PLC 技术在钻机机械电气控制装置中的应用

2021-01-22姚湘琳颜秉超

设备管理与维修 2021年14期

关键词：电气控制钻机技术人员

姚湘琳，杨丰，颜秉超

（渤海石油装备制造有限公司辽河钻采装备分公司，辽宁盘锦 124010）

0 引言

电气控制装置的正常工作与PLC 技术息息相关，灵活应用PLC 技术对于电气控制装置的研究与运行具有决定性意义。因此，有必要根据PLC 技术的措施和分类，说明其在工业生产中的作用，分析PLC 技术常见应用场景。

1 PLC 技术特点

（1）占用空间少。PLC 本身具有体积小、占用空间少等优势。基于PLC 技术建立的电气控制装置能够快速节省空间资源与传统高能耗资源的使用量。PLC 技术体系相对灵活，因此可以在外界环境不变情况下灵活更换电气控制装置的位置，秉承自动控制理念实现对机电设备的监控工作，推动自动化控制理念的不断深入。

（2）抗干扰能力强。通常情况下基于PLC 技术能够建立结构复杂的集成电路，且该类集成电路在实际应用中体现出较强的抗干扰能力。在合理控制干扰因素的同时，为技术人员操作电气控制装置提供便利条件。

（3）检测方便。应用PLC 技术设计钻机机械电气控制装置时，能够快速发现运行中存在的问题并快速上报技术人员。为技术人员判断故障点、分析故障原因、建立全新方案创造契机。

2 PLC 技术分类

PLC 技术的应用是对传统控制方式的革新，在电气装置控制领域表现出更强的性能、控制力与竞争力。将PLC 技术与钻机机械电气控制装置等设施相结合，充分体现PLC 技术的优势。目前，常见的PLC 技术包括FCS（现场总线控制系统）和DCS（分散控制系统）两种类型。

2.1 FCS

该系统本质上属于总线控制类型，是机械电气装置控制自动化与规范化的重要保证，在实际应用中表现出极高的使用价值。在FCS 内置结构中包括数量众多的总线以及网路节点。将FCS 应用在机械电气设备的内部结构中，可以显著提升数据的准确性以及传输效率，对于提升生产过程执行效率大有裨益。网络通信在电气控制装置体系中的作用非常关键，利用FCS 能够实现更高质量的网络服务以及电气装置在一定范围内的革新。当前正在推进电气控制装置的智能化，合理利用FCS 对提升电气装置技术含量作用较大，方便工作人员以智能化方式控制管理钻机机械设施，有效推动全行业发展。

2.2 DCS

在DCS 中充分体现集散控制思想，与FCS 往往共同结合使用，也是PLC 技术在电气控制装置中的典型应用。相比于FCS，DCS 在管理方式层面相对灵活，其工作原理充分体现分散与集中相结合的控制方式。使用DCS 的过程中，首先要分离装置中的异常因素或危险因素并重点布控，通过实时监控确定装置的稳定。DCS 的应用效果还体现在保证机械电气装置控制状态层面。通过合理控制机械电气装置工作状态，使电气控制装置一直保持在高效稳定的工作状态。DCS 本身还承担接收其他设施检测数据的任务，监测站点在成功监测数据上报并传输数据，最终由DCS 接收。DCS 本身内置强大的数据分析功能，在接受大量监测设备实时上传数据的基础上对信息进行管理并应用，从而提升电气控制装置的工作稳定性。在电气控制装置工作中难免会发生故障，结合DCS 实现故障位置的分类，通过对故障位置的设定或调整，达到资源配置最大化效果。

3 PLC 技术设计

在钻机机械电气控制装置中应用PLC 技术时，首先要设计完整的技术方案，为深入应用PLC 技术奠定技术。在应用设计方案前需要对其进行细致研究与验证，保障技术设计方案能够达到理想应用效果，充分发挥PLC 技术的现有价值。具体来讲，主要包括确定技术类型、分析原理、设计控制系统和设计通信网络等环节。

3.1 确定技术类型

在设计电气控制装置中首先选择PLC 技术应用类型，通过精准的技术类型选择实现电气控制设计工作的良好开端。技术类型的确定要充分结合钻机机械电气控制装置的自身特性并树立精准的设计原则，从而保证选择的PLC 技术类型合理可靠。已知常见的PLC 技术类型包括FCS 和DCS，其中，FCS 在电气控制装置的设计中表现出更好的性能，且本身具备相对完善的控制概念体系，FCS 技术结构简单且工作原理清晰，技术应用中安装相对方便，起到降低技术应用与装置设计成本的效果。在使用FCS 技术的过程中应秉承灵活应用的理念，根据电气控制装置的运行效果，灵活调整技术使用方案，保证技术的使用恰到好处。钻机机械装置本身具有环境复杂、不确定性因素多等复杂工作特征，因此选择FCS 技术时需要充分考虑钻机作业中理论上可能发生的所有意外或问题，并针对每种意外场景做深入研究，保证FCS 技术的选择有理有据。

3.2 分析技术原理并设计原理图

原理图在PLC 技术设计工作中发挥不可比拟的作用。技术人员在构建PLC 技术原理图的过程中，首先形成相对抽象的设计思路，并以专业图纸的方式形象展示设计思路，以切实可见的图形展示相对抽象且难以用语言表述的理论思维内容。因此，原理图本质上是对抽象思维的形象化展示。基于精准的原理图便于开展对设计思路的回溯和检查工作，及时发现控制装置设计过程中的错误与不足之处，并通过修正使设计原理精准到位。

3.3 设计控制系统

在电气控制装置设计工作中，控制系统的设计显得尤为重要，在整个设计工作中起到决定性作用。若控制系统设计出现偏差，会对电气控制装置造成显著影响。因此在设计钻机机械电气控制装置的过程中，需要明确控制系统的设计目标并严格把关每个环节，以设计高标准、高规范的控制系统为目标，对电气控制装置中每部分结构的职责和功能都要了如指掌。同时，充分考虑每项环节中的实际需求，在设计每部分功能中需要秉承针对性原则，确保控制系统各部分功能完善并使得控制系统真正满足使用要求。对各环节中功能的总结与整合也是必不可少的步骤，结合电气控制装置的实际结构对每部分的功能与设计内容进行规范整合，从而形成性能优良且功能齐全的控制系统。

3.4 设计通信网络

电气控制装置中的数据与指令传输依托通信网络环境，因此在建立电气控制装置过程中需要构建高性能的通信网络，高质量顺利完成数据通信传输任务。钻机机械控制装置的智能化同样通过通信网络体现，完善的通信网络可以显著提升电气控制装置的智能化成分，以及机械设计中自动控制理念。电气控制装置工作过程中需要开展必要的监测工作，通信网络的构建则为技术人员监测电气控制装置的运行状态提供便捷手段，从而保证电气控制装置能够合理稳定的长久运行。因此，在电气控制装置设计中需要高度重视通信网络的设计工作，充分考虑通信网络的各项标准要求，结合通信网络部署环境以及实际情况实现合理布局，保证构建的通信网络与电气控制装置的工作特性相吻合。在充分发挥电气控制装置基础性能的同时，实现数据信息的稳定准确传输，有助于构建电气控制设置内部的子网结构。

技术设计在PLC 技术应用中发挥重要的作用，技术人员应在充分分析并掌握机电设备工作性能与运行状况的基础上，结合设备的参数以及工作环境选择合适的机电设备，为建立科学合理的电气控制装置设计方案奠定坚实基础，增强电气控制装置方案的可操作性。技术人员在设计中要时刻关注机电设备的工作状态，在保证机电设备稳定运转基础上，确保设计方案有序推进。

4 PLC 技术实际应用

4.1 空气压缩机

对空气压缩机机械功能的控制充分利用到PLC 技术，在传统的控制体系中主要采取单片机控制方法，由技术人员发送指令实现对空气压缩机的控制。该控制方式操作相对繁琐且执行效率偏低，将PLC 技术应用到空气压缩机控制体系，可以充分发挥PLC 技术在智能化层面的优势，改变传统人工控制方式。对空气压缩机的控制通过自动控制模式即可实现，显著提升空气压缩机控制工作的快捷性和精准性，是对传统人工控制体系的根本性革新。技术人员只需要按照系统反馈的指令进行必要的控制操作，减轻技术人员负担，实现资源优化配置的作用。

4.2 开关逻辑

钻机机械电气控制装置的结构中内置大量开关，且开关设置与电气控制装置的运行效果、运行状态密切相关。若开关工作不正常或状态不准确，会对电气控制装置的整体运行造成不利影响，降低电气控制装置的使用效率。利用PLC 技术控制电气控制装置的开关逻辑，可以提升操作电气控制装置的简易性与便捷性。技术人员通过发送信息化指令即可操作电气控制装置的开关逻辑，进而实现对电气控制装置的工作控制，有效控制机械生产过程。PLC 技术的应用为技术人员操作开关提供了相对简单的方式，机电设备在快速接收指令的基础上快速应对各种工作场景，显著提升运转效率和生产效率。PLC 技术的应用显著增强钻机机械设备的精准度，在高效使用电气装置的同时实现对电气控制装置的保护效果。

4.3 应用举例

以YZ-35D 型钻机机械电气控制装置为例，说明PLC 技术的实际应用。在该型号的钻机机械设备中内置专业的钻进控制系统，其结构内核为SIMATICTI545 模板，包括钻机运转检测、离心式砂石泵出水等分支系统。该类钻机控制系统功能体系多样化且适合较多工作场景。在结合使用PLC 技术的过程中，将信息化监控模式应用在YZ-35D 型钻机机械设备中，进而更好地发挥PLC 技术在控制领域的优势。