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        電控氣閥島故障快速智能診斷系統(tǒng)研究與應(yīng)用

        2019-10-26 03:50:48梁維剛張慧杰
        設(shè)備管理與維修 2019年17期
        關(guān)鍵詞:氣路執(zhí)行器西門(mén)子

        梁維剛,袁 健,張慧杰

        (1.川慶鉆探工程有限公司長(zhǎng)慶鉆井總公司,陜西西安 710018;2.川慶鉆探工程有限公司國(guó)際工程公司,四川成都 610056)

        0 引言

        隨著信息技術(shù)的發(fā)展,自動(dòng)化、智能化設(shè)備不斷引入鉆井行業(yè),可編程控制器(PLC)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在鉆機(jī)控制中得到了普及應(yīng)用。在鉆機(jī)氣電控制系統(tǒng),利用PLC 的高可靠性、模塊化結(jié)構(gòu)以及編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn),將其作為控制器,以電磁閥為執(zhí)行器構(gòu)成控制系統(tǒng),完成液路、氣路的實(shí)時(shí)采集和控制任務(wù)。該系統(tǒng)控制響應(yīng)速度快,可靠性高,極大地提高了鉆井效率。但控制邏輯比較復(fù)雜,生產(chǎn)過(guò)程中一旦某個(gè)控制元件出現(xiàn)故障,定位故障點(diǎn)比較麻煩,再加之多數(shù)石油鉆井行業(yè)作業(yè)人員習(xí)慣純氣路控制系統(tǒng)的日常維修保養(yǎng),不熟悉電氣控制邏輯及線路故障,導(dǎo)致故障排除時(shí)間長(zhǎng),長(zhǎng)時(shí)間停鉆,影響鉆井生產(chǎn)進(jìn)度。

        1 西門(mén)子控制系統(tǒng)及觸摸屏概況

        1.1 SIMATIC S7-300

        PLC S7-300 是一款由西門(mén)子為中小型控制系統(tǒng)研發(fā)的小型模塊化PLC 系統(tǒng),能滿足中等系統(tǒng)控制的應(yīng)用要求。可根據(jù)實(shí)際需要選用相應(yīng)的模塊,建立起針對(duì)不同控制系統(tǒng)的PLC 控制結(jié)構(gòu),組合更方便,結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單,具有組合多樣性的特點(diǎn)。

        1.2 西門(mén)子觸摸屏

        SIMATIC 人機(jī)界面(HMI)從對(duì)應(yīng)的S7-300 可編程控制器中讀取數(shù)據(jù),S7-300 可編程控制器按編程人員設(shè)定的刷新速度傳輸數(shù)據(jù)。S7-300 可編程控制器操作系統(tǒng)能通過(guò)自動(dòng)模式處理數(shù)據(jù)的傳輸與接收。

        1.3 西門(mén)子分布式I/O ET200

        模塊化的ET200S 分布式I/O 系統(tǒng),是離散型、高度靈活的DP 從站,在設(shè)備控制系統(tǒng)中主要與中央控制器CPU 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接。ET200S 模塊支持現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS DP,可以將任意數(shù)量的I/O 模擬量、數(shù)字量模塊以任意組合連接到可編程邏輯控制器(PLC)。

        2 原控制系統(tǒng)

        2.1 原控制系統(tǒng)功能

        鉆機(jī)氣路控制系統(tǒng)以西門(mén)子S7-300PLC 作為核心控制器,通過(guò)司控房操作系統(tǒng)對(duì)閥島控制實(shí)現(xiàn)各個(gè)氣路的動(dòng)作。系統(tǒng)具備鉆井工藝操作及參數(shù)顯示、報(bào)警、系統(tǒng)故障報(bào)警及緊急剎車(chē)保護(hù)等功能,并且?guī)в腥哂噙壿嬁刂葡到y(tǒng),保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。氣路控制系統(tǒng)還建立了絞車(chē)檔位互鎖保護(hù)、防碰天車(chē)保護(hù),滾筒高低速互鎖保護(hù)、盤(pán)剎剎車(chē)與滾筒離合保護(hù)等功能,防止誤操作。人機(jī)界面采用西門(mén)子公司的寬視角西門(mén)子觸摸屏,實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話,實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)各部件工作狀態(tài)。

        2.2 原控制系統(tǒng)缺點(diǎn)

        原控制系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)環(huán)開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng),只采集輸入端口信息,按照一定的軟件邏輯控制輸出端口的狀態(tài)并在觸摸屏上顯示輸入輸出狀態(tài)。沒(méi)有顯示執(zhí)行器的邏輯也沒(méi)有閥島箱執(zhí)行器工作情況的反饋信息,操作人員只能根據(jù)鉆機(jī)的動(dòng)作判斷執(zhí)行器工作是否正常。有的執(zhí)行器的邏輯比較復(fù)雜,當(dāng)條件達(dá)到時(shí)才能動(dòng)作。而且復(fù)雜的邏輯必須經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間學(xué)習(xí)才能熟練掌握,由于井隊(duì)人員的流動(dòng)性導(dǎo)致每個(gè)新的操作人員和維修人員都要重新學(xué)習(xí)新鉆機(jī)的控制邏輯,才能在鉆井過(guò)程中快速排查問(wèn)題。

        3 新控制系統(tǒng)

        3.1 概述

        新系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)PLC 端口的輸入與輸出情況,直接在顯示屏上增加每路執(zhí)行器控制邏輯的顯示,可直觀地在顯示屏上觀察到每個(gè)執(zhí)行器需要的輸入信號(hào)及輸入信號(hào)是否正常;同時(shí)在閥島箱每路執(zhí)行器控制信號(hào)和輸出安裝檢測(cè)反饋信息,執(zhí)行器的工作情況通過(guò)安裝在閥島箱里的ET200S 采集后與司鉆房PLC 通信,將每路執(zhí)行器的控制信號(hào)和輸出反饋信息傳輸PLC供觸摸屏顯示反饋信息,每路執(zhí)行器都形成閉環(huán),并在屏上直觀顯示。當(dāng)反饋異常時(shí),彈出報(bào)警文本,提示故障點(diǎn)位置,維修人員可通過(guò)顯示屏直接顯示每路執(zhí)行器的輸入輸出及反饋情況,定位故障點(diǎn),節(jié)省排查時(shí)間。新系統(tǒng)工作流程見(jiàn)圖1。

        圖1 新系統(tǒng)工作流程

        3.2 閥島箱

        在原有氣路閥島控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上,每個(gè)氣路執(zhí)行器閥片增加一個(gè)氣路信號(hào)反饋采集器,采集執(zhí)行器閥片動(dòng)作后的氣源輸出情況,另增加一個(gè)執(zhí)行器閥片控制信號(hào)采集單元,用于采集執(zhí)行器閥片輸入信號(hào)。

        3.3 觸摸屏顯示

        觸摸屏既可以顯示輸入輸出狀態(tài),又可以顯示每路執(zhí)行器的控制邏輯,將軟件邏輯以圖形形式在觸摸屏顯示。有輸出時(shí),相應(yīng)執(zhí)行器的輸出控制信號(hào)反饋和氣路反饋同時(shí)在觸摸屏上顯示。反饋信息異常時(shí),觸摸屏彈出報(bào)警畫(huà)面提示維修人員故障點(diǎn)位置。

        電路反饋代表控制執(zhí)行器的控制信號(hào)到達(dá)執(zhí)行器控制信號(hào)端,氣路反饋代表執(zhí)行器輸出工作狀態(tài)。

        執(zhí)行器出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),首先查看觸摸屏的輸入信號(hào)和保護(hù)信號(hào),若輸入信號(hào)和保護(hù)信號(hào)異常,可檢查出現(xiàn)問(wèn)題的線路;若輸入和保護(hù)信號(hào)正常,查看執(zhí)行器控制信號(hào)反饋,控制信號(hào)反饋異常代表從控制器輸出端口到執(zhí)行器控制信號(hào)有問(wèn)題,控制信號(hào)反饋正常但氣路反饋異常代表執(zhí)行器本身出現(xiàn)了問(wèn)題,都正常說(shuō)明控制系統(tǒng)正常,檢查其他機(jī)械問(wèn)題。

        4 結(jié)語(yǔ)

        新系統(tǒng)在寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司的50LDB 及40LDB鉆機(jī)上安裝調(diào)試,經(jīng)培訓(xùn)后,現(xiàn)場(chǎng)模擬故障,在操作人員及維護(hù)人員不清楚故障點(diǎn)的情況下,幾分鐘內(nèi)就能判斷出故障點(diǎn)位置,模擬十幾次未出現(xiàn)判斷失誤,達(dá)到了預(yù)期效果。

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