顶部驱动钻井装置是当今钻井工程界的重大前沿技术之一，迄今为止全球只有不到十家公司具备该生产能力。
西门子大型传动部(LDBU)协助SFAE解决某石油机械厂的技术痛点
2003年西门子与某石油机械厂开始合同研发“顶驱电控系统”。顶驱作为石油钻井主要设备，是整个顶驱设备的神经中枢，一旦顶驱出现机械故障，会使用户蒙受巨大的损失，严重的还可能引发钻井事故。项目组还需解决如何满足某石油机械公司用户最基本的设备需求，如保证钻采24小时不宕机。因此，研发出理想的顶驱电控系统，电控系统设计和制造水平决定了顶驱设备整体的可靠性和运行水平成了项目组的攻克难点。
鉴于某石油机械公司项目的特殊性，大型驱动部在西门子有限公司北方区的领导下，参加了某石油机械公司顶驱项目专门成立的跨部门客户服务团队，鼎立协助SFAE顶驱项目组。根据项目组制定的“零缺陷管理流程”，按照该石油机械公司电控系统的设计、制造、服务、新产品开发和新技术应用优化流程，改进设计、检验手段和质量控制手段，实现了系统的自动检验。VIP服务流程为该石油机械公司顶驱及客户提供365天24小时全天候服务响应。
优越的顶驱电控系统平台
西门子与该石油机械公司共同研发出的顶驱电控系统实现了电控房与司钻操作台、本体控制站之间的智能通讯;方便了钻机维护管理人员与司钻集中监控，具有很好的可视性和可读性。同时使系统结构大大简化，后续功能开发空间很大，无论从设计、安装、运行、维护，还是提高工效等方面，都体现出优越性，为系统的全集成自动化奠定了基础。
图1：顶驱系统组成示意图
顶驱网络系统采用的是PROFIBUS-DP结构，包括所有远程站和变频驱动系统，所有子站、整流器和逆变器都通过PROFIBUS协议与CPU进行通讯。除CPU与本体站以外，所有的通讯电缆均为屏蔽双绞线。CPU与本体站的通讯为光缆。其中CPU机架共使用的信号模块为5个DI、2个DO、1个AO。数字输入主要将系统的各路电源状态输入到PLC以供系统的自诊断及上位工控软件WINCC显示使用。在项目中使用的SIMATICS7-300系列PLC是西门子全集成自动化TIA系统中的控制核心，是其集成与开放特性的重要体现。
技术先进，安全可靠，成本低廉的自动化解决方案
该顶控电控系统全集成自动化解决方案，针对系统的安全可靠性、减少停机时间;减少系统运维成本;充分考虑油田勘探的不同地域环境、工况和安装调试便利性等，采用先进的设计研发手段为该石油机械公司建立了具有国际先进水平的专用全功能、全载荷、全功率试验装置，建设了具有国际水准的现代化生产设施，研究开发了相关的钻井工艺技术，形成了10余项国家专利。西门子针对该石油机械公司技术人员进行专业化培训，帮助该石油机械公司实现了年产百余套套顶驱的规模生产能力，同时组建了一支高水平的技术服务队伍。交流变频顶部驱动钻井设备很快形成了批量生产能力，在国内市场打破了国外品牌的垄断，并实现了产品的完全替代，同时迅速打入了国际市场。
SIMOVERTMASTDRIVESCUVC使您的机器设备与众不同的驱动系统
对于额定驱动功率高达6000KW的连续过程控制任务来说，自动控制和驱动技术的要求都很高。SIMOVERTMASTDRIVESCUVC矢量控制模块，已经在世界范围内取得了巨大成功，可以动态、高效、而灵活的应用于所有领域。
控制原理是独一无二的：从驱动器的过程控制刀自动控制都采用了一个专门的工程管理工具-DriveES;功率范围从0.55KW到6000KW，采用了独创性的控制原理、独创性的参数配置和独创性的操作控制概念;就控制精度、控制可靠性以及对电网无干扰的主动性前端(ActiveFrontEnd)技术的实用性而言，SIMOVERTMASTDRIVESCUVC领先于所有对手。而其紧凑性也是世界第一的。综合化、集成化和智能化时期可以灵活的满足各种机械和应用需求，使机器设备的生产能力达到最高。简而言之-一个统一的控制系统可以带来管理成本的降低、全球化的应用能力、高精确度、应用的灵活性和绝佳的应用表现-当然，这需要控制系统与自动化生产系统整体上保持完美的协调。
SIMOVERTMASTDRIVESCUVC可以处理所有驱动问题的通用驱动器。不但可以对三项感应电动机进行驱动控制，可控电压高达690V，同时模块化的嵌入式操作单元卡，继承的自由功能模块使您的驱动方案更加灵活。
优越的顶驱电控系统平台，技术先进，安全可靠，成本低廉的自动化解决方案，与众不同的驱动系统。
附录
图2：交流变频顶部驱动钻井装置测试台
全集成自动化解决方案
现场总线：PROFIBUSDP
PROFIBUSDP开放的结构使众多品牌的自动化产品可以集成在同一个平台上，她的高速传输可以满足实施监控的需要，她在全球范围内已有超过2,000万个安装节点，可靠性得到验证
中央处理器：CPU315-2DP
S7-300系列可编程控制器的逻辑控制功能很好的保证了系统的可靠性和稳定性，模块化编程的方式减轻了工程师变成的工作量
驱动系统：SIMOVERTMASTDRIVESCUVC
监控软件：SIMATICWinCC
WinCC强大的网络功能使管理层可以通过浏览器更加方便的了解现场设备的工作状态、故障信息;并可以通过网络或邮件方便的获得包括钻井深度等现场参数的Excel报表
分布式I/O：ET200M
ET200X
SIMATIC_ET200分布式I/O能够保证复杂控制系统的良好通讯，基于开放式PROFIBUS总线可实现从现场信号到控制室的数据通讯。ET200可以给用户带来许多好处：降低接线成本，提高数据安全性，增加系统灵活性
工业控制计算机：PC67015’’TOUCH
司钻控制台：MP37015’’TOUCH
远程监控：SINAUT
SINAUT是SMATICPLC理想的GPRS通讯模块，可在全球范围内使用经由GPRS网络的GSM移动服务，实现分布式系统的远程无线监控
TIM4R
MC45GSMKit
低压配电：3WL/3VF/5SX空气断路器
3TF接触器等
