分析钻机PLC控制系统的设计与应用
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇分析钻机PLC控制系统的设计与应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘 要：近年来，自动控制技术日趋成熟，在钻机电气控制系统嵌入PLC控制系统实现了钻井工程领域的一次重大技术突破，有效地提升了钻井技术水平，更好地满足了钻井生产对钻井工艺的要求，为钻井工程质量提升提供了可靠保障。本文通过对钻进PLC控制系统以及总体设计进行分析，进一步探讨了钻进PLC控制系统在钻进生产中的应用。
随着钻井生产的不断发展，钻井生产的技术要求也在不断提升，越来越多的先进技术被运用到钻井生产中。近年来，自动控制技术日趋成熟，钻机电气控制系统与PLC控制系统的有机结合是钻井工程领域的一项重大技术突破，有效地提升了钻井技术水平，更好地满足了钻井生产对钻井工艺的要求，为钻井工程质量提升提供了可靠保障。本文通过对钻井PLC控制系统以及总体设计进行分析，进一步探讨了钻井PLC控制系统在钻井生产中的应用。
一、钻机PLC控制系统概述
（一）PLC控制系统介绍
PLC控制系统，即可编辑逻辑控制器，是一种专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子系统，采用可编辑的存储器，通过数字或模拟的方式实现对内部存储程序的运算与控制，从而更好地完成各类型机械的生产与控制。自上个世纪六十年代美国使用PLC控制系统取代了传统的继电器控制装置以来，PLC控制系统不断应用于各领域的生产技术中，其功能也在逐渐完善，特别是今算计技术、信号处理技术等先进技术的应用，PLC控制系统已不再是单单进行逻辑控制，它在运动控制与过程控制等领域也实现了重大的突破，在工业生产中发挥着重要的作用。三菱PLC是三菱电机在大连生产的一款主力产品，具备小型化、高运算速度、高性能的优势，而且品种丰富、配置灵活，可以用于模拟控制、定位控制等多种特殊用途，是PLC控制系统中可以满足多样化需求的一种，本文就是基于三菱PLC进行钻井PLC控制系统的设计与应用的[1]。
（二）钻机PLC控制系统概述
截止上世纪七八十年代，钻井控制系统还是采用气动和液压两种方式来进行的。随着科技的进步和钻井生产的发展，钻井控制系统开始引入多种先进技术，出现了传动控制、动力控制、电力控制等多种控制方式，组成了以IPC、PLC、HMI等为核心的控制系统。
钻机PLC控制系统的工作流程如下：首先将编写的适合功能需求的程序经由工业控制机存储到PLC系统中，然后根据司钻传输的指令进行运算处理，之后将信号传输到电气室，再由电气室的通讯模块将接收的信号传输到变频器，最后由变频器输出信号，实现对电机运行的控制与调节。司钻利用PLC控制系统很好地实现了绞车电机、钻井泵电机、转盘电机等钻井系统的控制功能。
二、钻机PLC控制系统的总体设计
（一）钻机控制系统实现的环境介绍
随着钻井生产的发展和钻井技术的提升，钻井设备的自动化要求也在不断提高。基于这个要求，直流电驱动钻机、交流变频电驱动钻机在钻井生产领域的应用越来越广泛，为了更好地发挥变频电机的驱动作用，对变频电机的控制方式进行研究具有重要的价值。
计算机技术、信号技术等先进技术的应用促进了PLC控制系统的功能提升，不再仅仅限于逻辑运算，还在模拟控制、数字智能控制、运动控制、过程控制中发挥着重要的作用。当今的PLC控制系统无论规模大小都配置了A/D、D/A转换与PID功能，这些功能的配置为PLC控制系统在各控制运算中的应用提供了坚实的硬件基础。此外，PLC控制系统的高速脉冲功能与传感器配合，可以更好地实现数字智能控制，与可编程终端设备配合，可以为系统分析工作提供现场数据依据，与计算机等智能装置进行联网，可以实现系统的集散控制[2]。
钻机PLC控制系统在钻井现场的应用中，要求系统的环境温度为零下30摄氏度到正50摄氏度，这个范围内系统可以实现稳定运行，停机率低，系统显示准确率可以得到充分保证。
钻机对气候条件也有明确的要求，海拔在1000米以内，相对湿度要不大于95%，环境湿度在负20摄氏度到正40摄氏度之间。
（二）钻机控制系统需求分析与总体设计
钻井电气控制系统规模庞大、涉及内容复杂，对系统的安全性和时效性都由较高的要求，因此，系统需要具备较强的连接能力和开放的通讯协议通道。本文在钻机控制系统的设计中，采用Mitsubish公司生产的PLC系列产品，其不仅具备小型化、高运算速度、高性能的优势，而且品种丰富、配置灵活，可以用于模拟控制、定位控制等多种特殊用途，扩展功能和连接能力与其它产品相比有明显的优势[3]。
钻机设备出现故障如果不能及时处理会造成严重的事故后果，因此钻井设备必须具备很高的可靠性，同时应该准备两套控制线备用，最大限度地降低设备的故障率，并且保证一旦出现故障也能得到及时的处理，即在故障发生时转换开关为备用档，故障排除后恢复到正常档，从而保证系统的稳定运行。
基于钻机PLC控制系统的需求分析，其总体设计方案如下：
1.以3000米钻机的工作参数与工艺要求为标准，进行动力、输出、控制和保护等操作与功能的配置，采用交流变频电机保证绞车电机、钻井泵电机等钻机的供电需求。
2.电传系统采用Mitsubish公司电压型交流变频装置，以3+1的组合方式实现一对一驱动形式，保证钻机系统可以正反转以及无级调速[4]。
3.绞车辅助刹车要根据钻机负荷情况确定，确保游车下放过程的平稳进行。
4.以高性能PLC为核心设计操作回路，通过总线控制技术对系统装置与参数进行控制。
5.一座全套设计的电控房，电控台要具备钻机操作和显示报警的功能。
6.对游车的运行高度要实现全程监控，通过编码器一旦发现游车的运行高速超出了规定区域，需要立刻减速并停止，防止意外事故的发生，提高钻井效率与质量。
7.做好交流变频环节的工作，确保各阶段的电机控制符合钻机的电机速度。
8.PLC系统要具备备份功能。
9.PLC系统、变频控制与触摸屏共同组成独立自动送钻系统。
10.对系统交流电机进行集中供电控制，就近操作。
11.司钻电控台采用不锈钢结构，防爆防淋喷，保证各装置位置合适便于操作。
三、钻机PLC控制技术的应用
钻机PLC控制技术具备较强的自动控制能力和保护功能，很好地满足了现代钻井生产的工艺要求，在绞车电机、转盘电机、钻井泵电机以及自动送钻电机等系统中广泛应用，以绞车电机为例，其工作流程路和电路图如图1、图2所示。
钻机PLC控制技术的应用提升了钻机系统的环境适应性，操作灵活方便且易于拓展，具备完善的监控功能和控制功能，切实减少了电机设备出现故障的概率，提高了电机设备故障的处理效率，从而保证了钻机的稳定运行，为钻机工程提供了可靠的质量保证，有利于提升我国钻机技术和钻机产业的国际市场开拓能力。
四、结语
本文主要通过对钻进PLC控制系统以及总体设计进行分析，进一步探讨了钻进PLC控制系统在钻进生产中的应用，对钻机电气控制系统与PLC控制系统的有效结合并正常运行提供了重要的技术指导，有效地提升了钻井技术水平，保证了钻机系统的平稳运行，为钻井工程质量提升提供了可靠保障。
参考文献
[1]蒋涛.钻机PLC控制系统应用研究[J].科技与企业，2014，04：106.
[2]费鹏.钻机plc控制系统的应用[J].无线互联科技，2012，02：72.
[3]冯博，郝五洲.钻机PLC控制系统的工作原理与应用探讨[J].科技创新与应用，2012，31：47.
[4]孙丽，祁士勇.PLC控制系统在电气设备中的设计与应用[J].山西青年，2013，04：134-135.