钻井平台钻杆自动排放控制系统研究

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1、摘要钻杆的自动排放是实现自动化钻井的重要组成部分，本文结合课题组自行设计的钻杆自动排放系统的机械结构，分析其机构特点，以液压驱动作为动力，应用PLC和Profibus现场总线技术，对实现钻杆排放的自动化控制进行了研究。目前用于工业控制的自动化系统和通信协议众多，在比较了它们各自的控制功能优缺点后，选择了西门子PLC和现场总线中的Profibus．DP总线实现对钻杆排放的自动控制，同时结合目前通讯技术的发展，设计钻杆排放过程的监控和操作界面，实现整个控制过程的集中管理，并阐述了Profibus总线良好的可扩展性。本文首先对总体方案及各机构的组成进行介绍，并设计了控制

2、系统的液压回路，阐述了各机构的功能和动作要求，将其分解、整合，以完成在起钻、下钻和离线接立根等过程中的钻杆操作的动作流程。然后利用西门子软件Step7对控制系统进行组态，利用CPU315-2DP作为Profibus．DP总线的主站，用ET200M作为总线的从站等，完成对现场总线各硬件的组态和通讯处理。将每个操作过程分为手动、单步、单周期和连续四个控制模式，以满足操作过程中的不同需求。对主站进行程序设计，实现动作的控制。并对机构运动中有速度要求和同步要求的部分提出并设计了PID控制和模糊控制的方案。采用西门子的监控软件WinCC和WinCCflexible分别组态设

3、计上位机监控系统和触摸屏控制界面，并对报警信号及信息归档处理进行设计，以便于监控和操作人员对整个系统运行情况的掌握从而做出正确的判断。最后对系统的抗干扰能力进行了初步研究，提出了几条提高抗干扰能力的措施。关键词t钻杆自动排放，液压回路，PLC，Profibus．DP，监控ControlSystemResearchofPipeRackingSystemfortheDrillingPlatformDonglei(Mechanical—electronicEngineering)DirectedbyProf．CuiXuezhengAbstractPipe—handing

4、isaveryimportantoperationinthedrillingprocess．Basedonthemechanicalstructuresofpiperackingandtransfersystemsdesignedbyourteam，thisthesisanalysedthecharacteristicsofthestructuresandselectedhydraulicsystemasthepower,andappliedPLCandProfibustothecontrolsystem．Nowtherearelotsofautomationco

5、ntrolsystemsandcommunicationprotocolsintheindustrycontrolarea．ThisthesischoseSiemensPLCandProfibus—DPaftercomparingthecontrolfunctionsoffoursystemsandprotocols．Anddesignedthesupervisionandoperationinterfacebasedonthecommunicationtechnology,whichCanimplementedcentralizedcontrolandmanag

6、e．Inaddition，thisthesisrecountedtheexpandabilityofProfibusnetwork．First，thisthesisintroducedthemechanicalstructuresanddesignedthehydraulicsystems．Thenitintroducedthefunctionsandtheactionrequirementsofeverymechanism，andmadethesequencesoftheoperations．Thenitconfiguredthevirtualhardwares

7、ofcontrolsystemusingStep7，chosetheCPU315—2DPasthemasterandseveralET200Msastheslavers．Andexpoundedthecommunicationrules．Thepipehandingsystemcanworkinfourmodes：manual，single—step，single—cycleandcontinuoustosatisfythedifferentrequirementsofoperation．Inordertosatisfytherequirementsofspeed

8、andsy