交流變頻電動(dòng)鉆機(jī)常規(guī)控制系統(tǒng)以S7-300PLC為控制核心，通過現(xiàn)場(chǎng)總線把數(shù)字化設(shè)備組成PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)變頻器、整流器、智能遠(yuǎn)程司鉆監(jiān)控、人機(jī)界面、自動(dòng)送鉆、一體化儀表、電子防碰等系統(tǒng)間的高速通訊，上位工控機(jī)實(shí)施監(jiān)控、存儲(chǔ)各個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)并提出故障時(shí)的診斷報(bào)文。上位工控機(jī)4IPC、自動(dòng)化級(jí)（PLC）、數(shù)字傳動(dòng)級(jí)和司鉆操作臺(tái)通過PROFIBUS-DP總線連接，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，參數(shù)雙向傳遞，顯示一體化鉆井儀表參數(shù)及畫面，各種狀態(tài)提示和幫助文本顯示，為鉆井工程創(chuàng)建數(shù)字化、信息化、智能化的管理平臺(tái)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各裝置的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和故障監(jiān)控，優(yōu)化控制和檢測(cè)整個(gè)鉆井過程。

在石油鉆井生產(chǎn)領(lǐng)域，容錯(cuò)和可靠性的要求越來越高，有故障引起的停機(jī)停鉆將會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)河南油田現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求，控制系統(tǒng)應(yīng)具備很好的冗余功能，保證系統(tǒng)正常工作。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上應(yīng)用冗余控制系統(tǒng)或高性能的S7-400H系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)硬件冗余,系統(tǒng)采用雙CPU、雙觸摸屏，雙I/O模塊和接口。與常規(guī)相比有3個(gè)特點(diǎn)：①整個(gè)系統(tǒng)硬件冗余,保證數(shù)據(jù)高速同步 ②觸摸屏及工控機(jī)之間分別都實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)，數(shù)據(jù)同步③CPU切換時(shí)不會(huì)有數(shù)據(jù)丟失，切換平滑無干擾.

S7-400系統(tǒng)是一個(gè)三級(jí)控制系統(tǒng)，由管理計(jì)算機(jī)、過程控制系統(tǒng)組成，2套系統(tǒng)同時(shí)工作，互為冗余，可以有效保證人以一套出現(xiàn)CPU、I/O模塊損壞或通訊中斷等故障時(shí)，另一套都能自動(dòng)投入

與常規(guī)系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)增加冗余控制系統(tǒng)、冗余網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、冗余啟動(dòng)系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的可靠性。河南油田ZJ70DB鉆機(jī)控制系統(tǒng)采用西門子高性能的S7-400H系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)司鉆智能化控制，實(shí)現(xiàn)絞車、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵的全稱調(diào)速，確保鉆進(jìn)安全、高效。2008年6月1日，在雙河油田畢深1井壓井作業(yè)時(shí)，ZJ70DB曾出現(xiàn)司控房與VFD房通訊突然中斷，造成絞車、鉆井泵、等設(shè)備操作實(shí)效，PC柜ET200電源故障造成電控組件大面積損壞，冗余控制系統(tǒng)和應(yīng)急操作全部癱瘓。為此，河南油田技術(shù)人員對(duì)電控系統(tǒng)進(jìn)行了一下整改和完善：

1     更換PC柜內(nèi)ET200M擴(kuò)展架上模塊的供電方式，由以前的單電源供電改為三電源供電。

2     增加PO1S操作面板，在司控房和VFD通訊中斷、VFD內(nèi)部通訊中斷、CPU不能工作，通過手動(dòng)修改裝置參數(shù)，利用OP1S操作面板在FVD房裝置上直接啟動(dòng)1#、2#、3#、鉆井泵，以便快速建立井內(nèi)鉆井液循環(huán)。

3     在司控房和和VFD通訊中斷、VFD內(nèi)部通訊中斷、CPU不能工作時(shí)，會(huì)造成在司控房無法完成絞車與自動(dòng)送鉆電動(dòng)機(jī)的離合器的操作，還會(huì)使盤剎連鎖動(dòng)作，盤剎操作實(shí)效，在司控臺(tái)內(nèi)不能解除盤剎連鎖能力，此時(shí)需手動(dòng)操作閥門，掛合離合器和手動(dòng)解除盤剎，利用自動(dòng)送鉆的能耗制動(dòng)動(dòng)能，懸停鉆具，在自動(dòng)送鉆裝置手動(dòng)給定速度，上提或下放鉆具。

4          在司控房和和VFD通訊中斷、VFD內(nèi)部通訊中斷、CPU不能工作時(shí)，或主電機(jī)裝置、給定、通訊中斷，絞車失去動(dòng)力，通過手動(dòng)修改自動(dòng)送鉆裝置參數(shù)，在VFD房啟動(dòng)裝置，恢復(fù)絞車的提升能力。

5     在司控房和和VFD通訊中斷、VFD內(nèi)部通訊正常，工控機(jī)通訊正常的情況下，在工控機(jī)上增加一套應(yīng)急界面程序，通過工控機(jī)應(yīng)急界面啟動(dòng)鉆井泵和絞車電動(dòng)機(jī)。

為確保系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)進(jìn)一步完善旁路應(yīng)急系統(tǒng)，在司鉆臺(tái)上設(shè)計(jì)保留常規(guī)的絞車、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵調(diào)速手輪、常規(guī)的指重表、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速儀表、轉(zhuǎn)盤電流儀表，以便在應(yīng)急情況下使用。