石油钻机电气控制系统技术工艺发展趋势分析（石油钻机电气控制系统项目市场投资可行性研究报告-节选）

第一节 产品技术发展现状

一、变频电动钻机电器控制系统分析

其主要功能是：切换选择交流电动机控制中心400V交流母线的电源，一路选择为主变压器供电至交流电动机控制中心交流母线，一路选择为辅助发电机至交流电动机控制中心交流母线，两路电源电气互锁。

1、动力发电系统

该控制装置共有4个发电控制柜组成，其主要功能是：控制柴油机的转速与发电机的励磁电流，得到600V、50HZ稳频、稳压电流，作为全井场的动力电源；发电机控制柜内还设有并网控制电路，控制多台发电机的并网以达到同期合闸操作。发电机可按工况需要，全部或任意两台以上在线运行时，负荷都能均衡分配，负荷转移平稳，能承受钻机的负荷特性和电动机起动时的冲击。发电机控制装置还具有功率限制、自起动电源电路、接地检测相序保护、过流保护、过压保护、欠压保护、过频保护、逆功保护、短路保护、柜内故障自检等功能。

2、交流传动系统

1）变频驱动控制

变频主驱动系统由若干变频柜组成，分别将600V、50HZ恒压、恒频的交流电压变成0～800V连续可调的交流电压，以一拖一的驱动方式分别驱动钻井泵、绞车、转盘。绞车和转盘电动机具有反转功能，扭矩限制0%～100%范围内任意调节。绞车有两台电动机驱动，运行时负荷均衡，转速同步：绞车控制装置有制动单元，使绞车具有快速启、停的功能：绞车电动机具有四象限运行的特性，在下钻作业中能够提供持续的电磁制动转矩。

在石油钻机中应用较多是Simens变频器。SIMOVERTｍａｓｔｅｒDRIVE矢量控制变频器采用IGBT元件、全数字技术的电压源型变频器。

2）自动送钻

送钻变频柜将400V、50HZ恒压、恒频的交流电压变流成0～400V变压、变频连续可调的交流电压，以一拖一的驱动方式驱动送钻电动机。恒压方式可以实现恒压自动送钻。送钻电动机在恒速方式时具有正反转的功能，可以起到应急起放井架和钻具的功能，也可以恒速送钻。送钻变频柜内设有制动单元与外部制动电阻构成的能耗制动装置。

3、司钻控制台

司钻控制台通过高性能的可编程控制器与总线控制，供司钻在钻井作业进行各项操作，同时可以通过触摸屏和显示屏对控制系统的主要设备运行状态进行监控。司钻控制台为内压防爆式，并有减压装置

4、触摸屏和显示屏

触摸屏和显示屏除显示钻机系统相关的运行与监控参数外，同时具有参数设定功能：

1）A设定自动送钻参数、游车防碰系统参数等

2）查看所有在网络中的设备的实时状态

3）报警信息提示司钻关注提示到的设备状况

4）故障信息提示司钻关注已产生故障的设备

5）显示钻井参数：悬重、钻压、井深等参数

6）安全防卫信息

7）故障诊断信息

5、制动控制

制动柜内的制动单元和房外的制动电阻的主要功能是：在绞车需要制动时，控制电动机进入发电运行状态，使电动机产生于旋转方向相反的制动力矩，负载侧的机械能转化为电能通过逆变器传道变频柜直流母线上。当直流母线电压高于最高阀值时，制动控制单元自动将制动电阻接通，使中间直流母线之间电容器储存的多余电能以热能形式由制动电阻消耗，以维持直流母线上的电压保持恒定。这种制动方式称为回馈制动。自动送钻系统的制动单元也采用回馈制动。

6、主控制系统

1）可编程控制器运行状态总线控制系统

系统采术实现数据的快速传输，并可通过触摸屏、工控机、远程计算机实现监控、故障报警、参量修改诊断、存储记录等功能。

可以监控的主要参数有：1发电机运行状态及参数2变频器运行状态及参数3系统操作与运行状态4系统故障与报警信息5MCC运行状态6游车运行状态7一体化钻井仪表

2）游车防碰系统

可编程控制器通过总线采集主电动机的运行参数和滚筒编码器的数字信号，计算出当前的游车位置和速度，当游车到达减速点时，通过程序指支柱电动机减速到安全速度；当游车到达停车点位置时，主电动机悬停。若当游车超过停车点仍未停车，则系统自动停止变频柜运行并安全抱闸。

3）一体化仪表系统

通过数据采集单元（现场传感器、编码器、变送器等），可编程控制器经过计算处理，在触摸屏、显示屏、远程计算机显示以下钻机参数：悬重、钻压、井深、机械钻速、转盘转速、转盘扭矩、泵冲泵压、泥浆池液位、出口返回量、游车位置等参数。

7、MCC配电控制系统

交流电动机控制中心的主要功能是对井场的钻台、钻井液循环罐区、油罐区、压气机房和水罐区的交流电动机进行控制，并给井场提供照明电源。交流电动机控制中心系统对30KW以上采用软起方式，通过AS-i总线操作与监控，同时保留手动软起和手动直接启动的功能。MCC柜采用分装式结构，以便维修更换。交流电动机控制中心的电源来自主变压器，一台变比为600V/400V的干式变压器。

MCC配电控制系统配置有开关柜，其主要功能是：切换选择交流电动机控制中心400V交流母线的电源，一路选择为主变压器供电至交流电动机控制中心交流母线，一路选择为辅助发电机至交流电动机控制中心交流母线，两路电源电气互锁。

二、1.2万米超深井钻机电控系统研发成功

世界首台1.2万米超深井变频驱动钻机控制系统日前由西安宝德自动化技术有限公司研发成功。这标志着中国在超深井石油装备研制生产方面取得重大突破，代表了目前中国钻机电控系统研发的最高水准。

目前，全球石油天然气的开采呈现出向陆地深层、环境恶劣区域和海洋发展的趋势。在中国可开采石油资源中，很大部分埋藏在深层5000米以下，这对中国石油装备制造业提出了更高的要求。

1.2万米超深井钻机电控系统研发成功，提供了从设计、制造、控制等环节的全套服务，具有明显的结构创新、技术创新等特点，在石油装备制造中取得了重大突破。

1.2万米超深井钻机电控系统是西安宝德公司在9000米超深井钻机的基础上，采用国际先进技术和设备自主研发出的电控系统。它创新性地采用了多项西安宝德公司自主研发的专利技术，其中荣获国家重点新产品奖的WB-AD自动送钻技术能够提高钻井工程质量，为整个电控系统的成功研制起到了极大的推动作用。

中国石油化工集团公司认为，中石化对1.2万米超深井钻机项目于2005年立项，2006年实施，首台钻机将会在四川东北部寻找油气田的过程中建功立业。

西安宝德公司已研发了中国首台7000米、9000米和1.2万米超深井钻机电控系统，其中2005年研发的9000米超深井钻机，打破了美国、挪威等国对这一领域的垄断局面，成为了全世界少数掌握这项技术的国家之一。

第二节 产品工艺特点或流程

一、用SIMATIC控制系统的整套钻机钻井工艺

用SIMATIC控制系统的整套钻机钻井工艺概况如下：

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。根据传递参数数量确定PPO类型,编写相应的通讯程序。对关键钻井工艺过程实现安全联锁，若发生故障，在操作台面板上给出声光报警,并在MP370显示面板上给出报警或故障提示。

2、泥浆泵控制：操作员操作司钻室的面板通过ET200M的Profibus-DP将信号传递到控制站S7-300CPU模块，控制三台泥浆泵的风机、喷淋泵、泥浆泵主电机的启动、停止、速度给定以及相关的联锁保护。由于电机功率较大，要求强制风冷。泥浆泵风机启动后，当其风压开关闭合即建立风压时，方可启动泥浆泵主电机。

3、绞车控制：使用脉冲编码器通过FM350模块计算大钩高度，对最高位、最低位进行限位，防止“上碰下砸”;具有“自动控制”功能，可根据速度给定手柄的位置确定是否处于自动区域(手柄全行程的0～20%，80%～100%)，处于自动区域可自动控制大钩的运行速度以及停止位置;可选择高速、低速、超低速三种速度选择范围以适应不同工况;在起升、下放井架、底座时由于负载重量比较大，使用“超低速”速度选择方式(0～60rpm)，而且在起升、下放时，系统具有能耗制动功能，使得操作平稳、可靠。

4、转盘控制：采用Profibus-DP协议通讯，可控制转盘变频器的速度给定值、扭矩限定值，并给出变频器过流、过压报警。

5、软件冗余：当由于供电单元、背板总线、主站、硬件或软件引起的CPU发生故障、冗余备份总线电缆、冗余从站接口通讯中断或冗余从站接口发生故障时，通过SIMATICSoftwareRedundancy软件-简单的软件机制就可使一个发生故障的主CPU由冗余CPU接管过来，这对主备系统切换时间要求不高、而采用冗余备份系统或其他特殊高可靠性系统不是绝对必要(从性价比方面考虑)的系统是比较适合的。采用这种软件冗余备份方法，可有效地提高系统的可靠性;

6、远程监控：通过GSM无线通讯网络可实现远程监控。由于石油钻井设备应用现场的特殊性(可靠性要求高，生产现场比较偏僻、环境恶劣)，现场服务不可能迅速快捷，维修成本相应较大。在远程终端通过SIMATICTELESERVICE软件，可在线实时分析故障原因并实现远程软件升级。这样可更有效地使用资源、提供快捷服务、大大较少维修费用和维护时间、增强了设备的经济性;

7、人机界面：两个人机界面显示面板分别设置在电控房和司钻室。通过PROTOOL软件组态,显示设备运行状态以及各个电机的运行逻辑状态，监控现场设备的运行，设有故障页显示,便于故障定位和维护。

8、历史归档及报表打印：由设置在经理室的PC机完成。采用SIMATICWINCC软件编制，使用Microsoft公司的SQLSERVER作为数据库管理的工具，VISUALC实现对历史归档数据的查询、动态画面的组态，可实现报表、趋势、报警打印功能，为管理人员分析数据提供帮助。

二、电驱动石油钻机电气传动控制系统设计研究【1】

1、系统的基本构成

电驱动石油钻机电气传动控制系统大致由3部分组成:①柴油发电机组或高压电网构成的动力控制系统;②直流调速或交流调速构成的泥桨泵、纹车/转盘、顶驱主设备传动控制系统;③固控辅助电动机、照明、井场各区域供电等组成的MCC控制系统。这3个子系统构成了石油钻机的动力心脏，支撑着钻机可靠运转【2】。

1）动力控制系统

由多台柴油机交流发电机组成的动力控制系统，要完成柴油机调速发电机调压、发电机组有功无功均衡分配、继电保护、同期并网和功率限制等功能，以保证钻机整套设备的电力供应。其电压等级为600V,频率50Hz(60Hz)，单机容量600一1300kW，总装机容量5000kW左右，视在功率配备达到7500kVA。

由高压电网构成的动力系统，电力来自于市场电压等级为l0kV或6kV的大电网，一般用两台总容量达6000kVA左右的变压器将电压降到600V供主动力设备用电。系统设置有继电保护功能，以保证供电安全可靠。

2）电气传动控制系统

直流调速传动控制系统，是将AC600V电源输人传动柜中的SCR晶闸管组件，输出0~750V直流电去驱动泥桨泵、绞车/转盘和顶驱等到主电机，SCR控制用计算机和PLC来完成，主电机还设有冷却风机、注油泵、喷淋泵联锁。控制系统采用速度闭环控制，对他励电动机由于磁场恒定，利用电枢电压来近似获得速度信号;对于串励电动机，磁场随电枢电流变化，通过电枢电压与磁场电流之比计算求得。系统设有过流封锁，电流限制故障诊断。还设有纹车反转的切换功能。

交流调速传动控制系统，是将电网600V交流电先用晶闸管SCR整流成可调节的直流电0~750V，再用电力电子器件IGBT完成逆变过程得到AC600V频率5~-60H:可调的交流电，最后驱动泥桨泵、纹车/转盘和顶驱的交流变频电

机。整流环节前级可控，逆变环节后级采用PWM方式进行调制。频率闭环被引人，实现变频变压调速。两级环节都用计算机进行控制，机械反转可用改变相序来实现，不必设切换主电路。

3、系统的结构形式

电驱动石油钻机电气传动控制系统的结构形式种类繁多，有一对一和一对二控制方式之差别，有串励电机与他励电机之不同。有电动方式柴油机调速器和电液方式柴油机调速器之说，有相复励发电机调压和晶闸管发电机励磁的优劣。有抽屉式和固定式开关柜两种用法等，他们构成了石油钻机的多种形式，并完成了钻井工程的不同工况要求。

1）一对一与一对二

一对一控制方式为一台传动柜拖动一台直流电机，整套钻机配备8台传动柜，单独转盘再配一台传动柜，传动柜与电动机直接接人，中间无切换环节缩小了故障点，电力电子器件和控制设备高可靠性使得整套钻机安全可靠，单台传动柜单台电机独立过载运行能及时处理另一台传动柜和电机故障情况下的井下特殊故障，正常运行时一台泥浆泵或绞车上的两台电机通过电流均衡电路使负载平衡【3】。

一对二控制方式，是1台传动柜拖动1台钻机机械的2台直流电机，传动柜的容量加倍，台数减少至5台，并增加一到两台切换柜，5台传动柜同2台泥浆泵和纹车/转盘之间通过切换接触器连接，某一局部故障可通过切换电路改变传动柜与电机的设计，从而保证钻井工作的顺利进行，一个机械上的2台电机的电枢和励磁的4个绕组串联接到传动柜，自动完成了2台电机的负载电流平衡【4】。

2）串励电动机与他励电动机

由串励电动机设计成的一对二控制系统，励磁电流就是电枢电流，一台机的负载就是另一台机的负载，省略了单独励磁装置，电动机输出转矩随负载电流的平方成正比变化，起动转矩大，绞车起钻效率高。串励电动机最适宜于一台大容量传动柜供电给2台直流电机共同去拖动同一机械的场合，电驱动石油钻机的泥桨泵绞车主设备就是如此。

由串励电动机构成的一对一控制系统，一台电机的励磁电流与电枢电流相等，同一机械上的两台电机的电枢电流还需要设置负荷均衡电路加以平衡。这种结构形式不仅具有较大的起动转矩，同时因切换环节的省略大大提高了系统的可靠性。

由他励电动机构成的一对一控制系统，由于磁场恒定，输出转矩与电枢电流成正比，输出转速与电机端电压成正比，实现速度控制简单、可靠性高。他励机的转矩特性很适合于钻机泥浆泵。配合一定的机械变速档，他励机也能很好地适用于绞车的低速大转矩提升和转盘驱动。对于绞车和转盘的反向运行，他励机仅需小功率接触器改变磁场极性，接线简单，控制容易，成本低廉。

由他励电动机构成的一对二控制系统，同一机械的2台电机电枢串联，磁场各自调节，也能很好地完成钻井工作，且具有较好的调速性能指标，但控制要复杂一些。

3）柴油机调速方式

电驱动石油钻机发电系统中的柴油发电机组调速采用电子调速器如2301A电液型或E6V电动型。

2301A电液调速器，配合EG3P(或EG6P)电液执行器可完成对CAT3512和D399等柴油机的调速任务，并具有功率测量及负荷分配功能，体积小耗电省，执行器工作电流仅100-200mA,便于电源设计，易于调试。

E6V电动型电子调速，配备STG6电动执行器，可完成对TDB206(功率1350kW，转速1800r/min)和12V190系列柴油机的调速任务。增设附件LMG负荷分配器和BSBG斜坡器，可满足各柴油机组的负荷均衡和自动延时升速的要求。它的执行器额定工作电流为2-3A，起机瞬时的最大冲击电流能达到6-7A，因此对电源设计的容量相对大些，控制盒及附件的总体积也较2301A大，但其性能指标足以满足石油钻机电驱动系统的需要。

4）发电机调压方式

钻机用发电系统励磁调压大都采用无刷方式，其调节器有相复励和晶闸管励磁之分。相复励系统大都由变压器、磁放大器和电抗器等组成，控制精度一般，体积大，接线复杂，并网无功分配调整不易。

晶闸管电压调节器，是用当前很成熟的晶闸管整流，集成电路形成触发脉冲，加入PID控制，配备发电机电压、励磁电流和机组无功分量所构成的3个闭环电路，很好地完成了各机组的电压恒定，无功按比例分配。如天水电气传动研究所推出的DYT-3型晶闸管电压调节器，成功应用于勘探2号钻井船SSIH-70F海洋钻机电传动系统中。完满地解决了两种不同规格、不同容量、不同电子调速器的柴油发电机组并网问题，并网运行指标好。为电驱动石油钻机电气传动控制系统的改造提供了技术经济的新思路。

4、控制方案的选择

以一套70DDBF电驱动钻机为例，最佳的系统设计如下:采用柴油发电机组并网发电，向SCR系统和VFD系统提供AC600V电网，辅助用电设备和生活用电设施电源通过一台600/400V,1250kVA(SC1250)的环氧浇注变压器供电。电气传动系统纹车、转盘及自动送钻采用ACSCR-DC-VFD-AC方案，一对一驱动;能耗制动实现辅助刹车。电气传动系统泥浆泵采用ACSCR-DC方案，一对二驱动。电气传动系统应用全数字控制，PLC处理，故障诊断，并具有计算机监控功能。交流电动机采用变频电机，直流电动机串励运行。MCC开关柜为抽屉式。柴油机选用CAT3512;电子调速器用2301A;电压调节器选用晶闸管方式;发电参数测量数字化。控制房为长12.5mX宽2.9mX高2.94m，全套控制系统放人两座房内。如此构成的系统满足7000m石油钻机的传动特殊性和钻井工艺要求。具有优越的调速性能，过载能力强，可靠性高，抗干扰能力强，设计布局合理，操作简便可靠、易于维护及维修特点[3]。其系统结构如图所示。

ZJ70DBF复合型电驱动钻机电气传动控制系统

1）动力控制系统设计

4台柴油机组并网发电，总功率4800kW，容量6000kVA，转速1500r/min;频率50Hz，电压AC600V，柴油机单机功率1200kW,型号CAT3512DITA，发电机单机容量1500kVA，型号MTG807。

柴油机电子调速器设计2301A，执行器配EG6P，发电机励磁调节器设计DYT-3型晶闸管电压调节器。测量仪表选用7300全数字式智能电力仪表，计量精度高并实现计算机通信的任务。此外还设计同期并网电路和发电机长延时过载分闸、短延时短路跳闸、瞬时动作分断3段主保护以及过压、欠压、过频、逆功率、励磁过流等辅助保护，另外再设置功率限制电路，这些完善的设计保证了发电系统安全可靠地运行。

2）电气传动控制系统设计

3台传动柜将发电机并网母线上的600V交流电整流成。^750V电压可调的直流电去驱动3台泥浆泵的6台串励直流电机，它们采用一对二控制方式。3台整流柜将发电机并网母线上的50Hz,AC600V交流电整流成0~750V直流电，再由IGBT逆变柜逆变成为0-50Hz,AC600V频率可调的交流电去驱动纹车和转盘的3台交流变频电机，它们一一对应。改变相序和转盘完成绞车的正反转功能【5】。

综合柜完成PLC逻辑处理和系统的通信任务，司钻电控台控制9台电机的操作，操作手柄用于起下钻控制及纹车旋停控制。另设计取代电磁刹车系统。能耗制动实现下钻和缓慢放井架的功能。

传动系统控制采用西门子6RA70全数字直流控制技术和6SE71全数字交流变频调速矢量控制技术，其功能高度完善，调速精度高，调试快捷，更改方便，故障诊断更充分，操作维护简单。

传动柜上设有调节、超速、过流、熔断等保护，使得故障时系统封锁，并给出相应的指示，方便故障查找和排除。电流限制的恰当设置保证了设备的运行安全。

司钻台设有触摸操作控制屏，通过菜单选择方式可对泥浆泵、绞车、转盘、送钻操作功能的自由切换，还可以对中英西俄文等界面的操作模式进行方便的切换。

这种以全数字控制技术为核心，应用PLC和现场总线技术，实现了钻机运行状况及主要钻井工程参数集中监控的一对一和一对二交直流混合控制系统，技术先进，控制品质好，操作维护简便，运行稳定可靠。

（1）触摸操作屏、显示屏及数据存储控制触摸操作屏为司钻台上进行各种操作及给定;选用西门子触摸屏MP370;另外还配有一台专用于重要钻井参数显示及数据存储的上位计算机，可以方便地下载电气参数和钻井参数，为钻井分析和井下事故处理提供了重要的依据。触摸屏作为司钻操作替代传统的以转换开关及手轮组成的司钻台，使司钻人员操作更方便、可靠，提高了给定信号的可视性和精度，给予司钻人员更多的操作提示信息。利用Profibus-DP现场总线互相通信，大大地减少了连线，故障点减少，提高了可靠性。

触摸操作屏有如下特点。

1)界面友好、操作简单可靠，具有误操作提示保护功能，对各种不同的操作分页选取。在如图的绞车操作画面中，绞车运行状态以醒目的颜色指示，使司钻对目前各种设备的运行状态一目了然;对一些操作选择，一旦选上即变色指示。若出现误操作，报警提示重新选择而设备不会启动。

2)给定精度高、直观，对目前设备的各种给定直接以数字方式通过总线通信给定，并以图形及数字两种方式显示给定值及设备运行的实际值，不但提高了给定的精度，而且克服了模拟手轮给定时仅知大约给定了多少而不知目前设备实际运行值为多少的缺点。

3)钻井参数显示屏采用工控机和触摸式显示器，钻井资料存储采用工控机，钻井参数的实时采集功能，对一些重要的钻井参数诸如悬重、钻压、泵压、泵冲、立管压力、液压猫头压力、出口排量等参数进行实时的采集显示。存储打井期间整口井的完整资料，以备将来分析或存档，存储的资料包括:悬重、钻压、泵压、泵冲、立管压力、液压猫头压力、出口排量，转盘转矩、变频柜参数，以及故障报警及其发生的时间。这些资料都存储在计算机的硬盘上，一口井打完后，用户可将这些信息进行备份，为以后的分析提供依据。

绞车操作画面

4)触摸显示屏位于控制房内，对各变频柜的运行状态、钻井参数、变频柜运行参数曲线、报警故障信息及故障诊断信息显示并进行存储。通过它提供给当班的电气工程师目前详细的钻井总体信息、电气设备的运行状态及设备重要参数的曲线图;而且，一旦出现故障，给出具体的故障信息及帮助信息，提示电气工程师故障的可能原因及解决方法，以尽快处理，恢复设备运行。

5)钻井参数显示信息量大，不但显示重要的钻井参数、传动系统运行状态及重要参数曲线、实时大钩位置、故障报警信息提示;而且还要对一些易忽略的操作细节以对话的方式提醒司钻进行及时正确的操作。

（2）能耗制动

针对交流矢量控制变频器的特点，能耗制动采用制动单元和制动电阻结构。考虑到要有足够的制动功率来保障可靠制动，设计8台制动单元并联供一台纹车变频柜使用。这样8台制动单元间的制动功率均衡分配就成了需要解决的技术问题。经过仔细分析、推断和反复实验后，通过精确调节每台制动单元的导通电压值，使制动单元间的功率分配基本均衡。解决了多组制动单元同时动作的技术关键，使得可靠的电气能耗制动得以实现。制动单元间的原理图如图所示。使用能耗制动功能，自动投人制动工作，工作可靠，制动迅速平稳，实现了快速停车与正反转。以能耗制动代替电磁刹车，不仅使钻台重量减轻，节省钻台空间，减少了投资，并且制动特性好。

制动单元原理图

（3）自动送钻

自动送钻采用西门子6SE71系列45kVA变频器，37kW交流电机。由于自动送钻在大多数情况下处于10H:以下低速运行状态，为了保证低速时的控制精度，采用有速度传感器的矢量控制，采用每周3000个脉冲的光电编码器作为速度传感器，精度很高。

在自动送钻控制方案中，通过设置转矩控制环节，在打钻过程中通过控制悬重的恒定实现给定钻压的恒定，实现自动送钻。自动送钻调节回路如图所示。

自动送钻调节回路框图

（4）纹车自动减速、自动停车及防止上碰下砸

由位置传感器实时检测大钩位置，由PLC分析运算实现位置控制，使绞车工作时可靠地实现了自动减速及自动停车，防止大钩上碰下砸。并可实时精确指示大钩当前位置，方便了司钻人员的操作，缓解劳动紧张程度。

通过系统设定可实现自动起下钻功能，PLC接受司钻设定的速度值、起停点高度后，经控制器分析判断无误，然后发出指令，使钻机快捷、准确地实现自动起下钻功能。

5、参考文献

1.王代华，电驱动石油钻机电气传动控制系统设计研究，天水电气传动研究所，电气传动，2005，35（8）

2.王代华.石油钻机电驱动系统进展.电气传动自动化，1997,19(4):8~11

3.田树贵.国产电驭动钻机控制系统综述.电气传动自动化，1999,21(3):1-6

4.安建均，王代华.ZJ60DS钻机电传动系统.电气传动自动化，1998,20(3):19~23

5.王代华，万小宏，康涛等.石油电驱动钻机控制系统配里方案探讨.石油机械，2001,29(9):53~56

第三节 国内外技术未来发展趋势分析

石油钻机井场标准化防爆电路系统，根据对井场区域的三相鼠笼异步电动机的提供电源和控制方式的不同，可分为以下几种方式。

1、集中控制方式

所谓集中控制，就是将井场内的所有交流电机的起动装置和其他区域的分区电源都集中与MCC电控房内，采用独立供电，两地起动交流电机的方式，通过快速防爆插接件将动力电源及控制电源线，由MCC电控房的插件柜连接到各个用电设备处。固控区进入的动力电源及控制电源线，也由快速防爆插接件引入到固控罐两端的防爆型接线箱内，再由防爆型接线箱向固控罐罐面上的设备提供过渡电缆。

简化井场的电气控制设备，实现对井场电气设备的集中控制，即集中控制井场内的所有交流电机，独立供电，两地起动。采用MCC电控房房内集中控制井场内的所有交流电机及井场其他区域的分区电源，并与防爆型接线箱和防爆型转接箱来一同实现的控制方式。

将井场内的所有交流电机的电源及控制和其他区域的分区电源都集中与MCC电控房内，采用独立供电，两地起动的模式，可以更好的方便于人员对井场电气的集中操作，便于观察，同时也方便了电气的维护和检修。

其缺点是：从MCC电控房引出的动力及控制电缆过多，不方便人员的安装。从经济方面考虑，整体价格也略高。

2、分散控制方式

所谓分散控制，就是MCC电控房只提供各区域的分区电源(包括30kW以上容量的交流电机的电源)，通过快速防爆插接件将动力电源线，由MCC电控房的插件柜连接到各个用电设备处。井场内的30kW(不含30kW)以上容量的交流电机由防爆型自耦减压启动装置来就近控制；30kW(含30kW)以下容量的交流电机及固控罐罐面其他用电设备，则由固控罐两端的隔爆型多组合控制装置和防爆型接线箱来提供动力电源和控制电源。

简易的控制方式，即以集中提供电源，就地控制的思路，实现对井场电气设备的分散控制。采用MCC电控房房内集中提供固控区内的分区电源，由防爆型自耦减压启动装置来控制30kW(不含30kW)以上容量的交流电机，隔爆型多组合控制装置来控制30kW(含30kW)以下容量的交流电机及固控罐罐面其他用电设备，同时由接线箱和转接箱来一同实现的控制方式。

将井场内的所有30kW(不含30kW)以上容量交流电机的电源和其他区域的分区电源都集中由MCC电控房提供，采用独立供电，就地起动的模式，可以简化从MCC电控房引出的动力电缆线。从经济方面考虑，整体价格比较便宜。

其缺点是：不方便人员对井场电气的集中操作，由于固控区属于有爆炸性气体混合物环境的1区和2区，在发生电气故障时，就不得不打开防爆箱体的盖来检修，这样就使得防爆箱体内的电气元器件暴露在有爆炸性气体混合物的环境下，使得人员在检修时的安全性降低了。

3、半集中控制方式

所谓半集中控制，就是将井场内的30kW(不含30kW)以上容量的交流电机的起动装置和其他区域的分区电源都集中与MCC电控房内，采用独立供电，两地起动交流电机的方式，通过快速防爆插接件将动力电源及控制电源线，由MCC电控房的插件柜连接到各个用电设备处。固控区进入的动力电源线，也由快速防爆插接件引入到固控罐两端的防爆型多组合控制箱或防爆型接线箱内，再由隔爆型多组合控制装置来控制30kW(含30kW)以下容量的交流电机及固控罐罐面其他用电设备，同时与防爆型接线箱和防爆型转接箱来一同实现的控制方式。

优化井场的电气控制设备，实现对井场电气设备的半集中控制，即集中控制井场内的30kW(不含30kW)以上容量的交流电机，采用独立供电，两地起动的模式；分区供电就近控制30kW(含30kW)以下容量的交流电机及固控罐罐面其他用电设备。简化了井场内的整体电缆数量，从经济方面考虑，整体价格也比较适中。

综上所述，集中控制方式便于操作与维修，但不经济，也不方便井场电气的安装；分散控制方式便于井场电气的安装，且经济，但又不方便系统的操作与维修；半集中控制方式则兼备了集中控制和分散控制的优点，从操作、维修、安装与运行经济方面考虑，都是今后发展的趋势。

随着中国加入了WTO，各行各业都在逐步的与国际接轨，石油钻井行业与国际跨国公司之间的合作也越来越密切，国内外钻井行业对现代化石油钻井生产的要求也越来越高，如何保证员工的健康，预防事故以及保护环境是目前所有国内外石油公司的一项重要工作。