控系統(tǒng)的實時監(jiān)控下，從而提高了機組運行的安全性與可靠性。
[0024]本發(fā)明進一步的特征，將在以下【具體實施方式】的描述中，得以清楚地記載。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是并網(wǎng)管理模塊控制器SPM-D11的接口連接圖；
[0027]圖3是監(jiān)視部分的連接示意圖；
[0028]圖4是并網(wǎng)管理模塊控制器SPM-D11、DECS100電壓調(diào)節(jié)器、2301D轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和柴油發(fā)電機組的連接示意圖。
[0029]附圖符號說明:
[0030]1.柴油發(fā)電機組,2.電控房,3.發(fā)動機,4.發(fā)電機,5.ECM,6.進排氣系統(tǒng),7.冷卻系統(tǒng)，8.潤滑系統(tǒng)，9.燃油系統(tǒng)，10.發(fā)電機出口斷路器，11.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，12.控制器，13.電壓調(diào)節(jié)器，14.協(xié)議轉(zhuǎn)換器，15.電傳動系統(tǒng)，16.后臺，17.J1939數(shù)據(jù)接口模塊，18.發(fā)動機電氣系統(tǒng)，19.并網(wǎng)管理模塊控制器SPM-D11，20.PB-B-M0DBUS485協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，21.S7-300PLC控制器，22.工控機，23.遠程監(jiān)控工控機。
【具體實施方式】
[0031]如圖1所示，電控房2和柴油發(fā)電機組1連接，后臺16與電控房2連接。柴油發(fā)電機組1包括相互匹配連接的發(fā)動機3和發(fā)電機4，進排氣系統(tǒng)6、冷卻系統(tǒng)7、潤滑系統(tǒng)8、燃油系統(tǒng)9、發(fā)動機電氣系統(tǒng)18分別與發(fā)動機3連接。ECM5安裝在發(fā)動機3上，ECM5是指電子控制模塊，ECM5可以是機組出廠時自帶。
[0032]電控房2包括控制器12、發(fā)電機出口斷路器10、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器11、電壓調(diào)節(jié)器13、協(xié)議轉(zhuǎn)換器14和電傳動系統(tǒng)15，控制器12通過發(fā)電機出口斷路器10與發(fā)電機4連接，控制器12通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器11與ECM5連接，控制器12通過電壓調(diào)節(jié)器13與發(fā)電機4連接，協(xié)議轉(zhuǎn)換器14與控制器12連接，ECM5通過J1939數(shù)據(jù)接口模塊17與協(xié)議轉(zhuǎn)換器14連接，電傳動系統(tǒng)15與協(xié)議轉(zhuǎn)換器14連接，后臺16與電傳動系統(tǒng)15連接。
[0033]后臺16可以是值班房或經(jīng)理房的電腦。
[0034]ECM5是柴油發(fā)電機組1的綜合管理模塊，集成了柴油發(fā)電機組1運行的水溫、油壓、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、水位、電池電壓、系統(tǒng)故障、緊急停車、保養(yǎng)提示、運行時間和燃油消耗量等各種參數(shù)及控制信號，通過J1939數(shù)