[实用新型]一种石油钻机电控系统的准热备份控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油钻采设备，特别是涉及到一种石油钻机电控系统的准热备份控制系统。

背景技术

在石油钻机中，电控系统是主要动力来源和电气设备的控制中枢，其稳定的运行状态是保证钻井作业过程正常开展和电气设备使用安全的重要保证。在钻井作业时，司钻在司钻房内操作手柄、开关、旋钮等部件发出操作指令后，通过通讯电缆/控制电缆将操作指令传递给电控房中的可编程控制器站(PLC站)，由PLC站进行判断后，再将操作指令传递给发电和传动装置变频器组(绞车、转盘、泥浆泵、发电机)，对相应的电气设备(绞车、转盘、泥浆泵)的运行状态(启动、停止和运行参数)进行调整，同时显示电气设备(绞车、转盘、泥浆泵、发电机)的运行状态。在整条控制链上，PLC站处于核心地位，起到接收上端(司钻)数据、做出分析和判断、发给下端(电气设备)指令的作用。一旦PLC站出现故障，整条控制链就会断掉，发电和传动装置变频器组在通讯中断的情况下会自动关闭电气设备的运行，导致整个钻井作业过程出现突然性的停止，危害不可估量，轻则耽误生产、增加钻井成本，重则会发生卡钻、损坏井壁，甚至是机毁人亡事故，后果不堪想象。

目前，石油钻机行业中存在两种解决电控系统备份的解决方案：旁路电缆控制的解决方案和PLC站热备份(即硬件备份)的解决方案，这两种解决方案都属于硬件备份，区别在于前者是非实时、非全覆盖的，仅适用于紧急情况的处理，后者是实时全备份。

旁路电缆控制就是采用冗余电缆直接连接到司钻房和电控房的对应设备上的解决方案。在这种解决方案中，司钻房和电控房的控制包括PLC站正常控制和旁路冗余控制两种方式。在正常工作情况下，采用PLC站的控制方式，通过PROFIBUS-DP现场总线技术，由一根两芯通讯电缆实现司钻房和电控房的数据传输。旁路电缆控制是在出现紧急情况后，即PLC站出现故障后的应急措施，采用点对点电缆直接联通的控制方式。为保证紧急状况下的钻机使用安全，旁路电缆控制至少需要满足30个控制点的一一对应关系，也就是说至少需要有多根控制电缆连接在司钻房和电控房之间，形成不少于60个点的接插关系。旁路电缆控制的显著优点在于控制直接、安全可靠。但是缺点也非常突出，主要是1)旁路控制点多，连接线多，连接插头多，导致故障发生的概率多，存在的安全隐患多，排查故障用时多；2)为节省资源，只有主要的控制点才采用旁路电缆控制，因此仅能做应急使用；3)切换需要手动操作，依赖于司钻的技术技能，费时长；4)PLC站正常控制和旁路冗余控制是两套完全独立的控制系统，增加电控系统的生产成本；5)现场安装复杂，调试麻烦；6)增加井队搬迁的工作量。

PLC站热备份的解决方案就是采用两套互为热备份的PLC站硬件设备，每套PLC站均有一个PS电源模块、一个CPU中央处理器模块和一个CP工业以太网通讯模块组成，并安装在一个特殊紧凑的机架上。这两套PLC站的CPU模块上各插有一个Syne(同步)模块，并通过光缆相互连接，实现两个PLC站的数据相互通讯目的。在电控系统运行过程中，这两套PLC站能自动更新数据，确保数据的一致性。当某一个PLC站出现故障时，另一个PLC站能自动在中断处接管后续所有信息处理工作，不会丢失任何数据，保证电控系统的正常运行。PLC站热备份解决方案的优点在于：1)全部的控制点都可备份；2)两套PLC站硬件自动切换，效率高；3)备份性能依赖于硬件设备质量，可靠性有保证；4)热备份功能在同一套控制系统内完成，不需要再单独连线。缺点是：1)带有硬件热备份功能的PLC站属于高档产品，价格不菲，会显著增加电控系统的生产成本；2)热备份的PLC站调试和维护复杂。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种新型的石油钻机电控系统的准热备份控制系统。利用本实用新型的控制系统以达到避免硬件热备份带来的成本增加和引PLC站故障导致的停机问题，可靠性能达到提高。

为了达到上述发明目的，本实用新型提供的技术方案如下：

一种石油钻机电控系统的准热备份控制系统，该系统中包括有两个相同的可编程控制器站、一个电控制房、一个切换站、一个变频器组和一个司钻房I/O站，两个可编程控制器站通过现场总线的方式实现通讯以共享数据块文件，两个可编程控制器分别连接到电控房I/O站，该电控房I/O站连接至切换站，所述的切换站连接至变频器组和司钻房I/O站。