石油鉆機電控系統(tǒng)-PLC以及變頻器

1、目錄目錄ABCDAB01 石油鉆機電控系統(tǒng)的種類石油鉆機電控系統(tǒng)的種類BAC模擬直流調速系統(tǒng)數(shù)字直流調速系統(tǒng)交流變頻調速系統(tǒng)交流變頻電傳動總系統(tǒng)圖交流變頻電傳動總系統(tǒng)圖柴油發(fā)電機組GEN1GEN2GEN3GEN4GEN1GEN1GEN1MCC系統(tǒng)開關柜斷路器柜變壓器輔助發(fā)電機現(xiàn)場操作臺井場用電單元遠程計算機顯示器觸摸屏PLC從站PLC從站繼電器系統(tǒng)輔助供電主PLC工控機繼電器系統(tǒng)3MP柜RT柜2MP柜DWB柜DWA柜頂驅系統(tǒng)DWA 制動柜1MP柜DWB 制動柜制動電阻3AC 600V 50Hz BUSMCC系統(tǒng)送鉆柜制動單元司鉆臺1號綜合柜2號綜合柜控制線動力線編碼器送鉆1MPDWA滾筒DWB

2、2MPRT3MP直流電傳動總系統(tǒng)圖直流電傳動總系統(tǒng)圖柴油發(fā)電機組控制線動力線切換接觸器組GEN2GEN3GEN1600V AC BUS400V AC BUSBYPASS防 爆 箱一體化儀表 滾筒編碼器懸重傳感器隔爆傳感器組MCC系統(tǒng)工控機PS井場電氣AS-I接口單元切換控制電路600V/400VSCR1SCR2SCR3SCR4SCR5送鉆S7-300 CPUS7-300 CPUI/O模板PLCDP/AS-I接口IM153-3IM153-3I/O模板 觸摸屏 司鉆臺02 可編程序控制器產(chǎn)生 1968年，美國通用汽車公司（GM）為適應生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，提出一種設想：把計算機的功能完善、通用、

3、靈活等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結合起來，制成一種通用控制裝置。這種通用控制裝置把計算機的編程方法和程序輸入方式加以簡化，采用面向控制過程、面向對象的語言編程。使不熟悉計算機的人也能方便地使用，并提出十項招標指標。 美國數(shù)字設備公司（DEC）根據(jù)這一設想，于1969年研制成功了第一臺可編程序控制器PDP14，并在汽車自動裝配線上試用獲得成功。該設備用計算機作為核心設備。其控制功能是通過存儲在計算機中的程序來實現(xiàn)的，這就是人們常說的存儲程序控制。由于當時主要用于順序控制，只能進行邏輯運算，故稱為可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Control

4、ler，簡稱PLC）。 進入80年代，隨著微電子技術和計算機技術的迅猛發(fā)展，也使得可編程序控制器逐步形成了具有特色的多種系列產(chǎn)品。系統(tǒng)中不僅使用了大量的開關量，也使用了模擬量，其功能已經(jīng)遠遠超出邏輯控制、順序控制的應用范圍。故稱為可編程序控制器（Programmable Controller，簡稱PC）。但由于PC容易和個人計算機（Personal Computer）混淆，所以人們還沿用PLC作為可編程控制器的英文縮寫名字。西門子AB三菱LG日立松下GE歐姆龍在鉆井電控中最常見的就是西門的S7系類PLC以及部分AB和歐姆龍的PLC。 西門子PLC優(yōu)點： 西門子PLC功能大，系統(tǒng)穩(wěn)定，性能質量好

5、，市場占有率最高。西門子結構化的編程方式，開放性好，支持多種通信協(xié)議。另外西門子適用多種人機界面和監(jiān)控組態(tài)軟件利于多廠家設備的通訊與集成，西門子做了很多功能塊，減少了設計人員的負擔。03 一 電源故障二 通訊故障三 IO故障四 CPU故障自身指示燈判斷 其他設備現(xiàn)象判斷 故障判斷方式故障判斷方式BF Bus Fault 總線故障總線發(fā)生故障亮SF System Fault 系統(tǒng)故障模塊硬件故障或者軟件故障亮RUN 運行運行時亮FRCE 強制當強制變量時亮STOP 停止PLC處于停止狀態(tài)時亮5V綠色+ 5V電源指示S7300指示燈指示燈故障判斷方式故障判斷方式觸摸屏實現(xiàn)情況 變頻器通訊指示燈 變

6、頻器面板工控機顯示界面其他設備現(xiàn)象判斷其他設備現(xiàn)象判斷正常運行時轉盤潤滑油泵出現(xiàn)停止轉動現(xiàn)象，轉盤主電機依然正常運行，觸摸屏不報故障（DO模塊故障，原設計無接觸器反饋）。40LDB(ABB)所有變頻器均不能PLC控制啟動，PLC的SF以及BF燈亮,程序死循環(huán)，去別掉電保存數(shù)值，重啟解決問題。（程序設計缺陷）50DB(西門子)PLC狀態(tài)下能使能，增加手輪MP1不能啟動。（進入監(jiān)控狀態(tài)，測出輸入模塊故障）50DB鉆機在下鉆過程中系統(tǒng)中MP1不能準備，現(xiàn)場不報任何故障。(觸摸屏糾偏零位)50DB(S120)西門子西門子PLCPLC相關軟件的應用相關軟件的應用12304 變頻器概述01整流回饋單元 0

7、2制動單元 03逆變器 04u整流濾波電路u逆變電路u逆變器工作原理u均壓電阻的作用u限流電阻的作用u續(xù)流二極管的作用ABB與西門子變頻器 05變頻器系統(tǒng)外部連接變頻器系統(tǒng)外部連接23變頻器簡要工作原理變頻器簡要工作原理整流部分儲能環(huán)節(jié)逆變部分M交流交流低壓交直交通用變頻器系統(tǒng)框圖交流低壓交直交通用變頻器系統(tǒng)框圖直流直流交流控制系統(tǒng)更為直觀的交直交變頻原理框圖更為直觀的交直交變頻原理框圖M3單片機顯示設定接口PWM發(fā)生器驅動電路URUIR0R1R2RbVTbKR0R1RbR2Rb:制動電阻R0:預充電電阻R1R2:均壓電阻整流與濾波電路整流與濾波電路1 1u濾波電容要均壓濾波電容要均壓整流與濾

8、波電路整流與濾波電路2 2u充電過程要限流充電過程要限流 a）直接充電b）加入限流電阻思考思考:為什么限流電阻要并上為什么限流電阻要并上KM2, 它是什么它是什么, 起什么作用起什么作用? 三相逆變原理三相逆變原理逆變電路逆變電路 ）逆變電路 ）電壓波形 ）電流波形 逆變電路逆變電路 逆變電路逆變電路 u逆變電路的結構逆變電路的結構 動態(tài)能耗制動單元動態(tài)能耗制動單元u 動態(tài)制動單元主要由斬波制動器與制動電阻一起組成能耗制動裝置，用于消耗直流母線上的所有逆變裝置所產(chǎn)生的回饋能量，完成能耗制動，u 具體來說就是講鉆機下鉆、轉盤反轉制動等產(chǎn)生的大量回饋能量消耗掉，保證鉆機電控系統(tǒng)的正常運轉。ABBA

9、BB制動單元結構圖制動單元結構圖制動單元配件制動單元配件ABB-ACS800ABB-ACS800ABB-ACS800ABB-ACS80005觀現(xiàn)場觀現(xiàn)場即目視檢查,以發(fā)現(xiàn)形態(tài)上的異常,重點注意以下內(nèi)容: 變頻器前端整流元件有無爆裂？ 預充電電阻是否有燒毀（表面是否灰白色或掉渣）的跡象 預充電電阻的切除繼電器是否有拉弧、燒壞跡象 快熔是否熔斷 直流母線電容器是否有爆裂與飛弧的熏黑跡象 與功率元件相連的阻容吸收元件、壓敏器件有無爆裂？ 各線路板上是否有元器件爆裂、燒毀、開焊等現(xiàn)象？ 系統(tǒng)內(nèi)是否存在異物，小動物或昆蟲尸體，有無液體侵入，大量灰塵堆積等情況？（現(xiàn)場大部分炸機現(xiàn)象都是因為灰塵太多導致，鉆

10、機現(xiàn)場的惡劣環(huán)境程度決定了變頻器壽命，電氣工程師應注意平時的維護保養(yǎng)）聞氣味聞氣味系統(tǒng)中是否留有元件爆裂、飛弧、燒毀等焦糊味道問情況問情況仔細詢問對故障發(fā)生過程中經(jīng)歷的人員故障發(fā)生的現(xiàn)象和過程測元件測元件對前面問題了解清楚后再做后面的單項元件檢測。變頻器維修檢測的基本原則ABB變頻器維修拆裝ABB變頻器維修拆裝ABB變頻器維修拆裝西門子變頻器維修拆裝1、更換CUVC或者RDCU前首先備份。2、ABB、西門子自身的舒適性面板本身能備份大部分參數(shù)，但是一些電機優(yōu)化識別類的參數(shù)不能保存。3、ABB、西門子使用電腦端軟件備份CU內(nèi)程序是最安全可靠的也便于管理。4、DriveWindow 和Driver

11、Monitor分別是ABB、西門子的調試軟件。注意：數(shù)據(jù)備份問題不能小覷，重要設備調試好的數(shù)據(jù)丟失，屬重大責任事故。注意：數(shù)據(jù)備份問題不能小覷，重要設備調試好的數(shù)據(jù)丟失，屬重大責任事故。面板保存數(shù)據(jù)不很可靠，且易誤操作損壞或丟失數(shù)據(jù)，重要設備參數(shù)盡量做面板保存數(shù)據(jù)不很可靠，且易誤操作損壞或丟失數(shù)據(jù)，重要設備參數(shù)盡量做PC機備份，最好在另外可機備份，最好在另外可靠的移動存儲器做雙備份?？康囊苿哟鎯ζ髯鲭p備份。變頻器維修-更換CUVC或RDCU更換RDCU-02C模塊時應注意下載備份原傳動參數(shù)，更換完RDCU-02C模塊后要把備份的參數(shù)下載到新的模塊中。下面介紹一下備份和下載RDCU-02C傳動參

12、數(shù)。1) 計算機單獨連接到指定的RDCU-02C控制板。2) 備份傳動點參數(shù)和系統(tǒng)軟件和系統(tǒng)軟件和系統(tǒng)軟件：（下列介紹的方法是控綁式下列介紹的方法是控綁式打包打包打包備份備份備份）3) 啟動Drive windows2.2軟件，選擇“ABB .SMP“，點擊”O(jiān)K“按鈕。4) 創(chuàng)建備份包，名稱默認為“Untitled.BPG5) 備份所有傳動點，選擇Back up All，或者備份單個傳動點，選擇Back up。6) 選擇所要備份的傳動點名稱。等待備份完成。7) 保存?zhèn)浞莅蛘哌x擇所要存儲的位置，然后保存。退出備份包。8) 整個備份過程完成。下面介紹如何恢復傳動點參數(shù)和系統(tǒng)軟件：（下列介紹的

13、方法是系統(tǒng)軟件和參數(shù)同時被恢復）1) 啟動Drive windows2.2軟件。2) 選擇“ABB .SMP“，點擊”O(jiān)K“按鈕。3) 連接新的RDCU-02C板子后，更改99.02組參數(shù)DEVICE NAME為此傳動點在你 所要恢復的包里定義的那個傳動點的名稱。 4) 打開存在的備份包。選擇你想恢復的傳動點所在的備份包。選擇恢復，等待搜索。5) 選擇你所要恢復的傳動點，你確認要恢復該傳動點參數(shù)嗎，如果是就選擇“YES“6) 等待恢復完成。退出備份包，整個恢復過程完成。更換RDCU前Drive windows操作步驟1、在設備斷電和完全放電后進行。2、場地干凈，拆、裝工具與部件、結構件應有區(qū)域

14、存放。3、有正確、適用的拆裝工具。4、準備好清洗劑（無水酒精）、耗材，注意防火。5、拆卸過程中做好記錄，以備回裝時查用。6、操作時穿著防靜電工作服，佩帶防靜電完腕扣。注意經(jīng)常執(zhí)行靜電釋放動作。避免身體的靜電損壞線路板及半導體元、器件。 不要用手直接觸摸不要用手直接觸摸IGBT的觸發(fā)極，否則可能直接損壞的觸發(fā)極，否則可能直接損壞IGBT元件。元件。變頻器維修注意事項功率模塊更換的前提是必須查到損壞的根本原因，并首先消除再次損壞的可能，才能更換逆變模塊，否則換上去的新模塊會再損壞。1) IGBT 同絕緣柵場效應管一樣要避免靜電損壞。在裝配焊接中防止損壞的根本措施是，把要修理的機器、IGBT 模塊、

15、電烙鐵、人、操作工作臺墊板等全部用導線連接起來，使得在同一電場電位下進行操作，全部連接的公共點如能接地就更好。特別是電烙鐵頭上不能帶有市電高電位，示波器電源要用隔離良好的變壓器隔離。IGBT模塊在未使用前要保持控制極G 與發(fā)射極E 接通，不得隨意去掉該器件出廠前的防靜電保護G-E 連通措施。 2) 功率模塊與散熱器之間涂導熱硅脂，保證涂層厚度0.1-0.25 mm，接觸面80%以上，緊固力矩按緊固螺釘大小施加（M4 13 kgcm，M5 17 kgcm，M6 22 kgcm），以確保模塊散熱良好。 3) 機器拆開時，要對被拆件、線頭、零件做好筆記。再裝配時處理好原裝配上的各類技術措施，不得簡化

16、、省略。例如，輸入的雙絞線、各電極連接的電阻阻值、絕緣件、吸收板或吸收電容都要維持原樣；要對作了修焊的驅動印制板進行清潔和防止爬電的涂漆處理，以及保證絕緣可靠，更不要少裝和錯裝零部件。 變頻器維修-更換功率模塊 4) 、編號一致，在編號無法一致時，要確保被并聯(lián)的全部模塊性能相同。 5) 對因炸機造成銅件的缺損，要把毛刺修圓砂光，避免因過電壓發(fā)生尖端放電而再次損壞。(直流功率部分一樣需要磨平，嚴重的散熱部件需要銑床銑平) 6)、有些無禁固部件的放置形態(tài)（如D尺寸裝置中的電流互感器）需要注意安放方向標記。 7)、拆裝前必須完成裝置的數(shù)據(jù)備份，要將工藝板的參數(shù)備份或記錄完整。另一種方法是將原主板（C

17、UVC或者是RDCU）原封不動暫存，用另一塊CU板在維修期間暫用。 8)、緊固可控硅與IGBT等功率器件時，應按照指明的緊固力矩植，用力矩扳手操作。 9)、可控硅與IGBT模塊在與散熱器接觸的底面上涂有導熱硅脂，器件拆下后，器件安裝時要重新涂覆導熱硅脂。變頻器維修-更換功率模塊變頻器維修-更換斬波器以及注意事項06 故障案例故障案例泥漿泵故障案例現(xiàn)場電機是直流它勵電機，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)其中一臺電機的勵磁嚴重偏小，導致電樞調節(jié)也不能滿足正常的調節(jié)范圍內(nèi)MP1雙電機功率分配不均衡0101泥漿泵在手輪回零位后微微轉動SCR柜中的泥漿泵觸發(fā)板老化誤觸發(fā)。0202泥漿泵不能啟動系統(tǒng)不準備，無任何報警經(jīng)過檢查發(fā)

18、現(xiàn)由于手輪不能回零大約在0.2V輸出，零位連鎖功能導致系統(tǒng)不準備所以不能啟動，在觸摸平時調整零位偏差后正?？蓡?。0303絞車故障案例某隊更換完電機后未做動態(tài)辨識，絞車雙電機運行時對電機優(yōu)化要求較高更換電機后應做電機動態(tài)識別。AB絞車功率分配不均衡0101絞車編碼器松動。高速時絞車振動0202經(jīng)過示波器觀察B絞車反饋波形失真嚴重，測試編碼器線阻抗大，重新?lián)Q掉編碼器屏蔽線后正常。DWB變頻器報速度差異0303某隊在接絞車線是將A絞車相序接法。AB絞車同時使用時振動并報警0404故障案例故障案例其他故障案例通過觀察能耗制動系統(tǒng)在絞車下方過程中在工作，由于ABB制動斬波器在多機器并聯(lián)是才用的是主從關

19、系，通過光纖通訊串行連接，其中間一個光纖口損壞都會導致信號傳遞的中斷。直流母線電壓報過壓故障能，耗制動運行0101某直流調速系統(tǒng)中轉盤風機潤滑油泵能正常運行但是主電機不能運行，檢查發(fā)現(xiàn)PLC模擬量輸出模塊老化不能輸出穩(wěn)定正常的數(shù)值。RT不能使能轉動0202主電機突然停止時，對應設備的風機、潤滑油泵等正常運行，檢查系統(tǒng)反饋，最確定反饋系統(tǒng)中的24伏電原不穩(wěn)定。進度MP1 MP2 DW經(jīng)常出現(xiàn)突然停機，但無任何報警信息0303單機使用時2301D控制柴油機組正常運行，當并車后功率均衡模塊參與微調，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)功率均衡的PWM控制信號沒有進入2301，而是把其他端子接入的2301D，改線后正常。發(fā)電機單機正常并車后油門忽高忽低0404故障案例故障案例長期周期故障案例長期周期故障案例1IGBT經(jīng)常炸機26RA70可控硅經(jīng)常燒3從站DP頭過熱燒毀某井隊司鉆房內(nèi)的從站DP頭微熱隨著時間越久發(fā)熱越厲害，最后燒毀。電控房有漏電處，導致司鉆房與電控房地之間有電壓差，DP通訊線上產(chǎn)生電流導致DP發(fā)熱。某井隊連續(xù)跟換IGBT功率模塊炸機，隨著使用年限鄰近，電容器組老化嚴重雖然外觀看不出存在問題但經(jīng)過測量后發(fā)現(xiàn)容值和漏電指標嚴重不達標，更換電容器組后不再出現(xiàn)炸機情況。某井隊SCR柜