PROFIBUS-DP總線(xiàn)在石油鉆機電傳動(dòng)系統中的應用

1 引言

　　石油電驅動(dòng)鉆機是近年來(lái)發(fā)展非?？斓你@井專(zhuān)用裝備，廣泛應用于國內外各大油田的開(kāi)發(fā)。進(jìn)入20世紀90年代，石油鉆機的控制系統已由模擬式控制技術(shù)逐步轉化為數字式控制技術(shù)，由繼電器控制模式逐步轉化為總線(xiàn)智能控制模式，并繼續朝著(zhù)智能化控制方向發(fā)展和改進(jìn)。由于profibus-dp現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)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(chǎng)維護方便，現已廣泛應用于電驅動(dòng)鉆機系統中。

　　本文將從石油鉆機井場(chǎng)情況進(jìn)行分析，介紹在石油鉆機電傳動(dòng)系統中profibus-dp現場(chǎng)總線(xiàn)的應用情況，并以一套普通zj40d鉆機電傳動(dòng)系統為例,介紹了profibus-dp現場(chǎng)總線(xiàn)的具體應用。

2 profibus-dp通信

　　隨著(zhù)計算機控制技術(shù)的日新月異，工業(yè)控制結構正發(fā)生著(zhù)巨大的變化。profibus是目前國際上通用的現場(chǎng)總線(xiàn)標準之一，已被納入現場(chǎng)總線(xiàn)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規范。profibus是一種用于工廠(chǎng)自動(dòng)化車(chē)間級監控和現場(chǎng)設備層數據通信與控制的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，可實(shí)現現場(chǎng)設備層到車(chē)間級監控的分散式數字控制和現場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò )，從而為實(shí)現工廠(chǎng)綜合自動(dòng)化和現場(chǎng)設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(diǎn)、嚴格的認證規范、開(kāi)放的標準、眾多廠(chǎng)商的支持和不斷發(fā)展的應用行規，profibus是一種國際化、開(kāi)放式、不依賴(lài)于設備生產(chǎn)商的現場(chǎng)總線(xiàn)標準，廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通電力等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。

　　profibus是siemens公司提出的一種適用于所有現場(chǎng)應用的開(kāi)放式工業(yè)控制現場(chǎng)總線(xiàn)標準。profibus由三部分組成，即profibus-dp(分布式外圍設備)、profibus-pa(過(guò)程自動(dòng)化)和profibus-fms(現場(chǎng)總線(xiàn)報文規范)。在profibus現場(chǎng)總線(xiàn)中，profibus-dp(簡(jiǎn)稱(chēng)dp協(xié)議)的應用最廣。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和現場(chǎng)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(gè)有著(zhù)32個(gè)站點(diǎn)的分布系統中，profibus-dp對所有站點(diǎn)傳送512bps輸入和512bps輸出，在傳輸速率為12mbps時(shí)，總線(xiàn)循環(huán)時(shí)間僅為1ms；經(jīng)過(guò)擴展的profibus-dp診斷能對故障快速定位。診斷信息在總線(xiàn)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(guò)診斷操作；rs-485制式雙絞線(xiàn)，雙線(xiàn)電纜或光纜，波特率從9.6kbit/s到12mbit/s；總線(xiàn)存取支持單主或多主系統。各主站間令牌傳遞，主站與從站間為主-從傳送；線(xiàn)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(diǎn)使其在工業(yè)電氣自動(dòng)化領(lǐng)域占據了重要的地位。

3 石油鉆機電氣傳動(dòng)系統

　　石油天然氣勘探與開(kāi)發(fā)用鉆機是由動(dòng)力機、傳動(dòng)機與多工作機組成的成套性聯(lián)合機組，屬于重型機械裝備。它主要包括旋轉鉆進(jìn)系統、鉆井液循環(huán)系統、鉆具起升系統、動(dòng)力機組、傳動(dòng)和控制系統、底座和其他輔助設備等。其中，轉盤(pán)、絞車(chē)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(dòng)系統為例，介紹profibus-dp現場(chǎng)總線(xiàn)的具體應用。電驅動(dòng)鉆機電傳動(dòng)系統結構如圖1所示。zj40d鉆機電傳動(dòng)系統主要完成以下功能:

　　對絞車(chē)電機，完成單臺電機的正、反轉控制及調速功能；對轉盤(pán)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(dòng)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(fēng)機、油泵及其它輔助電機的啟、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；完成部分鉆井參數的讀取及顯示。

圖1 zj40d電氣傳動(dòng)系統