論文 關鍵詞：PLC 石油鑽機 變頻傳動系統
論文摘要：本文敘述了西門子S7-400H熱冗餘PLC在石油鑽機變頻傳動系統的應用特點，給出了一個典型應用配置，並對實際的應有情況做了分析評價。
一、S7-400H系列的性能特點
S7-400H系列PLC是西門子的最新一代高端產品，是可以實現硬體熱冗餘的控制器。S7-400H一般由兩組S7-400通過光纖通信交換數據達到硬體熱冗餘的功能。
S7-400PLC的主要性能:
·全系列CPU處理速度整體提高3至70倍
·工作內存翻倍，最高達20MB
·定時器、計數器個數提高8倍
·通訊性能全面提高1倍
·零部件和編程工具保持兼容
·全面支持PROFIBUS等時模式
·支持不停機修改分布式硬體配置
S7-400的主要特色為：極高的處理速度、強大的通訊性能和卓越的CPU資源裕量。特別適合於高性能的中大規模系統。
需要容錯能力的應用系統就要選擇S7-400H PLC。基於標準S7-400模板的S7-400H是一個冗餘的PLC，可以明顯地減少生產過程的故障停機率，適用於那些需要儘可能減少或避免故障停機的應用場合。例如發電或輸、配電、化學 工業 、採礦、運輸等。
容錯性是通過二個並行的中央控制器實現的。它們的CPU通過光纜連接並通過冗餘的PROFIBUS DP線路對冗餘的I/O進行控制。除了故障CPU和PROFIBUS外，I/O自身可以冗餘。當發生錯誤或故障時進行無擾動的切換，即未受影響的熱備控制器將在中斷點繼續執行控制而不丟失任何信息。
S7-400H的編程與非冗餘的標準S7-400系統相同，都使用STEP-7語言。所有容錯專用的功能可通過容易使用的STEP 7軟體包來組態。為標準非容錯系統編寫的程序可以方便地移植到容錯系統(反之亦然)。STEP 7 V5.3已將冗餘選件包集成，無需再單獨購買。
在PLC產品領域，SIMATIC S7-400滿足了生產和過程自動化的系統解決方案的要求。
圖1．ZJ50DB電控系統基本配置圖
二、S7-400H組成的 網絡 系統
1、ZJ50DB/70DB鑽機是目前非常先進的鑽機，其整體的技術水平體現在電控系統的設計與調試中。我們在設計中確保系統的高配置、長期使用的高性能、高可靠性以及較為完善的安全措施，並為用戶提供良好的人機介面和故障診斷功能。設計完成後系統具有相當大的冗餘能力。
ZJ50DB系統配置2座VFD房，分別為VFDI房和VFDII房。根據總體要求我們作了以下布置：
VFDI房包括1#綜合櫃（負責採集與發送VFDI房內的各種電氣信號，另有柴油機組監控信號通信模塊和顯示機組參數的機組用工控機等），1MPA變頻櫃，1MPB變頻櫃，2MPA變頻櫃，2MPB變頻櫃，3MPA變頻櫃，，3MPB變頻櫃，進線開關櫃，冷氣機，主變壓器等。
VFDII房包括絞車A變頻櫃，絞車B變頻櫃，轉盤變頻櫃，絞車A制動櫃，絞車B制動櫃，切換櫃（實現絞車B變頻櫃作為轉盤變頻櫃的切換備用），PLC櫃(系統PLC主站設於該櫃內)，2#綜合櫃(負責採集與發送VFDII房內的各種電氣信號，另有以畫面形式監控和顯示全套傳動系統參數的上位工控機等)，送鑽變頻櫃， 採用SIEMENS先進的智能軟起動裝置，並實現對重要輔機的保護和監控。
全套系統的基本設備配置圖如圖1所示。
鑽機控制系統以西門子高性能的S7-400H熱冗餘主站PLC為控制核心，通過現場總線控制技術把數字化設備組成PROFIBUS-DP網絡,實現發電機控制單元、十台變頻器、司鑽監控、遠程監控、電液氣聯控、自動送鑽、一體化儀表系統、游車防碰等控制系統間的高速通訊，上位工控機和遠程工控機實時監控、儲存各個系統的運行狀態並提供故障診斷信息。上位工控機、遠程工控機與S7-400H熱冗餘主站PLC通過光纖通信組成一個工業乙太網；自動化級（PLC）、數字傳動級、司泵操作台和司鑽操作台通過熱冗餘PROFIBUS-DP構成雙總線網絡系統，參數雙向傳遞，顯示一體化鑽井儀表參數及畫面，各種狀態提示和幫助文本顯示，為鑽井工藝創建一個數字化、信息化、智能化的管理平台和友好的人機介面，實現對系統各裝置的遠程數據傳輸和故障監控，優化控制和監測整個鑽井過程。系統操作與監控具有兩種模式：PLC正常模式與繼電器應急模式。
系統的PLC及總線控制網絡如圖2所示。
司鑽操作台具有鑽機操作和鑽井參數實時顯示、電氣系統運行監控與顯示、故障顯示、報警的齊備功能。
圖2 PLC及總線控制網絡
司泵操作台獨立在泵房區放置，可以實現正常與應急操作，通過指示燈顯示系統基本的的運行狀態。
系統採用西門子最高性能的S7-400H熱冗餘PLC和Profibus現場總線技術（雙總線）進行絞車、轉盤、泥漿泵、自動送鑽變頻系統之間的數據快速傳輸，並可通過觸摸屏、顯示屏、工控機、遠程電腦實現監控、操作、故障報警、參量修改、診斷、存儲、記錄等功能。可以監控的參數主要有：柴油機組運行狀態及參數、發電機運行狀態及參數、變頻器運行狀態及參數、系統操作與運行狀態、系統故障與報警信號、誤操作信號、MCC運行狀態、游車運行狀態、一體化鑽井儀表等。
採用PLC和Profibus現場總線控制和變頻調速結合的總線控制系統具有以下的技術特點：
（1） 採用矢量控制的絞車電機四象限運行和游車位置閉環的防碰功能；
（2） 恆鑽壓自動送鑽技術；
（3） PLC和總線控制；
（4） 一體化司鑽台和一體化儀表系統；
（5） 操作和鑽井參數實時顯示、電氣系統運行監控與顯示、故障顯示、報警與安全停車的齊備功能，為鑽井工藝創建一個數字化、信息化、智能化的管理平台和友好的人機介面。
論文摘要：本文敘述了西門子S7-400H熱冗餘PLC在石油鑽機變頻傳動系統的應用特點，給出了一個典型應用配置，並對實際的應有情況做了分析評價。
一、S7-400H系列的性能特點
S7-400H系列PLC是西門子的最新一代高端產品，是可以實現硬體熱冗餘的控制器。S7-400H一般由兩組S7-400通過光纖通信交換數據達到硬體熱冗餘的功能。
S7-400PLC的主要性能:
·全系列CPU處理速度整體提高3至70倍
·工作內存翻倍，最高達20MB
·定時器、計數器個數提高8倍
·通訊性能全面提高1倍
·零部件和編程工具保持兼容
·全面支持PROFIBUS等時模式
·支持不停機修改分布式硬體配置
S7-400的主要特色為：極高的處理速度、強大的通訊性能和卓越的CPU資源裕量。特別適合於高性能的中大規模系統。
需要容錯能力的應用系統就要選擇S7-400H PLC。基於標準S7-400模板的S7-400H是一個冗餘的PLC，可以明顯地減少生產過程的故障停機率，適用於那些需要儘可能減少或避免故障停機的應用場合。例如發電或輸、配電、化學 工業 、採礦、運輸等。
容錯性是通過二個並行的中央控制器實現的。它們的CPU通過光纜連接並通過冗餘的PROFIBUS DP線路對冗餘的I/O進行控制。除了故障CPU和PROFIBUS外，I/O自身可以冗餘。當發生錯誤或故障時進行無擾動的切換，即未受影響的熱備控制器將在中斷點繼續執行控制而不丟失任何信息。
S7-400H的編程與非冗餘的標準S7-400系統相同，都使用STEP-7語言。所有容錯專用的功能可通過容易使用的STEP 7軟體包來組態。為標準非容錯系統編寫的程序可以方便地移植到容錯系統(反之亦然)。STEP 7 V5.3已將冗餘選件包集成，無需再單獨購買。
在PLC產品領域，SIMATIC S7-400滿足了生產和過程自動化的系統解決方案的要求。
圖1．ZJ50DB電控系統基本配置圖
二、S7-400H組成的 網絡 系統
1、ZJ50DB/70DB鑽機是目前非常先進的鑽機，其整體的技術水平體現在電控系統的設計與調試中。我們在設計中確保系統的高配置、長期使用的高性能、高可靠性以及較為完善的安全措施，並為用戶提供良好的人機介面和故障診斷功能。設計完成後系統具有相當大的冗餘能力。
ZJ50DB系統配置2座VFD房，分別為VFDI房和VFDII房。根據總體要求我們作了以下布置：
VFDI房包括1#綜合櫃（負責採集與發送VFDI房內的各種電氣信號，另有柴油機組監控信號通信模塊和顯示機組參數的機組用工控機等），1MPA變頻櫃，1MPB變頻櫃，2MPA變頻櫃，2MPB變頻櫃，3MPA變頻櫃，，3MPB變頻櫃，進線開關櫃，冷氣機，主變壓器等。
VFDII房包括絞車A變頻櫃，絞車B變頻櫃，轉盤變頻櫃，絞車A制動櫃，絞車B制動櫃，切換櫃（實現絞車B變頻櫃作為轉盤變頻櫃的切換備用），PLC櫃(系統PLC主站設於該櫃內)，2#綜合櫃(負責採集與發送VFDII房內的各種電氣信號，另有以畫面形式監控和顯示全套傳動系統參數的上位工控機等)，送鑽變頻櫃， 採用SIEMENS先進的智能軟起動裝置，並實現對重要輔機的保護和監控。
全套系統的基本設備配置圖如圖1所示。
鑽機控制系統以西門子高性能的S7-400H熱冗餘主站PLC為控制核心，通過現場總線控制技術把數字化設備組成PROFIBUS-DP網絡,實現發電機控制單元、十台變頻器、司鑽監控、遠程監控、電液氣聯控、自動送鑽、一體化儀表系統、游車防碰等控制系統間的高速通訊，上位工控機和遠程工控機實時監控、儲存各個系統的運行狀態並提供故障診斷信息。上位工控機、遠程工控機與S7-400H熱冗餘主站PLC通過光纖通信組成一個工業乙太網；自動化級（PLC）、數字傳動級、司泵操作台和司鑽操作台通過熱冗餘PROFIBUS-DP構成雙總線網絡系統，參數雙向傳遞，顯示一體化鑽井儀表參數及畫面，各種狀態提示和幫助文本顯示，為鑽井工藝創建一個數字化、信息化、智能化的管理平台和友好的人機介面，實現對系統各裝置的遠程數據傳輸和故障監控，優化控制和監測整個鑽井過程。系統操作與監控具有兩種模式：PLC正常模式與繼電器應急模式。
系統的PLC及總線控制網絡如圖2所示。
司鑽操作台具有鑽機操作和鑽井參數實時顯示、電氣系統運行監控與顯示、故障顯示、報警的齊備功能。
圖2 PLC及總線控制網絡
司泵操作台獨立在泵房區放置，可以實現正常與應急操作，通過指示燈顯示系統基本的的運行狀態。
系統採用西門子最高性能的S7-400H熱冗餘PLC和Profibus現場總線技術（雙總線）進行絞車、轉盤、泥漿泵、自動送鑽變頻系統之間的數據快速傳輸，並可通過觸摸屏、顯示屏、工控機、遠程電腦實現監控、操作、故障報警、參量修改、診斷、存儲、記錄等功能。可以監控的參數主要有：柴油機組運行狀態及參數、發電機運行狀態及參數、變頻器運行狀態及參數、系統操作與運行狀態、系統故障與報警信號、誤操作信號、MCC運行狀態、游車運行狀態、一體化鑽井儀表等。
採用PLC和Profibus現場總線控制和變頻調速結合的總線控制系統具有以下的技術特點：
（1） 採用矢量控制的絞車電機四象限運行和游車位置閉環的防碰功能；
（2） 恆鑽壓自動送鑽技術；
（3） PLC和總線控制；
（4） 一體化司鑽台和一體化儀表系統；
（5） 操作和鑽井參數實時顯示、電氣系統運行監控與顯示、故障顯示、報警與安全停車的齊備功能，為鑽井工藝創建一個數字化、信息化、智能化的管理平台和友好的人機介面。
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