[发明专利]石油钻机动力包无人值守控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油钻井技术领域的自动控制系统，特别是涉及一种石油钻机动力包无人值守控制系统。

背景技术

钻井是石油勘探和开发最主要的手段之一，通过钻井才能证实勘探地区是否含油以及含油量的多少，通过钻井才能将地下的油气开采出来。钻井技术水平不仅直接影响到勘探的效果和油气的产量，并且关系到油田开发总成本的高低。因此，提高钻井技术水平和钻井效率，对油气田开发具有十分重要的意义。

石油钻井是一个复杂、完整的工业体系，钻井作业由钻进、钻具更换、泥浆循环、水泥灌浆等几个工序完成。钻井机械是一套为钻井工程服务的综合性联合工作机，统称钻机，即钻机是实现钻井工作的一套综合性机组，钻井技术水平的高低很大程度上取决于钻井设备的装备水平。钻机动力系统，即为钻井设备提供动力源的设备，包括有柴油发电机组及电控系统，简称为钻机动力包。

钻机经历了由柴油机直接驱动到电驱动的发展历程，电驱动钻机目前是钻井的主流设备，其核心是电气传动自动化控制系统，简称为电控系统(集中在一个或两个电控房内)，它的控制对象主要有柴油发电机组、泥浆泵、绞车、转盘、顶驱、固控系统等，根据控制的是直流电机还是交流电机，分为直流电驱动系统(SCR)和交流电驱动系统(VFD)。

近年来，随着控制技术的不断发展，钻井行业对钻机的自动化程度需求越来越高，主要体现在钻井正向无人化的方向发展。作为钻井的核心设备，柴油发动机组供电系统和钻机电控系统，其实现无人值守是实现整个钻机无人化最重要的环节。

目前，钻机柴油发电机组和电控房都是有专门的人员现场操作、维护，一方面造成人力资源的浪费，与石油系统提出的“减员增效”精神不符，另一方面故障不能及时处理，有时因为设备故障现场无法排除还需配套厂家上门服务，维护工作繁琐、故障排除缓慢，直接造成钻井的效率下降、成本升高及资源浪费。

发明内容

本发明为了解决现有钻机柴油发电机组和电控房由于人工手动操作效率低、成本高的技术问题，提供一种效率高、成本低的石油钻机动力包无人值守控制系统。

本发明的石油钻机动力包无人值守控制系统，所要达到的目标是：自动起/停车、自动并网、自动负荷分配、自动卸载及解裂、自动识别警告和故障级别动作，完善的发动机组信号采集及后台监视，采用电控系统(SCR/VFD)实现能量闭环控制。

为达到这一目标，首先要把人工值守方式下柴油发电机组的各种监控信息自动采集到电控房，这些信息包括：水温、油压、发动机转速、水位、电池电压、系统故障、紧急停车、保养提示、运行时间和燃油消耗量等。

本发明提供的石油钻机动力包无人值守控制系统，包括ECM、J1939数据接口模块、转速调节器、控制器、电压调节器和协议转换器，ECM通过J1939数据接口模块与协议转换器连接，协议转换器与控制器连接，控制器通过转速调节器与ECM连接，电压调节器与控制器连接。

优选地，ECM是采用J1939通讯协议的柴油发电机组的综合管理模块，集成了柴油发电机组的运行参数和控制信号，并通过J1939数据接口模块以J1939协议的方式处理数据；

J1939数据接口模块用于将ECM的J1939协议数据转换为Modbus协议数据，协议转换器用于将J1939数据接口模块17输出的Modbus协议数据转换为Profibus-DP协议数据；

控制器通过转速调节器控制柴油发电机组的发动机的转速，控制器通过所述电压调节器控制柴油发电机组的发电机的电压。

优选地，控制器还连接有发电机出口断路器。

优选地，J1939数据接口模块的型号是XLG500，协议转换器的型号是PB-B-MODBUS485，控制器为POWERMANAGESPM-D11型号的并网管理模块控制器，转速调节器为SPEEDCONTROLER2301D型号的转速调节器；电压调节器为VOLTAGECONTROLERDECS100型号的电压调节器。

本发明还提供一种石油钻机动力包无人值守控制方法，包括以下步骤：

(1)在柴油发电机组上安装ECM和J1939数据接口模块，在电控房安装转速调节器、控制器、电压调节器和协议转换器，将控制器通过协议转换器与电控房的电传动系统连接起来，将控制器与柴油发电机组的发电机连接起来，使用转速调节器将柴油发电机组的发动机与控制器连接起来，使用电压调节器将柴油发电机组的发电机与控制器连接起来；