摘要(Abstract)随着电驱动钻机在油田应用的普及,作为其控制核心的PLC及其通讯应用的越来越广泛.本文结合石油钻井设备控制系统的具体实例，概括了利用西门子SIMATIC300进行系统集成的设计方法。

    1 引言

    该项目使用SIMATIC控制系统应用在ZJ30DB、ZJ50DB、ZJ70DB变频电动钻机上。选用西门子SIMATIC300系列CPU作为变频电动钻机的控制核心，PLC与变频器的通讯采用Profibus总线。由于高可靠性及野外操作对维修带来的复杂性要求，系统具有冗余备份和远程监控功能。

    2 系统介绍

    该钻井设备布置分为五个区域:钻台区、泵房区、动力及电传动区、固控区、油罐区。钻台区布置有绞车、转盘、顶驱、司钻室、司钻偏房等，为危险作业区，整个区域的电气均要求防爆。泵房区布置有泥浆泵组、电动灌注系统及钻井液管汇;动力及电传动区布置有柴油发电机房、气源净化装置房、辅助发电机房和电控房;固控区布置有泥浆循环罐、泥浆净化设备及套装水罐;油罐区包括油罐、泵、管线。由于钻台区为危险防爆区域，按照国际及国家有关标准，其他区域距离井眼的长度至少在50米以上。整套PLC控制系统分别布置在电控房和司钻室，其中电控房内包括两台相互冗余的CPU和一套ET200M，司钻室包含一套ET200M。电控房内布置有:PLC控制柜、发电机柜、整流柜、VFD柜及MCC柜。司钻室集钻机机电、气、液控制于一体，除了包含一套ET200M的电控柜外还包括主控制台和辅助控制台，具有钻机操作和钻井参数实时显示、电气系统运行监控与显示、声光报警、故障指示等。控制系统可以完成对5台600kW以上电机(其中包括3台泥浆泵电机、1台绞车机和1台转盘电机)的控制和相互之间的联锁控制;还包括对发电机柜、整流柜及钻台传感器的数据采集、控制和报警、故障显示。在钻井过程中，对绞车和转盘的可靠性要求较高，如果绞车或转盘发生故障，在短时间内不能修复，则有可能造成井壁坍塌的大事故，因而系统具有冗余备份的功能。

    3 控制系统构成

    控制站具有冗余备份功能，由两个SIMATICCPU315-2DP模块构成;采用ET200M将现场输入输出点通过Profibus总线连接到控制站，并通过Profibus总线与5台ABB变频器通讯;经理室采用SIMATICWINCC软件通过S7协议与控制站通讯;并在控制站通过MPI口外接SIMATICTC35T以实现远程维护。

    4 系统功能

    整套钻机的钻井工艺概况如下:

    绞车装置主要用于起升、下放井架、底座、大钩及钻杆;转盘装置用于钻杆的上扣、下扣以及旋转钻杆带动钻头切削岩石;泥浆泵装置将高压泥浆通过管汇注入钻头，不仅起润滑、冷却钻头的作用，还将夹杂着岩石碎屑的泥浆带回泥浆净化系统以便重新使用。

    整个钻机系统的功能主要包括:

    (1)通过Profibus总线，实现S7-300CPU与ABB变频器之间的通讯，以完成对相应电机的控制。