石油鉆機(jī)多臺(tái)變頻電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)負(fù)荷均衡分配控制系統(tǒng)研究

1、項(xiàng)目編號(hào):北京四利通控制技術(shù)股份有限公司研究開發(fā)項(xiàng)目計(jì)劃書項(xiàng)目名稱：自動(dòng)化貓道在石油鉆機(jī)上的應(yīng)用承擔(dān)單位：北京四利通控制技術(shù)股份有限公司項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：肖自琦一、項(xiàng)目概述1 立項(xiàng)目的及必要性隨著我國(guó)機(jī)械自動(dòng)化水平的逐步提高，我國(guó)石油鉆機(jī)行業(yè)的自動(dòng)化過(guò)程也取得了明顯的進(jìn)步，石油鉆機(jī)的主題配套設(shè)備已經(jīng)到了國(guó)際水平，但是石油鉆機(jī)的外圍配套設(shè)備還基本處在20世紀(jì)60-70年代的水平，勞動(dòng)強(qiáng)度大，危險(xiǎn)系數(shù)高。自動(dòng)化貓道的研究和應(yīng)用，就是要解決目前我國(guó)石油鉆機(jī)的這個(gè)矮板問(wèn)題。新型自動(dòng)化貓道的研究和應(yīng)用，可以使石油鉆機(jī)起下鉆具操作中，鉆桿、油管、套管以及各種工具上下鉆臺(tái)操作簡(jiǎn)單安全，提高工作效率和安全性差，減少

2、作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和危險(xiǎn)，提升我國(guó)鉆機(jī)配套安全性、機(jī)械化和智能化水平。這種自動(dòng)化貓道的研制成功，結(jié)合二層臺(tái)鉆柱自動(dòng)排放裝置、鐵鉆工一起使用，可以極大地提高整套鉆機(jī)、修井機(jī)的機(jī)械化和自動(dòng)化水平，使鉆機(jī)的整體水平和自動(dòng)化能力進(jìn)一步提高。隨著石油鉆井技術(shù)的迅速提升和石油市場(chǎng)的對(duì)外拓展，對(duì)鉆機(jī)自動(dòng)化程度的要求會(huì)越來(lái)越高。所以進(jìn)行自動(dòng)化貓道的研究和應(yīng)用具有重要的意義。2項(xiàng)目采用的關(guān)鍵技術(shù)自動(dòng)化貓道控制系統(tǒng)，采用了遙控遠(yuǎn)程控制的方式，大大提高了生產(chǎn)效率，PLC編程采用了互鎖，運(yùn)行期間如果誤操作不會(huì)產(chǎn)生影響。如何保證液、氣缸正常工作保證缸內(nèi)壓力保持穩(wěn)定得到了解決。要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)貓道一鍵系統(tǒng)，必須要滿足如下技術(shù)要

3、求：(1) PLC程序的互鎖問(wèn)題(2)液、氣缸的壓力穩(wěn)定問(wèn)題；3項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)1 鉆具進(jìn)入和移出自動(dòng)化貓道的方式。2 .鉆具在自動(dòng)化貓道臺(tái)面和鉆臺(tái)之間的上提下放。通過(guò)自動(dòng)化控制實(shí)現(xiàn)鉆桿、鉆鋌、套管等鉆具在貓道和鉆臺(tái)之間的上下移動(dòng)，替代人工栓繩套，利用氣動(dòng)絞車提升上鉆臺(tái)或?qū)@桿甩下鉆臺(tái)的作業(yè)。3 .自動(dòng)化貓道配有系統(tǒng)斷電、元器件故障以及誤操作等多項(xiàng)安全保護(hù)。為保護(hù)自動(dòng)貓道操作平穩(wěn)、安全、可靠，在控制系統(tǒng)內(nèi)增加多項(xiàng)安全保護(hù)，以避免鉆具失控發(fā)生下砸事故。4 遙控集中操作。吧自動(dòng)化貓道液缸、氣缸、液壓站電機(jī)等所有設(shè)備或不見得控制集中在一起，集成在一個(gè)控制箱內(nèi)便于操作，另外還配置了一個(gè)便攜式的控制箱，隨身

4、攜帶便于遠(yuǎn)程遙控。二、項(xiàng)目市場(chǎng)前景分析1項(xiàng)目產(chǎn)品市場(chǎng)概況及需求情況我們公司是一家專門從事石油鉆機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造及調(diào)試服務(wù)的專業(yè)公司，每年都會(huì)承接一些鉆井架貓道改造項(xiàng)目，由于以往上提或下方鉆具都是有4-6人操作，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。我公司開發(fā)的自動(dòng)化貓道控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了這一技術(shù)攻關(guān)及突破，自動(dòng)化貓道的成功應(yīng)用可大大縮短鉆井時(shí)間，提高鉆井效率，降低作業(yè)成本。此項(xiàng)技術(shù)的公關(guān)及突破，也會(huì)對(duì)企業(yè)帶來(lái)很多的經(jīng)濟(jì)效益極好的產(chǎn)品聲譽(yù)。2發(fā)展?fàn)顩r我國(guó)現(xiàn)有鉆機(jī)在鉆井過(guò)程中，上、下鉆具仍以工人手工操作配合鉆臺(tái)與貓道上的氣動(dòng)絞車?yán)?、拽的方式進(jìn)行，其具體過(guò)程如下：上鉆具：首先工人將鉆具從鉆桿架推入至貓道上，由鉆臺(tái)上面的氣動(dòng)

5、絞車下放鋼絲繩掛住鉆具頂部，利用索具直接把鉆具沿著貓道和坡道提升至鉆臺(tái)面，然后兩個(gè)工人用鐵鉤鉤住鉆具下部，慢慢移送到小鼠洞中，用吊卡卡住鉆具，等待吊環(huán)鉤住吊卡，將鉆具拉起送入井口。下鉆具：利用鉆臺(tái)上面氣動(dòng)絞車首先掛住鉆具頂部，再用貓道上的氣動(dòng)絞車鉤住鉆具底部，將鉆具拉入坡道內(nèi)，沿坡道的V型梢滑入至貓道上，要兩部氣動(dòng)絞車配合使用才能將鉆具滑向貓道尾部至合適位置。最后拆掉兩部氣動(dòng)絞車的鋼絲繩，由工人將鉆具從貓道上面推回至鉆桿排放架上。上述操作的缺點(diǎn)是需要3至4個(gè)工人配合，操作效率低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全性差、鉆具的損壞程度也很高。因此井場(chǎng)鉆具自動(dòng)上、下鉆臺(tái)裝置研究和設(shè)計(jì)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。3未來(lái)

6、發(fā)展趨勢(shì)在未來(lái)幾年到十幾年期間，我國(guó)的鉆井勘探逐步向縱深的海洋發(fā)展，對(duì)鉆井機(jī)械自動(dòng)化水平的要求也逐步提高，特別是在海洋鉆井機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化、安全性以及人員配備方面。為滿足這些要求，自動(dòng)化貓道技術(shù)得到了重視和發(fā)展，為此，鉆桿的自動(dòng)處理裝置也得以快速發(fā)展。動(dòng)力貓道可與鉆桿自動(dòng)化處理裝置、鉆具自動(dòng)排放裝置、氣動(dòng)卡瓦和鐵鉆工聯(lián)合使用，使其進(jìn)口實(shí)現(xiàn)鉆桿操作的全自動(dòng)化或者半自動(dòng)化，可提高鉆井的工作效率和安全性，該技術(shù)在海洋鉆井平臺(tái)上有廣闊的應(yīng)用前景。三、項(xiàng)目研發(fā)目標(biāo)研制1套自動(dòng)化貓道運(yùn)行系統(tǒng)，其電氣技術(shù)性能指標(biāo)為:處理管子最大直徑：20英寸處理管子最大長(zhǎng)度：13米處理管子最大重量：4-5噸速度：30-40根

7、/小時(shí)舉舟占具的最大直徑舉升鉆具的最大直徑339.7mm舉升最大重量10kN配套鉆機(jī)5000m雙升型式四連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力貓道右梁上校車的運(yùn)動(dòng)距離5.5m鉆桿最大舉升高度10m鉆桿架高度1500mm四、項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)1、主要研發(fā)人員序號(hào)姓名性別年齡畢業(yè)院校學(xué)歷職務(wù)在本項(xiàng)目中的具體工作1肖自琦男天津大學(xué)本科技術(shù)專豕項(xiàng)目負(fù)責(zé)人2王帥男24北京交通大學(xué)海濱學(xué)院本科研發(fā)工程師現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試3梁磐男24中國(guó)石油大學(xué)本科研發(fā)工程師現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試勝利學(xué)院4毋曉龍男25山西大同大學(xué)本科研發(fā)工程師程序設(shè)計(jì)5宋辰男27天津工業(yè)大學(xué)本科研發(fā)工程師圖紙?jiān)O(shè)計(jì)2、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人基本情況姓名肖自琦身份證件號(hào)

8、歷大學(xué)本科所學(xué)專業(yè)工業(yè)企業(yè)電氣化與自動(dòng)化目前與企業(yè)之間的關(guān)系技術(shù)專家畢業(yè)學(xué)校天津大學(xué)手機(jī)e-mail通信地址北京市通州區(qū)中關(guān)村科技園金橋科技產(chǎn)業(yè)基地景盛南二街12#自我陳述:87年大學(xué)畢業(yè)后被分配到天水電氣傳動(dòng)研究所工作，2005年來(lái)北京四利通公司工作至今，從事過(guò)多個(gè)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和調(diào)試，尤其是對(duì)變頻設(shè)計(jì)及研究應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)豐富，并且具有一定的研發(fā)能力，能全力負(fù)責(zé)完成該科研項(xiàng)目的研制開發(fā)。自我評(píng)價(jià)（寫出本人專長(zhǎng)、優(yōu)勢(shì)）：各種電控系統(tǒng)線路板電子電路設(shè)計(jì)；礦井提升大功率電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)交交變頻器設(shè)計(jì);各種大型復(fù)雜工程項(xiàng)目傳動(dòng)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。學(xué)習(xí)和工作經(jīng)歷（學(xué)歷高者重點(diǎn)寫學(xué)歷）：大學(xué)本科。在本公司職務(wù)及擔(dān)任職

9、責(zé)：高級(jí)技術(shù)專家取得職稱（職稱全稱、取得時(shí)間）：本科學(xué)士學(xué)位、高級(jí)工程師主持或主要參加過(guò)的技術(shù)、產(chǎn)品開發(fā)工作：（項(xiàng)目歷時(shí)？過(guò)程中解決什么重大問(wèn)題，最終取得了什么（數(shù)據(jù)化）的業(yè)績(jī)，體現(xiàn)個(gè)人專長(zhǎng)和優(yōu)勢(shì)。）6000米電驅(qū)動(dòng)沙漠鉆機(jī)特等獎(jiǎng)；90年代，電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)技術(shù)國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目組核心骨干成員；電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)電控發(fā)電系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)的控制線路板設(shè)計(jì)；礦井提升電控傳動(dòng)系統(tǒng)的控制線路板設(shè)計(jì)；軋鋼電控傳動(dòng)系統(tǒng)的控制線路板設(shè)計(jì)。取得知識(shí)產(chǎn)權(quán)情況：寫出所有知識(shí)產(chǎn)權(quán)（列表）數(shù)個(gè)專利發(fā)明所獲國(guó)家或者省市級(jí)給予的獎(jiǎng)勵(lì)與認(rèn)定（時(shí)間，名稱）：榮獲天水市科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)兩項(xiàng)，五、項(xiàng)目技術(shù)路線1 .項(xiàng)目總體技術(shù)概述自動(dòng)化貓道主要由六部分組

10、成，分別是云梁、支架、貓道主體、鉆桿排放架、液壓站及控制臺(tái)，其中支架分為前支架和后支架兩部分，貓道主體分為前臺(tái)和后臺(tái)，各部分之間靠銷軸校接在一起。自動(dòng)化貓道各環(huán)節(jié)的動(dòng)作是通過(guò)電、氣、液三路控制相應(yīng)的執(zhí)行部件所實(shí)現(xiàn)的，液、氣路控制系統(tǒng)主要集中在液壓站上，電路控制系統(tǒng)主要集中在控制臺(tái)上。液壓站是自動(dòng)化貓道的動(dòng)力之源，為貓道的所有動(dòng)作提供源動(dòng)力?？刂婆_(tái)是自動(dòng)化貓道的控制核心，是所有動(dòng)作的法令機(jī)構(gòu)，任何一個(gè)動(dòng)作指令均是從此發(fā)出。2 .項(xiàng)目所依據(jù)的技術(shù)原理液、氣路控制系統(tǒng)的（液壓站）設(shè)計(jì)液壓站外形尺寸：長(zhǎng)4300mm寬1500mm高1070mm外部框架主要由S12板材、100*100*6方管等材料組焊而

11、成，內(nèi)部主要部件包括防爆電機(jī)、高壓齒輪泵、油箱、聯(lián)軸器、囊式儲(chǔ)能器、防爆電磁換向閥、卸荷溢流閥、分流節(jié)流閥、高壓截止閥等部件。S11液壓站示意圖液壓站工作原理如下圖衣之金油kr.。由版他向司對(duì)端.他Ifl蒞業(yè)Ml株iji)於1、住山件上尊1N1用if.TKV1G111114J.111M1等*i2LlLL卅口L1m3KMM油注后通¥段俏上ta咕»蛇凱,鼻仲星m2ar用川F*A<K4rri射內(nèi)】即山,Aflwrftr11汩*i稀州*凡姆用HriOL怦出K-.AIM以生1科氣陽(yáng)PHdi¥*離二:十輔i'L*T懦M*4*1知巴|.4!TiftHEH*

12、1;J±號(hào)迂止T,雁皮巧達(dá)叱抬w1惻上JdtrtlM1中出*K髀刎上llhiikl*fiEE*醒和拜忖油件IH*RM沙II泊】旭.41*»BfilSbll油fa1件山*%的期11加*.出內(nèi)官十楮rai加*HtM.認(rèn)王箱口L41峰回1細(xì)東告il*控制臺(tái)控制面板布局如下o孤題電的拈豕燈OOOO第前力裱塞配液壓馬達(dá)正息剌戈全情伸海區(qū)力帆警O O O O O控制電彈指卞動(dòng)力推缸埔漬國(guó)馬站尻騎 A,安全梢箭旅也能他而泡 不燈的折利f將哥】 回相系燈 外猴燈* £”海;UhAi, H.Jil R惻推桿施M川捶打灌M H*J先全悄-M 液口馬玷2 9電機(jī)動(dòng) 2.4 |&

13、餐臺(tái)拄制面板布局沖出指?；棉D(zhuǎn)精系打出指示燈燈控制臺(tái)是自動(dòng)化貓道所有命令的發(fā)出機(jī)構(gòu)，液壓站控制箱是自動(dòng)化貓道的中間執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電路控制簡(jiǎn)易流程圖如下貓道的控制程序是在滿足貓道各環(huán)節(jié)動(dòng)作的前提下，根據(jù)不同的動(dòng)作編制相應(yīng)的功能塊，使各環(huán)節(jié)動(dòng)作之間增加互鎖，確保自動(dòng)化貓道整體的連接性。3.主要技術(shù)與性能指標(biāo)液壓站主要電氣技術(shù)性能指標(biāo)：80ml/r最高工作壓力：16MPa油泵排量:電動(dòng)機(jī)額定功率:電動(dòng)機(jī)級(jí)數(shù)：蓄能器充氣電壓：油箱有效容積：執(zhí)行電磁兼容EM麻準(zhǔn)37KW10MPa860L5項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)類型、標(biāo)準(zhǔn)名稱項(xiàng)目設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)及運(yùn)行調(diào)試,嚴(yán)格按ISO9001標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。6通過(guò)本項(xiàng)目實(shí)施企業(yè)新獲得的

14、相關(guān)資質(zhì)證書等無(wú)7項(xiàng)目技術(shù)方案的可行性、合理性分析我們公司投入有經(jīng)驗(yàn)的科研人員研制1套自動(dòng)貓道控制系統(tǒng)。既可以“手動(dòng)”操作也可以“聯(lián)動(dòng)”一鍵操作。我們公司是一家從事各種電氣技術(shù)應(yīng)用的專業(yè)公司，積累了豐富的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，加上從事過(guò)國(guó)內(nèi)眾多重大項(xiàng)目研究的科技人員，如：大功率交交變頻器，大功率高壓變頻器，國(guó)內(nèi)第一套電動(dòng)鉆機(jī)的研制等項(xiàng)目。使所開發(fā)產(chǎn)品的可靠性達(dá)到可靠運(yùn)行的理想水平。六、項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)1項(xiàng)目理論創(chuàng)新該項(xiàng)目的理論創(chuàng)新點(diǎn)是：通過(guò)遠(yuǎn)程設(shè)備控制PLC進(jìn)行操作，控制電磁閥與接觸器的通斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)氣缸與液缸的運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)起下鉆的遠(yuǎn)程操作。自動(dòng)貓道的成功應(yīng)用可以使鉆井過(guò)程的起下鉆操作簡(jiǎn)單安全，減少作業(yè)人員的

15、勞動(dòng)強(qiáng)度和施工危險(xiǎn)，提高整體的工作效率，使鉆機(jī)的整體水平和自動(dòng)化能力得到進(jìn)一步提高。2項(xiàng)目應(yīng)用創(chuàng)新自動(dòng)化貓道控制系統(tǒng)不僅能滿足陸地石油鉆機(jī)行業(yè)，也可以滿足海洋石油鉆機(jī)行業(yè)的應(yīng)用，大大提升生產(chǎn)效率，鉆機(jī)的自動(dòng)化能力進(jìn)一步提升。3項(xiàng)目產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新（如：功能創(chuàng)新、形式創(chuàng)新、服務(wù)創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新）（1）遠(yuǎn)程遙控操作面板操作（2）一鍵聯(lián)動(dòng)操作4項(xiàng)目在工藝上創(chuàng)新（如：工藝路線創(chuàng)新、工藝設(shè)備創(chuàng)新、工藝環(huán)節(jié)創(chuàng)新）無(wú)5項(xiàng)目在結(jié)構(gòu)上創(chuàng)新（如：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、工藝結(jié)構(gòu)創(chuàng)新）無(wú)七、預(yù)期可取得的成果項(xiàng)目完成計(jì)劃時(shí)解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題1）一鍵聯(lián)動(dòng)運(yùn)行時(shí)，貓道的控制程序是在滿足各環(huán)節(jié)的動(dòng)作前提下，根據(jù)不同的動(dòng)作編制相應(yīng)的功能塊，

16、使各個(gè)環(huán)節(jié)動(dòng)作之間增加互鎖，確保自動(dòng)化貓道整體的連續(xù)性。2）液壓站的設(shè)計(jì)，需保證各個(gè)節(jié)點(diǎn)氣、液的壓力保持充足。機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度穩(wěn)定，安全。2. 項(xiàng)目完成計(jì)劃時(shí)達(dá)到的技術(shù)性能指標(biāo)處理管子最大直徑：20英寸處理管子最大長(zhǎng)度：13處理管子最大重量：4-5速度：30-40根 / 小時(shí)舉升鉆具的最大直徑舉升鉆具的最大直徑339.7mm舉升最大重量10kN配套鉆機(jī)5000m雙升型式四連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力貓道云梁上校車的運(yùn)動(dòng)距離5.5m鉆桿最大舉升高度10m最高工作壓力：16MPa油泵排量： 電動(dòng)機(jī)額定功率： 電動(dòng)機(jī)級(jí)數(shù)： 蓄能器充氣電壓： 油箱有效容積：80ml/r37KW4級(jí)10MPa860L執(zhí)行電磁兼容EM麻準(zhǔn)防

17、護(hù)等級(jí)：IP40八、項(xiàng)目實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)措施1技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)因?yàn)槲覀児咀猿闪⒅两瘢恢睂Ｗ⒂谑豌@機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，制造，調(diào)試等工作，對(duì)石油鉆機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用和結(jié)構(gòu)等性能比較了解，所以我們積累了豐富的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),另外我們長(zhǎng)期研究如何提高遙控手柄和S7-300西門子PLC之間操作的穩(wěn)定性。氣、液缸的穩(wěn)定性。不存在風(fēng)險(xiǎn)。2市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)我們公司是一家主要從事石油鉆機(jī)電氣控制系統(tǒng)的專業(yè)公司，在石油鉆機(jī)電氣控制系統(tǒng)制造占領(lǐng)了一定的市場(chǎng)份額，公司產(chǎn)值每年都在遞增，所以就自己公司的應(yīng)用也市場(chǎng)不存在風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)對(duì)措施：即使鉆機(jī)電控系統(tǒng)出現(xiàn)萎縮，自動(dòng)貓道控制系統(tǒng)可以覆蓋海洋和陸地市場(chǎng)。所以市場(chǎng)前景無(wú)限。3. 財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)無(wú)應(yīng)對(duì)措施：無(wú)4人才風(fēng)險(xiǎn)目前公司技術(shù)人員都具有大專以上的文聘，每年都有大學(xué)生進(jìn)入公司發(fā)展，并且公司的技術(shù)骨干都參與并掌握了自動(dòng)化貓道控制系統(tǒng)的主要技術(shù)，所以不存在人才風(fēng)險(xiǎn)。5政策風(fēng)險(xiǎn)石油鉆井技術(shù)的創(chuàng)新一直都符合國(guó)家發(fā)展政策，所以不存在風(fēng)險(xiǎn)九、項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)劣勢(shì)分析1 .項(xiàng)目產(chǎn)品的主要競(jìng)爭(zhēng)者在國(guó)內(nèi)幾年來(lái)做石油鉆機(jī)電氣控制系統(tǒng)的公司，很多公司暫時(shí)，所以競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手很少。2 .項(xiàng)目產(chǎn)品技術(shù)性能比較優(yōu)勢(shì)其技術(shù)性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品的領(lǐng)先水平，在此方面將會(huì)填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。3 .項(xiàng)目產(chǎn)品其他市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)（初創(chuàng)期企業(yè)創(chuàng)新項(xiàng)目可不填此欄）公