PROFIBUS—DP总线在石油钻机电传动系统中的应用

【摘要】本文将对Profibus-dp和石油钻机电传动系统进行大略的概述，并浅析Profibus-dp总线在石油钻机电传动系统中的应用。

【关键词】Profibus-dp；石油钻机；电传动系统；应用

Profibus dp相比于传统的继电器控制模式具有功能强、可靠性高及操作维护性简单等诸多优势，因此到目前为止，Profibus dp已被广泛应用于各大油田的石油钻机电传动系统之中。本文将通过对Profibus dp技术和石油钻机电传动系统的分析与介绍，实现Profibus dp总线在石油钻机电传动系统的广泛应用。

1 Profibus-dp简介

目前Profibus dp已广泛应用于各行业的自动化领域当中，并且具有稳定的国际标准EN50170作为保证，通常Profibus由Profibus dp、Profibus pa和Profibus fms三个兼容部分组成。

1.1 ProfJbus dp的功能

Profibus dp广泛应用于现场层的高速数据传送，即主站周期在读取从站输入信息的同时，还能做到周期的发送输出信息给从站。Profibus dp除具有高效数据传输的功能外，还能提供非周期性的通信以满足智能化设备的需求，从而对其进行正确、有效的组态、诊断及报警处理等。

1.2 Profibus dp的基本特征

首先传输速率快，Profibus dp在具有32个站点分布的系统中，其对所有站点的传输速率可达到512bt/s的输入和输出，对于12Mbt/s的传输只需要1毫秒的速率；其次Profibus dp具有较强的诊断功能，可以对传输中的故障进行准确、快速的定位，定位后诊断信息在总线上进行传输的同时，由主站实现采集工作，通常诊断信息分为本站诊断操作、模块诊断操作和通过诊断操作三个级别。另外Profibus使用的数据传输中，RS-485是应用最为普遍的一种传输技术。一般RS-485双绞线（光缆或双线电缆）的传输设备均与总线相连接，并且每个分段上最多连接32个主站或者从站，传输速率可达9.6kbps～12Mbps，同时每段的初始位置和末端位置都有一个总线终端电阻，由此对操作运行的正确性提供了有效的保障。

由上文所述Profibus dp所具有的几点基本特征，足可以证实Profibus-dp在工业电气自动化控制领域的广泛应用性，特别是在石油钻机电传动系统中的有效应用。

2 石油钻机电传动系统

钻机是石油开采中钻井工作的一套综合性机组，通常钻机电气传动系统包含动力及动力控制系统、电传动自动化控制系统、配电控制系统三个组成部分，如下图1所示：

2.1动力及动力控制系统。如上图所示，钻机电传动系统的动力及动力控制系统主要包含主柴油机组、辅助柴油机组和变压器等控制系统共同组成。

2.2电传动自动化控制系统。钻机电气传动自动化控制系统的内容主要有泥浆泵、绞车和转盘交直流传动自动化控制系统，目前我国多数石油勘探与开采选用ZJ50D、ZJ40D，以ZJ40D为例，其系统结构如下图2所示，该系统主要负责以下工作的进行与完成：①完成泥浆泵每台电机的启动、调动及停止工作；②完成绞车不同电机的正反转控制、速度调节和扭矩限制的工作；③完成送钻电机的正反转控制、速度调节工作；④完成以上不同设备间电机的启动、停止及调节的联锁控制工作。

2.3配电控制系统。石油钻机电传动系统中的配电控制系统，多采用抽屉式结构，并以MCC（马达控制中心）为基本单元进行集中控制模式。

3 Profibus-dp总线在石油钻机电传动系统中的应用

Profibus dp是由siemens公司研发并提出的一种适用于工业电动控制的现场总线标准。Profibus dp简称为dp协议，在所有的Profibus现场总线种类中应用最为广泛，被公认为是一种成本低、效率高的通信方式，其主要用途用来PLC与分布式I/O和现场设备之间的高速数据通信。

随着社会的不断发展与进步，对石油钻机电传动控制系统要求的不断增高，Profibus dp被广泛应用于钻机电传动控制系统。石油钻机电传动是一项庞大而复杂的系统性工作，同时钻井技术的不断发展与成熟，使得整个系统操作控制回路繁冗、所需钻井参数呈现逐渐增多趋势，因此Profibus dp的应用将大大提高钻井的工作效率。

3.1 Profibus dp的参数设置

本文将以PLC与6se71变频柜间的数据传输为例进行说明，要实现Profibus-dp对6se71变频柜的控制，就要对变频器的参数进行相关的设置。

3.2 Profibus dp的通信编程

就当前的发展需要来讲，石油钻机的电传动系统应尽量减少各设备间的硬件连接，从而避免操作控制回路的复杂性，取而代之的是通过Profibus dp协议进行通信工作。Profibus dp的应用首先应完成相应的系统硬件组态工作，其次实现Profibus dp总线对变频柜控制字分别进行置位和复位工作，并通过此达到变频柜对其所连接的各变频电机的分别控制；最后通过具体的PLC写入和读入程序实现数据的传输工作。

3.3 Profibus dp现场总线的高效工作策略

Profibus dp现场总线的高效工作，即实现有效增强现场总线的抗干扰能力，该点是电气传动自动化控制系统中的关键性问题之一。因此应积极采取相应的措施，来有效加强Profibus dp现场总线的抗干扰能力。由不断的实践分析与总结，Profibus dp现场总线的高效工作，可以通过做好电源及信号的隔离工作、动力屏蔽、接地和分别布线等多种措施来实现。由此来确保Profibus dp工作的保护机制，从而有效保证Profibus dp数据高速传输的可靠性。

总而言之，Profibus dp总线在石油钻机电传动系统中的广泛应用，对于我国石油钻井技术的发展有着重要的推动作用。Profibus dp，总线不但具有较强的稳定性和可靠性，并对于其的管理和控制也更加简单、便捷，在提高我国钻井技术水平的同时，促进了石油钻井系统的一体化发展，大大提高了石油开采的生产效率。