ACS800变频器在钻机中的应用
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技术交流I T E C H N I C A L C H A N G E AC S 8 0 0 变频器在钻机中的应用 李 玉 国 黑 龙 江 天 翔 自 动 化 控 制 系统 有 限 公 司 摘要ACS 8 0 0系列变频器已广泛应用在钻井机械(简称钻机)中,主要用来驱 动绞车电动机、转盘电动机、泥浆泵电动机及 自动送钻电动机。本文介绍了 AC S 8 0 0系 列变频器的应用特点,通过现场总线形式,控制并采集变频器运行参数。关键词钻机A C S 8 0 0 P L C D T C 1 引言 随着变频控制技术的发展,变频器被 广泛应用于钻机行业。钻机电气传动系统 基于现场实际工况,结合钻井工艺要求,注重“整体性、先进性、安全性、可靠性 和实用性”,具有优异的调速性能,过载能 力强,抗干扰能力强,操作方便可靠。同 时系统设计遵循电、液、气、仪表、数字 及通信一体化的原则,可靠性和技术性能 达到国际同类产品的先进水平,不断提高 自动化水平,使系统更加完善,配置更先 进是 目前钻机电气传动系统的发展 目标。1 0 I 嘭 与 胡 2 0 0 8 年 第2 7 卷第2 期 2 钻机控制系统简介 2 1 钻机 电控系统的设计原则 P L C作为整个系统的控制中心,各传 动系统通过现场 总线与 P L C进 行通信,绞 车变频器、转盘变频器、泥浆泵变频器及 自动送钻变频器均纳入网络系统,进行集 中显示与控制,并配有触摸屏可实现人机 对话。P L C与触摸屏采用以太网的通信方 式。通过触摸屏实现电控、气、液以及钻 井仪表参数的一体化设计,优化控制和监 测整个钻井过程的变频器参数,实现钻机 智能司钻控制。电控系统与仪表系统紧密 维普资讯 http:/ 结合,P L C可对系统各主要装置和钻井参数通过数 据采集单元(现场传感器、编码器和变送器等)进 行采集,经过 P L C计算、处理,最终在司钻电控台 的触摸 屏上显示。其 中包括悬重、钻压、转盘转 速、转盘 扭矩、泥 浆泵 的冲 数、泵 压、大 钩 位置 及衍 生 的其 他参 数。2 2变频器的控制功能 变 频 器调 速 系统可 通 过主 控、备控 两 种控 制 方 式实现 总 线主控 制,线 控备 份控 制 的功 能。主控方式:由人机界面(H MI)触摸屏 经 P L C通 过现场 总 线对变 频 器进 行控 制,进行 数据 采 集,并 监 测 变频 器 的运行 状 态。备 控 方式:通过 备 用控 制 电缆 线 对变 频器 进 行 控制,控制箱内的相应指示也是通 过 备用 控 制 电缆 实 现 的。2 3自动送钻功能 自动 送 钻 采 用 一 台 辅 助 电动 机,通过二级齿轮减速箱驱动绞车 变速箱拖动滚筒。自动送钻装置具 有 以下功 能:自动送 钻 时,设 定 钻 压,变 频器依 据 系统反 馈钻 压运 行,反拖滚筒,自动调速和保护,达 到恒 压稳 定的送 钻 目的。主 系统(绞车 电动机)发生故障时,辅 助系 统进行 应 急操作,能提 升 最大钻 杆 重量。3 A CS 8 0 0在钻机中的应用 特点 3 1 选用 AC S 8 0 0系列变频器的 优 越性 AC S 8 0 0系列 变频器是 AB B最 新一代的全数字交流变频器,能达 到控 制交流 电动机 的完美极 限。它 采用直 接转矩 控 制(DTC)技 术,能 够在没 有光码 盘 或测速 电动机反 馈 的条件下,精确控制任何标准笼型 异步电动机的速度和转矩,并具有 明确 定义功能和接 口。作为 A C S 6 0 0 的更新换代产品,其最大的优点就 WWW e a g e,c o rn,c n 匿 H T E C H N I C A L E X C H A N G E l 技术交流 是 采用 了通 用技 术,具 有广 泛 的适应 性。3,2 开放的通信环境及系统配置 A CS 8 0 0系列变频器具 有开放的通信 环境,通过 选择 不 同的现 场 总线 适 配器,可 以与许 多厂家 的上 位 系统 或 P L C通 信。根据 所选 P L C类型,选择 相应 的现场 总线适 配器进行通 信,如果选 用施耐德 Q u a n t u m 系列或 Mo me n t u m 系列的 P L C,各传动系统可选 配 NMB P 一 0 1 适 配器与 P L C组成“MB+”对等的工 业 总线形 式。可 以控制 变频调速 装置所需 的给定值,调 取 变频 调速 装 置所有 参 数及 运行 状 态;也 可 以用 点对 点 的方式 以 模拟 或数 字 信号进 行 控制。3 3采用通信控制的特点 为了能打出高质量的油井,在设备上配有各种 图 系 统 配 置框 图 2 0 0 8 年第2 7 卷第2 期 县闭1 1 维普资讯 http:/ 技术交流f T E C H N I C AL E X C H A N GE 检 测元 件,并在 司钻 台上安 装 各种仪 表,供操 作工 人监视。如转盘转速传感器、转盘扭矩传感器、大 钩位置编码器、悬重传感器、立管压力传感器和泵 冲传感器等,分别用来检测转盘转速、转盘扭矩、大 钩位置和井深以及钻压、大泵压力、大泵冲数等等。本设备采用 MB+现场总线通信技术,P L C可通过现 场 总 线读取 变频 器相 关参 数,如转盘 频率、转 盘转 速、转盘功率、转盘电流、转盘转矩、绞车频率、绞 车转速、绞车功率、绞车电流、绞车转矩、大泵频 率、大泵转速、大泵功率、大泵电流及大泵转矩等,可直接取代转盘转速传感器、转盘扭矩传感器和泵 冲传感器,减少检测元件的安装及维护,节省了开 支,提高了设备的检测精度及利用率。3 4 应用宏的设定 AC S 8 0 0系列变频器具有内置五个标准应用宏(工 厂宏、手动 自动宏、P I D控制宏、顺序控制宏和转 矩控制宏)以及丰富、灵活的输入输出口定义功能,根据变频器的特有性能,变频装置可选择“手动 自 动”宏,方便地满足钻机电控系统“主控 备控”切 换。主控 由上位 机 P L C通 过现场 总线适 配器对变 频 器进行控制,备控则用点对点的方式以模拟和数字 信号 对变 频 器进 行控制。3 5 A C S 8 0 0的核心技术D T C控制方式 A C S 8 0 0 将 DT C技术和模糊控制理论合二为一,构成高性能、低成本的变频器调速产品,且性能大 大优 于矢量 控制变频 器。DT C精 确的转矩 控制使 得 ACS 8 0 0能够提供可控且平稳的最大起动转矩(可 达 2 0 0 额定转矩);具有零转速满转矩性能,能够 获得零速时电动机的额定转矩,使得变频器应用在 绞车控制时,能够使大钩在满转矩状态下平稳精确 的运行,保证工人在绞车处于低速运行状态时完成 钻具 对接 工作,确保 钻具 稳定 准确地 对接。对接 完 成后,可快速提起钻具,既方便工人操作,又能提 高工作效率。同时,钻机在打“定位井”时,需要 在某一角度使钻具倾斜,即造斜。根据工艺要求,在造斜过程中转盘必须处于低转速状态,同时变频 器需控制电动机提供很大的转矩才能使转盘正常工 作,充分体现了变频器具有零转速满转矩的特 点。此外,变频器能够在没有光码盘或测速电动机 的反馈 的条件下,精确控制任 何标准笼型异步 电 1 2 I 与胡 2 0 0 8 年 第2 7 卷第2 期 动 机 的速 度 和 转 矩。在 变频 器 上安 装脉 冲 编码 器 接 口板 R T AC-0 1 模块,并在 自动送钻电动机轴端安 装光电编码器,作为 自动送钻的电动机反馈,更加 精确控制 电动机的转速 和转矩,钻机在“自动送 钻”方式下操作,使大钩在最大负荷时“悬停”,满 足 了 自动 送 钻 的 工 艺要 求,是 其 他 品牌 变频 器 无 法 比拟 的。3 6 良好的人机接 口 A B B 变 频 器 在 钻 机 上 应 用 的 另一 个 亮 点是 AC S 8 0 0 控制盘有实际信号和故障记录显示模式。在 实际信号显示模式 中可以同时监视三个实际信号,如频率、转速、电流和流量等,可以很方便地监视 电动机运行状态,了解钻井过程中地下每段地质岩 层 电动机参 数 的变化 情 况。变频 器故 障记录 功 能显 示 传动装 置在运行期 间所记录 的最近 的故障和警 告,每个故障和报警都按发生的时间进行记录。变频器 出现故障时,工作人员通过查找故障信息便能够快 速准确地判断故障原因,并及时处理。3 7变频器的结构特点 作为标准配置,AC S 8 0 0 全系列内置有交流电抗 器,明显降低 了进线电源的谐波含量以及变频器的 电磁辐射,同时保护整流二极管和滤波电容器免受 电压、电流的冲击。集成化和紧凑设计缩小了占地 面积;可选件位于传动内部,易于操作,适于改造 项 目;结构简单;易于安装、维护。由于钻机属于移动设备,每完成一 口井的开采,需 要搬 迁 到 下一 口井位 开 采,设备 整 体 体积 越 小,搬迁就越方便快捷。作为钻机设备的电控房,主要 装 置变频 器 的结构 紧凑可使 整体设 备体积 减小。方便设备的运输,同时节约搬迁费用。4 结束语 本文阐述了AC S 8 0 0系列变频器在钻井机械中的 应用特点,目的是使更多用户了解AC S 8 0 0 系列变频 器的特点,方便生产实践。回 维普资讯 http:/
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