頂部驅(qū)動鉆井裝置是當今鉆井工程界的重大前沿技術(shù)之一，迄今為止全球只有不到十家公司具備該生產(chǎn)能力。

西門子大型傳動部(LDBU)協(xié)助SFAE解決某石油機械廠的技術(shù)痛點

2003年西門子與某石油機械廠開始合同研發(fā)“頂驅(qū)電控系統(tǒng)”。頂驅(qū)作為石油鉆井主要設(shè)備，是整個頂驅(qū)設(shè)備的神經(jīng)中樞，一旦頂驅(qū)出現(xiàn)機械故障，會使用戶蒙受巨大的損失，嚴重的還可能引發(fā)鉆井事故。項目組還需解決如何滿足某石油機械公司用戶最基本的設(shè)備需求，如保證鉆采24小時不宕機。因此，研發(fā)出理想的頂驅(qū)電控系統(tǒng)，電控系統(tǒng)設(shè)計和制造水平?jīng)Q定了頂驅(qū)設(shè)備整體的可靠性和運行水平成了項目組的攻克難點。

鑒于某石油機械公司項目的特殊性，大型驅(qū)動部在西門子有限公司北方區(qū)的領(lǐng)導下，參加了某石油機械公司頂驅(qū)項目專門成立的跨部門客戶服務(wù)團隊，鼎立協(xié)助SFAE頂驅(qū)項目組。根據(jù)項目組制定的“零缺陷管理流程”，按照該石油機械公司電控系統(tǒng)的設(shè)計、制造、服務(wù)、新產(chǎn)品開發(fā)和新技術(shù)應(yīng)用優(yōu)化流程，改進設(shè)計、檢驗手段和質(zhì)量控制手段，實現(xiàn)了系統(tǒng)的自動檢驗。VIP服務(wù)流程為該石油機械公司頂驅(qū)及客戶提供365天24小時全天候服務(wù)響應(yīng)。

優(yōu)越的頂驅(qū)電控系統(tǒng)平臺

西門子與該石油機械公司共同研發(fā)出的頂驅(qū)電控系統(tǒng)實現(xiàn)了電控房與司鉆操作臺、本體控制站之間的智能通訊；方便了鉆機維護管理人員與司鉆集中監(jiān)控，具有很好的可視性和可讀性。同時使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大大簡化，后續(xù)功能開發(fā)空間很大，無論從設(shè)計、安裝、運行、維護，還是提高工效等方面，都體現(xiàn)出優(yōu)越性，為系統(tǒng)的全集成自動化奠定了基礎(chǔ)。

                                                                  圖1：頂驅(qū)系統(tǒng)組成示意圖

頂驅(qū)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用的是PROFIBUS-DP結(jié)構(gòu)，包括所有遠程站和變頻驅(qū)動系統(tǒng)，所有子站、整流器和逆變器都通過PROFIBUS協(xié)議與CPU進行通訊。除CPU與本體站以外，所有的通訊電纜均為屏蔽雙絞線。CPU與本體站的通訊為光纜。其中CPU機架共使用的信號模塊為5個DI、2個DO、1個AO。數(shù)字輸入主要將系統(tǒng)的各路電源狀態(tài)輸入到PLC以供系統(tǒng)的自診斷及上位工控軟件WINCC顯示使用。在項目中使用的SIMATICS7-300系列PLC是西門子全集成自動化TIA系統(tǒng)中的控制核心，是其集成與開放特性的重要體現(xiàn)。

技術(shù)先進，安全可靠，成本低廉的自動化解決方案

該頂控電控系統(tǒng)全集成自動化解決方案，針對系統(tǒng)的安全可靠性、減少停機時間；減少系統(tǒng)運維成本；充分考慮油田勘探的不同地域環(huán)境、工況和安裝調(diào)試便利性等，采用先進的設(shè)計研發(fā)手段為該石油機械公司建立了具有國際先進水平的專用全功能、全載荷、全功率試驗裝置，建設(shè)了具有國際水準的現(xiàn)代化生產(chǎn)設(shè)施，研究開發(fā)了相關(guān)的鉆井工藝技術(shù)，形成了10余項國家專利。西門子針對該石油機械公司技術(shù)人員進行專業(yè)化培訓，幫助該石油機械公司實現(xiàn)了年產(chǎn)百余套套頂驅(qū)的規(guī)模生產(chǎn)能力，同時組建了一支高水平的技術(shù)服務(wù)隊伍。交流變頻頂部驅(qū)動鉆井設(shè)備很快形成了批量生產(chǎn)能力，在國內(nèi)市場打破了國外品牌的壟斷，并實現(xiàn)了產(chǎn)品的完全替代，同時迅速打入了國際市場。

SIMOVERTMASTDRIVESCUVC使您的機器設(shè)備與眾不同的驅(qū)動系統(tǒng)

對于額定驅(qū)動功率高達6000KW的連續(xù)過程控制任務(wù)來說，自動控制和驅(qū)動技術(shù)的要求都很高。SIMOVERTMASTDRIVESCUVC矢量控制模塊，已經(jīng)在世界范圍內(nèi)取得了巨大成功，可以動態(tài)、高效、而靈活的應(yīng)用于所有領(lǐng)域。

控制原理是獨一無二的：從驅(qū)動器的過程控制刀自動控制都采用了一個專門的工程管理工具-DriveES；功率范圍從0.55KW到6000KW，采用了獨創(chuàng)性的控制原理、獨創(chuàng)性的參數(shù)配置和獨創(chuàng)性的操作控制概念；就控制精度、控制可靠性以及對電網(wǎng)無干擾的主動性前端（ActiveFrontEnd）技術(shù)的實用性而言，SIMOVERTMASTDRIVESCUVC領(lǐng)先于所有對手。而其緊湊性也是世界第一的。綜合化、集成化和智能化時期可以靈活的滿足各種機械和應(yīng)用需求，使機器設(shè)備的生產(chǎn)能力達到最高。簡而言之-一個統(tǒng)一的控制系統(tǒng)可以帶來管理成本的降低、全球化的應(yīng)用能力、高精確度、應(yīng)用的靈活性和絕佳的應(yīng)用表現(xiàn)-當然，這需要控制系統(tǒng)與自動化生產(chǎn)系統(tǒng)整體上保持完美的協(xié)調(diào)。

SIMOVERTMASTDRIVESCUVC可以處理所有驅(qū)動問題的通用驅(qū)動器。不但可以對三項感應(yīng)電動機進行驅(qū)動控制，可控電壓高達690V，同時模塊化的嵌入式操作單元卡，繼承的自由功能模塊使您的驅(qū)動方案更加靈活。

優(yōu)越的頂驅(qū)電控系統(tǒng)平臺，技術(shù)先進，安全可靠，成本低廉的自動化解決方案，與眾不同的驅(qū)動系統(tǒng)。

附錄

                                                     圖2：交流變頻頂部驅(qū)動鉆井裝置測試臺

全集成自動化解決方案

現(xiàn)場總線：PROFIBUSDP

PROFIBUSDP開放的結(jié)構(gòu)使眾多品牌的自動化產(chǎn)品可以集成在同一個平臺上，她的高速傳輸可以滿足實施監(jiān)控的需要，她在全球范圍內(nèi)已有超過2,000萬個安裝節(jié)點，可靠性得到驗證

中央處理器：CPU315-2DP

S7-300系列可編程控制器的邏輯控制功能很好的保證了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，模塊化編程的方式減輕了工程師變成的工作量

驅(qū)動系統(tǒng)：SIMOVERTMASTDRIVESCUVC

監(jiān)控軟件：SIMATICWinCC

WinCC強大的網(wǎng)絡(luò)功能使管理層可以通過瀏覽器更加方便的了解現(xiàn)場設(shè)備的工作狀態(tài)、故障信息；并可以通過網(wǎng)絡(luò)或郵件方便的獲得包括鉆井深度等現(xiàn)場參數(shù)的Excel報表

分布式I/O：ET200M

ET200X

SIMATIC_ET200分布式I/O能夠保證復(fù)雜控制系統(tǒng)的良好通訊，基于開放式PROFIBUS總線可實現(xiàn)從現(xiàn)場信號到控制室的數(shù)據(jù)通訊。ET200可以給用戶帶來許多好處：降低接線成本，提高數(shù)據(jù)安全性，增加系統(tǒng)靈活性

工業(yè)控制計算機：PC67015’’TOUCH

司鉆控制臺：MP37015’’TOUCH

遠程監(jiān)控：SINAUT

SINAUT是SMATICPLC理想的GPRS通訊模塊，可在全球范圍內(nèi)使用經(jīng)由GPRS網(wǎng)絡(luò)的GSM移動服務(wù)，實現(xiàn)分布式系統(tǒng)的遠程無線監(jiān)控

TIM4R

MC45GSMKit

低壓配電：3WL/3VF/5SX空氣斷路器

3TF接觸器等