頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置是當(dāng)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(dòng)部(LDBU)協(xié)助SFAE解決某石油機(jī)械廠的技術(shù)痛點(diǎn)

2003年西門子與某石油機(jī)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(gè)頂驅(qū)設(shè)備的神經(jīng)中樞，一旦頂驅(qū)出現(xiàn)機(jī)械故障，會(huì)使用戶蒙受巨大的損失，嚴(yán)重的還可能引發(fā)鉆井事故。項(xiàng)目組還需解決如何滿足某石油機(jī)械公司用戶最基本的設(shè)備需求，如保證鉆采24小時(shí)不宕機(jī)。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(jì)和制造水平?jīng)Q定了頂驅(qū)設(shè)備整體的可靠性和運(yùn)行水平成了項(xiàng)目組的攻克難點(diǎn)。

鑒于某石油機(jī)械公司項(xiàng)目的特殊性，大型驅(qū)動(dòng)部在西門子有限公司北方區(qū)的領(lǐng)導(dǎo)下，參加了某石油機(jī)械公司頂驅(qū)項(xiàng)目專門成立的跨部門客戶服務(wù)團(tuán)隊(duì)，鼎立協(xié)助SFAE頂驅(qū)項(xiàng)目組。根據(jù)項(xiàng)目組制定的“零缺陷管理流程”，按照該石油機(jī)械公司電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、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(jìn)設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)手段和質(zhì)量控制手段，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)檢驗(yàn)。VIP服務(wù)流程為該石油機(jī)械公司頂驅(qū)及客戶提供365天24小時(shí)全天候服務(wù)響應(yīng)。

優(yōu)越的頂驅(qū)電控系統(tǒng)平臺(tái)

西門子與該石油機(jī)械公司共同研發(fā)出的頂驅(qū)電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電控房與司鉆操作臺(tái)、本體控制站之間的智能通訊；方便了鉆機(jī)維護(hù)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(shí)使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，后續(xù)功能開發(fā)空間很大，無論從設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行、維護(hù)，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(dòng)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(yuǎn)程站和變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所有子站、整流器和逆變器都通過PROFIBUS協(xié)議與CPU進(jìn)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(jī)架共使用的信號(hào)模塊為5個(gè)DI、2個(gè)DO、1個(gè)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(xiàng)目中使用的SIMATICS7-300系列PLC是西門子全集成自動(dòng)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(jìn)，安全可靠，成本低廉的自動(dòng)化解決方案

該頂控電控系統(tǒng)全集成自動(dòng)化解決方案，針對(duì)系統(tǒng)的安全可靠性、減少停機(jī)時(shí)間；減少系統(tǒng)運(yùn)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(jìn)的設(shè)計(jì)研發(fā)手段為該石油機(jī)械公司建立了具有國際先進(jìn)水平的專用全功能、全載荷、全功率試驗(yàn)裝置，建設(shè)了具有國際水準(zhǔn)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(xiàng)國家專利。西門子針對(duì)該石油機(jī)械公司技術(shù)人員進(jìn)行專業(yè)化培訓(xùn)，幫助該石油機(jī)械公司實(shí)現(xiàn)了年產(chǎn)百余套套頂驅(qū)的規(guī)模生產(chǎn)能力，同時(shí)組建了一支高水平的技術(shù)服務(wù)隊(duì)伍。交流變頻頂部驅(qū)動(dòng)鉆井設(shè)備很快形成了批量生產(chǎn)能力，在國內(nèi)市場(chǎng)打破了國外品牌的壟斷，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的完全替代，同時(shí)迅速打入了國際市場(chǎng)。

SIMOVERTMASTDRIVESCUVC使您的機(jī)器設(shè)備與眾不同的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

對(duì)于額定驅(qū)動(dòng)功率高達(dá)6000KW的連續(xù)過程控制任務(wù)來說，自動(dòng)控制和驅(qū)動(dòng)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(dòng)態(tài)、高效、而靈活的應(yīng)用于所有領(lǐng)域。

控制原理是獨(dú)一無二的：從驅(qū)動(dòng)器的過程控制刀自動(dòng)控制都采用了一個(gè)專門的工程管理工具-DriveES；功率范圍從0.55KW到6000KW，采用了獨(dú)創(chuàng)性的控制原理、獨(dú)創(chuàng)性的參數(shù)配置和獨(dú)創(chuàng)性的操作控制概念；就控制精度、控制可靠性以及對(duì)電網(wǎng)無干擾的主動(dòng)性前端（ActiveFrontEnd）技術(shù)的實(shí)用性而言，SIMOVERTMASTDRIVESCUVC領(lǐng)先于所有對(duì)手。而其緊湊性也是世界第一的。綜合化、集成化和智能化時(shí)期可以靈活的滿足各種機(jī)械和應(yīng)用需求，使機(jī)器設(shè)備的生產(chǎn)能力達(dá)到最高。簡(jiǎn)而言之-一個(gè)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(dāng)然，這需要控制系統(tǒng)與自動(dòng)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(dòng)問題的通用驅(qū)動(dòng)器。不但可以對(duì)三項(xiàng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，可控電壓高達(dá)690V，同時(shí)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(dòng)方案更加靈活。

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

附錄

                                                     圖2：交流變頻頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置測(cè)試臺(tái)

全集成自動(dòng)化解決方案

現(xiàn)場(chǎng)總線：PROFIBUSDP

PROFIBUSDP開放的結(jié)構(gòu)使眾多品牌的自動(dòng)化產(chǎn)品可以集成在同一個(gè)平臺(tái)上，她的高速傳輸可以滿足實(shí)施監(jiān)控的需要，她在全球范圍內(nèi)已有超過2,000萬個(gè)安裝節(jié)點(diǎn)，可靠性得到驗(yàn)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(dòng)系統(tǒng)：SIMOVERTMASTDRIVESCUVC

監(jiān)控軟件：SIMATICWinCC

WinCC強(qiáng)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(chǎng)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(chǎng)參數(shù)的Excel報(bào)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(shí)現(xiàn)從現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)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(jì)算機(jī)：PC67015’’TOUCH

司鉆控制臺(tái)：MP37015’’TOUCH

遠(yuǎn)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(dòng)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)分布式系統(tǒng)的遠(yuǎn)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