石油钻机多台变频电机并联运行时负荷均衡分配控制系统.docx
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石油钻机多台变频电机并联运行时负荷均衡分配控制系统
项目编号：
北京四利通控制技术股份有限公司
研究开发项目计划书
项目名称：
自动化猫道在石油钻机上的应用
承担单位：
北京四利通控制技术股份有限公司
项目负责人：
肖自琦
一、项目概述
1．立项目的及必要性
随着我国机械自动化水平的逐步提高，我国石油钻机行业的自动化过程也取得了明显的进步，石油钻机的主题配套设备已经到了国际水平，但是石油钻机的外围配套设备还基本处在20世纪60-70年代的水平，劳动强度大，危险系数高。
自动化猫道的研究和应用，就是要解决目前我国石油钻机的这个矮板问题。
新型自动化猫道的研究和应用，可以使石油钻机起下钻具操作中，钻杆、油管、套管以及各种工具上下钻台操作简单安全，提高工作效率和安全性差，减少作业人员的劳动强度和危险，提升我国钻机配套安全性、机械化和智能化水平。
这种自动化猫道的研制成功，结合二层台钻柱自动排放装置、铁钻工一起使用，可以极大地提高整套钻机、修井机的机械化和自动化水平，使钻机的整体水平和自动化能力进一步提高。
随着石油钻井技术的迅速提升和石油市场的对外拓展，对钻机自动化程度的要求会越来越高。
所以进行自动化猫道的研究和应用具有重要的意义。
2．项目采用的关键技术
自动化猫道控制系统，采用了遥控远程控制的方式，大大提高了生产效率，PLC编程采用了互锁，运行期间如果误操作不会产生影响。
如何保证液、气缸正常工作保证缸内压力保持稳定得到了解决。
要实现自动猫道一键系统，必须要满足如下技术要求：
（1）PLC程序的互锁问题
（2）液、气缸的压力稳定问题；
3．项目的创新点
1．钻具进入和移出自动化猫道的方式。
2.钻具在自动化猫道台面和钻台之间的上提下放。
通过自动化控制实现钻杆、钻铤、套管等钻具在猫道和钻台之间的上下移动，替代人工栓绳套，利用气动绞车提升上钻台或将钻杆甩下钻台的作业。
3.自动化猫道配有系统断电、元器件故障以及误操作等多项安全保护。
为保护自动猫道操作平稳、安全、可靠，在控制系统内增加多项安全保护，以避免钻具失控发生下砸事故。
4．遥控集中操作。
吧自动化猫道液缸、气缸、液压站电机等所有设备或不见得控制集中在一起，集成在一个控制箱内便于操作，另外还配置了一个便携式的控制箱，随身携带便于远程遥控。
二、项目市场前景分析
1．项目产品市场概况及需求情况
我们公司是一家专门从事石油钻机电气控制系统设计、制造及调试服务的专业公司，每年都会承接一些钻井架猫道改造项目，由于以往上提或下方钻具都是有4-6人操作，费时费力。
我公司开发的自动化猫道控制系统实现了这一技术攻关及突破，自动化猫道的成功应用可大大缩短钻井时间，提高钻井效率，降低作业成本。
此项技术的公关及突破，也会对企业带来很多的经济效益极好的产品声誉。
2．发展状况
我国现有钻机在钻井过程中，上、下钻具仍以工人手工操作配合钻台与猫道上的气动绞车拉、拽的方式进行，其具体过程如下：
上钻具：
首先工人将钻具从钻杆架推入至猫道上，由钻台上面的气动绞车下放钢丝绳挂住钻具顶部，利用索具直接把钻具沿着猫道和坡道提升至钻台面，然后两个工人用铁钩钩住钻具下部，慢慢移送到小鼠洞中，用吊卡卡住钻具，等待吊环钩住吊卡，将钻具拉起送入井口。
下钻具：
利用钻台上面气动绞车首先挂住钻具顶部，再用猫道上的气动绞车钩住钻具底部，将钻具拉入坡道内，沿坡道的V型槽滑入至猫道上，要两部气动绞车配合使用才能将钻具滑向猫道尾部至合适位置。
最后拆掉两部气动绞车的钢丝绳，由工人将钻具从猫道上面推回至钻杆排放架上。
上述操作的缺点是需要3至4个工人配合，操作效率低、工人劳动强度大、安全性差、钻具的损坏程度也很高。
因此井场钻具自动上、下钻台装置研究和设计，具有重要的现实意义。
3．未来发展趋势
在未来几年到十几年期间，我国的钻井勘探逐步向纵深的海洋发展，对钻井机械自动化水平的要求也逐步提高，特别是在海洋钻井机械设备自动化、安全性以及人员配备方面。
为满足这些要求，自动化猫道技术得到了重视和发展，为此，钻杆的自动处理装置也得以快速发展。
动力猫道可与钻杆自动化处理装置、钻具自动排放装置、气动卡瓦和铁钻工联合使用，使其进口实现钻杆操作的全自动化或者半自动化，可提高钻井的工作效率和安全性，该技术在海洋钻井平台上有广阔的应用前景。
三、项目研发目标
研制1套自动化猫道运行系统，其电气技术性能指标为：
处理管子最大直径：
20英寸
处理管子最大长度：
13米
处理管子最大重量：
4-5吨
速度：
30-40根/小时
举升钻具的最大直径举升钻具的最大直径339.7mm
举升最大重量10kN
配套钻机5000m双升
型式四连杆机构
动力猫道云梁上校车的运动距离5.5m
钻杆最大举升高度10m
钻杆架高度1500mm
4、项目研发团队
1、主要研发人员
序号
姓名
性别
年龄
毕业院校
学历
职务
在本项目中的具体工作
1
肖自琦
男
天津大学
本科
技术专家
项目负责人
2
王帅
男
24
北京交通大学海滨学院
本科
研发工程师
现场调试
3
梁磐
男
24
中国石油大学胜利学院
本科
研发工程师
现场调试
4
毋晓龙
男
25
山西大同大学
本科
研发工程师
程序设计
5
宋辰
男
27
天津工业大学
本科
研发工程师
图纸设计
2、项目负责人基本情况
姓名
肖自琦
身份证件号码
620502************
学历
大学本科
所学专业
工业企业电气化与自动化
目前与企业之间的关系
技术专家
毕业学校
天津大学
手机
e-mail
通信地址
北京市通州区中关村科技园金桥科技产业基地景盛南二街12#
自我陈述:
87年大学毕业后被分配到天水电气传动研究所工作，2005年来北京四利通公司工作至今，从事过多个工程项目的设计和调试，尤其是对变频设计及研究应用经验丰富，并且具有一定的研发能力，能全力负责完成该科研项目的研制开发。
自我评价（写出本人专长、优势）：
各种电控系统线路板电子电路设计；
矿井提升大功率电机调速系统交交变频器设计；
各种大型复杂工程项目传动系统的现场调试。
学习和工作经历（学历高者重点写学历）：
大学本科。
在本公司职务及担任职责：
高级技术专家
取得职称（职称全称、取得时间）：
本科学士学位、高级工程师
主持或主要参加过的技术、产品开发工作:
（项目历时？
过程中解决什么重大问题，最终取得了什么（数据化）的业绩，体现个人专长和优势。
）
6000米电驱动沙漠钻机特等奖；
90年代，电驱动钻机技术国产化项目组核心骨干成员；
电驱动钻机电控发电系统、传动系统的控制线路板设计；
矿井提升电控传动系统的控制线路板设计；
轧钢电控传动系统的控制线路板设计。
取得知识产权情况：
写出所有知识产权（列表）
数个专利发明
所获国家或者省市级给予的奖励与认定（时间，名称）：
荣获天水市科技进步三等奖两项，
五、项目技术路线
1．项目总体技术概述
自动化猫道主要由六部分组成，分别是云梁、支架、猫道主体、钻杆排放架、液压站及控制台，其中支架分为前支架和后支架两部分，猫道主体分为前台和后台，各部分之间靠销轴铰接在一起。
自动化猫道各环节的动作是通过电、气、液三路控制相应的执行部件所实现的，液、气路控制系统主要集中在液压站上，电路控制系统主要集中在控制台上。
液压站是自动化猫道的动力之源，为猫道的所有动作提供源动力。
控制台是自动化猫道的控制核心，是所有动作的法令机构，任何一个动作指令均是从此发出。
2．项目所依据的技术原理
液、气路控制系统的（液压站）设计
液压站外形尺寸：
长4300mm，宽1500mm，高1070mm，外部框架主要由δ12板材、100*100*6方管等材料组焊而成，内部主要部件包括防爆电机、高压齿轮泵、油箱、联轴器、囊式储能器、防爆电磁换向阀、卸荷溢流阀、分流节流阀、高压截止阀等部件。
液压站工作原理如下图
控制台控制面板布局如下
控制台是自动化猫道所有命令的发出机构，液压站控制箱是自动化猫道的中间执行机构。
电路控制简易流程图如下
猫道的控制程序是在满足猫道各环节动作的前提下，根据不同的动作编制相应的功能块，使各环节动作之间增加互锁，确保自动化猫道整体的连接性。
3．主要技术与性能指标
液压站主要电气技术性能指标：
最高工作压力：
16MPa
油泵排量：
80ml/r
电动机额定功率：
37KW
电动机级数：
4级
蓄能器充气电压：
10MPa
油箱有效容积：
860L
执行电磁兼容EMC标准
5．项目实现的质量标准类型、标准名称
项目设计、制造、检测及运行调试,严格按ISO9001标准执行。
6．通过本项目实施企业新获得的相关资质证书等
无
7．项目技术方案的可行性、合理性分析
我们公司投入有经验的科研人员研制1套自动猫道控制系统。
既可以“手动”操作也可以“联动”一键操作。
我们公司是一家从事各种电气技术应用的专业公司，积累了丰富的现场应用经验，加上从事过国内众多重大项目研究的科技人员，如：
大功率交交变频器，大功率高压变频器，国内第一套电动钻机的研制等项目。
使所开发产品的可靠性达到可靠运行的理想水平。
六、项目创新点
1．项目理论创新
该项目的理论创新点是：
通过远程设备控制PLC进行操作，控制电磁阀与接触器的通断，进而实现气缸与液缸的运行。
实现起下钻的远程操作。
自动猫道的成功应用可以使钻井过程的起下钻操作简单安全，减少作业人员的劳动强度和施工危险，提高整体的工作效率，使钻机的整体水平和自动化能力得到进一步提高。
2．项目应用创新
自动化猫道控制系统不仅能满足陆地石油钻机行业，也可以满足海洋石油钻机行业的应用，大大提升生产效率，钻机的自动化能力进一步提升。
3．项目产品技术创新（如：
功能创新、形式创新、服务创新、技术创新）
（1）远程遥控操作面板操作
（2）一键联动操作
4．项目在工艺上创新（如：
工艺路线创新、工艺设备创新、工艺环节创新）
无
5．项目在结构上创新（如：
产品结构创新、工艺结构创新）
无
七、预期可取得的成果
项目完成计划时解决的关键技术问题
（1）一键联动运行时，猫道的控制程序是在满足各环节的动作前提下，根据不同的动作编制相应的功能块，使各个环节动作之间增加互锁，确保自动化猫道整体的连续性。
（2）液压站的设计，需保证各个节点气、液的压力保持充足。
机械结构强度稳定，安全。
2.项目完成计划时达到的技术性能指标
处理管子最大直径：
20英寸
处理管子最大长度：
13米
处理管子最大重量：
4-5吨
速度：
30-40根/小时
举升钻具的最大直径举升钻具的最大直径339.7mm
举升最大重量10kN
配套钻机5000m双升
型式四连杆机构
动力猫道云梁上校车的运动距离5.5m
钻杆最大举升高度10m
最高工作压力：
16MPa
油泵排量：
80ml/r
电动机额定功率：
37KW
电动机级数：
4级
蓄能器充气电压：
10MPa
油箱有效容积：
860L
执行电磁兼容EMC标准
防护等级：
IP40
八、项目实施风险及应对措施
1．技术风险
因为我们公司自成立至今，一直专注于石油钻机控制系统的设计，制造，调试等工作，对石油钻机控制系统的应用和结构等性能比较了解，所以我们积累了丰富的应用经验,另外我们长期研究如何提高遥控手柄和S7-300西门子PLC之间操作的稳定性。
气、液缸的稳定性。
不存在风险。
2．市场风险
我们公司是一家主要从事石油钻机电气控制系统的专业公司，在石油钻机电气控制系统制造占领了一定的市场份额，公司产值每年都在递增，所以就自己公司的应用也市场不存在风险。
应对措施：
即使钻机电控系统出现萎缩，自动猫道控制系统可以覆盖海洋和陆地市场。
所以市场前景无限。
3.财务风险
无
应对措施：
无
4．人才风险
目前公司技术人员都具有大专以上的文聘，每年都有大学生进入
公司发展，并且公司的技术骨干都参与并掌握了自动化猫道控制系
统的主要技术，所以不存在人才风险。
5．政策风险
石油钻井技术的创新一直都符合国家发展政策，所以不存在风险
九、项目竞争优劣势分析
1．项目产品的主要竞争者
在国内几年来做石油钻机电气控制系统的公司，很多公司暂时，所以竞争对手很少。
2．项目产品技术性能比较优势
其技术性能指标达到国外同类产品的领先水平，在此方面将
会填补国内空白。
3．项目产品其他市场竞争优势（初创期企业创新项目可不填此栏）
公司具有一批经验丰富的科研技术队伍，完全能保证产品的顺利完成。
十、项目实施进度
2014年6月1日～2014年6月20日完成方案确定；
2014年6月21日～2014年7月15日完成控制系统原理图设计、结构及采购；
2014年7月16日～2014年7月26日完成装配及接线；
2014年7月27日～2014年11月20日完成出厂和现场运行调试及用户验收；
2014年11月21日～2014年12月31日改善改进
十一、项目经费预算（列表）
单位：
万元
项目经费预算
科目
金额
主要用途
备注
人员费
50.00
仪器设备费
12.00
能源材料费
0
新产品设计费
8.00
差旅费
10.00
其他费用
合计
80.00
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