CN102983809A - 一种基于手轮和脚踏开关的交流变频电机控制系统及控制方法 - Google Patents

一种基于手轮和脚踏开关的交流变频电机控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于手轮和脚踏开关的交流变频电机控制系统及控制方法，电机控制系统包括手轮和脚踏开关、交流变频电机、电机房操作箱、PLC控制系统和司钻操作箱，交流变频电机的非传动端安装有编码器，手轮和脚踏开关与交流变频电机相连，编码器的输出与PLC控制系统连接，PLC控制系统分别与司钻操作箱和电机房操作箱相连，电机房操作箱和司钻操作箱分别与交流变频电机相连，通过与司钻操作箱上的手轮或脚踏开关给定电机的转速，并通过编码器采集转速，上传至PLC控制系统实现电机转速的调节。本发明手轮和脚踏开关可根据情况选择使用，安装编码器实现闭环控制，操作简单，可完全替代柴油机作为油田钻井的动力系统。

Description

一种基于手轮和脚踏开关的交流变频电机控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于手轮和脚踏开关的交流变频电机控制系统及控制方法。
背景技术
    钻井勘探作为油田开发的一个重要组成部分, 打造绿色钻井, 节能、清洁、高效生产成为钻井行业发展的新目标, 对钻机的节能和环保性能提出了更高要求。利用网电钻井是由高压电网替代传统的柴油发电机给钻井系统提供动力, 实现“油改电”的转换。
网电钻井是钻井勘探行业节能减排的一个重要举措,也是钻井行业节约成本增加效益的一个重要举措。目前, 作为井队供电的主要设备是主发电机和备用发电机,采用柴油机驱动, 柴油消耗量大,定期维护工作量较大。大批主力型钻机，由于设备老化，消耗柴油、机油逐年增加，钻井成本居高不下。
通过地方高压电网供电，经供电房将高压（10kV）变为690（600）V低压，向控制房提供电能，再经过控制房变频器驱动油改电专用变频电机，进而带动并车箱替代柴油机实现钻井动力的提供。 相同工况下，网电钻机的能耗成本至少可以节约50%以上，7000米电动钻机使用柴油发电机做动力每月消耗柴油200吨左右，改用网电后，电耗约为每月46.53万千瓦时，这样一来，每台网电钻机每月可节约费用90多万元。
钻井现场许多位于人口密集区域，柴油机组运转时产生巨大动力的同时，也产生了超过122dB的噪音和月排放10余吨的碳烟及氮氧化物，网电钻机利用工业电网替代柴油发电机作为钻井动力，环保效果显著：噪声有效降低，油烟实现零排放，经过改造后噪声降低20%（低于100dB），月碳烟排放和氮氧化物排放，分别由12吨和3吨直接变成零排放，加之未使用柴油机，杜绝了老化柴油机跑、冒、滴、漏现象，防止了对环境的污染。
发明内容
    本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用手轮和脚踏开关给定电机转速，实时检测电机转速，并由控制器调节电机转速的基于手轮和脚踏开关的交流变频电机控制系统及控制方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于手轮和脚踏开关的交流变频电机控制系统，包括手轮和脚踏开关、交流变频电机、电机房操作箱、PLC控制系统和司钻操作箱，手轮和脚踏开关安装在司钻操作箱上或与司钻操作箱相连，交流变频电机的非传动端安装有编码器，编码器上设有编码器护罩；手轮和脚踏开关与交流变频电机相连，编码器的输出与PLC控制系统连接，PLC控制系统通过Profibus-DP网络与司钻操作箱相连，PLC控制系统通过多芯控制电缆与电机房操作箱连接，电机房操作箱和司钻操作箱分别与交流变频电机相连； 
一种基于手轮和脚踏开关的交流变频电机控制方法，它包括以下步骤：
（1）电机启动：在司钻房控制箱上进行通道选择，在电机房控制箱复位，无故障显示后，按启动按钮， 电机运行后，运行状态显示在司钻房和电机房控制箱上；
（2）电机转速给定：利用手轮或脚踏开关给定速度，将交流变频电机调节到合适的转速，手轮和脚踏开关通过司钻房控制箱旋钮切换使用，手轮一般根据泥浆泵的泵冲要求调节，脚踏开关一般根据钩速的要求调节；选择手轮模式时，只有手轮给定起作用，选择脚踏模式时，依据速度设定高的输出电机转速，即在钻机模式切换到起下钻模式时，当脚踏开关的转速给定大于手轮转速给定时，依据脚踏的给定为准，反之，脚踏开关松开转速给定小于手轮转速给定时，按照手轮给定为准；
（3）电机转速采集：利用编码器采集电机实际转速后，将采集到的数据反馈到控制器，形成闭环的速度控制；
（4）电机转速的调节：控制器通过内部程序对电机的转速进行调节，并通过手轮或脚踏开关实现调节过程；
（4）电机的停止和急停：
a)电机的停止可以在司钻房控制箱和电机房控制箱操作，控制启停继电器实现正常停机； 
b)如果遇到紧急情况，可以在司钻房控制箱和电机房控制箱直接按下电机对应的急停开关，直接控制电机主控板的DI中，使变频器停止运行。
交流变频电机为增安型电机。
交流变频电机的机座内安装有防潮加热器。
交流变频电机配置有冷却通风机，冷却通风机进风口安装有砂尘过滤装置。
电机内部安装有防爆管，防潮加热器和冷却通风机的动力电缆均通过防爆管引至电机接线盒内的接线端子。
本发明的优点在于：
1．通过手轮和脚踏开关给定电机转速，手轮和脚踏开关可以根据具体情况进行选择使用，操作方便。
2.电机自带防潮加热器和冷却通风机，防止电机由于环境的温湿度和使用是发热引起的损坏。
3.电机配套风压检测开关和检修开关、测温传感器，可以实时检测电机的运行状态，方便出现问题时及时进行检修。
4.所有的外露螺栓、螺母均采用防松处理，防止在钻井过程中由于螺栓、螺丝松动发生事故。
5.通过安装编码器，实时采集电机转速，实现闭环控制。
6．按照柴油机额定转速设计电机额定转速，可完全替代柴油机作为油田钻井的动力系统。
附图说明
    图1为本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的技术方案，但本发明所保护的内容不局限于以下所述。
如图1所示，一种基于手轮和脚踏开关的交流变频电机控制系统，包括手轮和脚踏开关、交流变频电机、电机房操作箱、PLC控制系统和司钻操作箱，手轮和脚踏开关安装在司钻操作箱上或与司钻操作箱相连，交流变频电机的非传动端安装有编码器，编码器上设有编码器护罩；手轮和脚踏开关与交流变频电机相连，编码器的输出与PLC控制系统连接，PLC控制系统通过Profibus-DP网络与司钻操作箱相连，PLC控制系统通过多芯控制电缆与电机房操作箱连接，电机房操作箱和司钻操作箱分别与交流变频电机相连； 
一种基于手轮和脚踏开关的交流变频电机控制方法，它包括以下步骤：
（1）电机启动：在司钻房控制箱上进行通道选择，在电机房控制箱复位，无故障显示后，按启动按钮， 电机运行后，运行状态显示在司钻房和电机房控制箱上；
（2）电机转速给定：利用手轮或脚踏开关给定速度，将交流变频电机调节到合适的转速，手轮和脚踏开关通过司钻房控制箱旋钮切换使用，手轮主要是针对泥浆泵操作、需要并车和速度微调时使用，在需要两台电机一起使用时，通常将使用的电机速度调节到低速后，启动另一台电机，分别合上离合器，同时给定速度，手轮可以保持速度长时间恒定；脚踏开关主要是针对需要对绞车进行大范围速度的调节时使用； 
在正常模式下，选择手轮模式时，只有手轮给定起作用，选择脚踏模式时，依据速度设定高的输出电机转速，即在钻机模式切换到起下钻模式时，当脚踏开关的转速给定大于手轮转速给定时，依据脚踏的给定为准，反之，脚踏开关松开转速给定小于手轮转速给定时，按照手轮给定为准；在应急模式下，选择的模式对应相应的给定才能实现，即手轮模式时，只有手轮给定起作用，脚踏模式时，只有脚踏开关给定起作用；
（3）电机转速采集：利用编码器采集电机实际转速后，将采集到的数据反馈到控制器，形成闭环的速度控制；
（4）电机转速的调节：控制器通过内部程序对电机的转速进行调节，并通过手轮或脚踏开关实现调节过程；
（4）电机的停止和急停：
a)电机的停止可以在司钻房控制箱和电机房控制箱操作，控制启停继电器实现正常停机； 
b)如果遇到紧急情况，可以在司钻房控制箱和电机房控制箱直接按下电机对应的急停开关，直接控制电机主控板，使变频器停止运行。
交流变频电机为增安型电机，在交流变频电机的机座内安装有防潮加热器。
交流变频电机配置有冷却通风机，冷却通风机进风口安装有砂尘过滤装置。
电机内部安装有防爆管，防潮加热器和冷却通风机的动力电缆均通过防爆管引至电机接线盒内的接线端子。
司钻操作箱能实现手轮/脚踏，通过手轮或外接脚踏开关实现变频电机速度控制，具备紧急急停的功能，但只能对交流变频电机进行停止操作，而不能进行启动操作，能对变频器的运行、故障及电机检修指示，司钻操作箱上能进行交流变频电机电流及转速的模拟显示。 

Claims (5)

1.一种基于手轮和脚踏开关的交流变频电机控制系统，其特征在于：它包括手轮和脚踏开关、交流变频电机、电机房操作箱、PLC控制系统和司钻操作箱，手轮和脚踏开关安装在司钻操作箱上或与司钻操作箱相连，交流变频电机的非传动端安装有编码器，编码器上设有编码器护罩；手轮和脚踏开关与交流变频电机相连，编码器的输出与PLC控制系统连接，PLC控制系统通过Profibus-DP网络与司钻操作箱相连，PLC控制系统通过多芯控制电缆与电机房操作箱连接，电机房操作箱和司钻操作箱分别与交流变频电机相连； 
一种基于手轮和脚踏开关的交流变频电机控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：
（1）电机启动：在司钻房控制箱上进行通道选择，在电机房控制箱复位，无故障显示后，按启动按钮， 电机运行后，运行状态显示在司钻房和电机房控制箱上；
（2）电机转速给定：利用手轮或脚踏开关给定速度，将交流变频电机调节到合适的转速，手轮和脚踏开关通过司钻房控制箱旋钮切换使用，手轮一般根据泥浆泵的泵冲要求调节，脚踏开关一般根据钩速的要求调节；选择手轮模式时，只有手轮给定起作用，选择脚踏模式时，依据速度设定高的输出电机转速，即在钻机模式切换到起下钻模式时，当脚踏开关的转速给定大于手轮转速给定时，依据脚踏的给定为准，反之，脚踏开关松开转速给定小于手轮转速给定时，按照手轮给定为准；
（3）电机转速采集：利用编码器采集电机实际转速后，将采集到的数据反馈到控制器，形成闭环的速度控制；
（4）电机转速的调节：控制器通过内部程序对电机的转速进行调节，并通过手轮或脚踏开关实现调节过程；
（4）电机的停止和急停：
a)电机的停止可以在司钻房控制箱和电机房控制箱操作，控制启停继电器实现正常停机； 
b)如果遇到紧急情况，可以在司钻房控制箱和电机房控制箱直接按下电机对应的急停开关，直接控制电机主控板，使变频器停止运行。
2.根据权利要求1所述的一种基于手轮和脚踏开关的交流变频电机控制系统，其特征在于：所述的交流变频电机为增安型。
3.根据权利要求1所述的一种基于手轮和脚踏开关的交流变频电机控制系统，其特征在于：所述交流变频电机的机座内安装有防潮加热器。
4.根据权利要求1所述的一种基于手轮和脚踏开关的交流变频电机控制系统，其特征在于：交流变频电机配置有冷却通风机，冷却通风机进风口安装有砂尘过滤装置。
5.根据权利要求3、4所述的一种基于手轮和脚踏开关的交流变频电机控制系统，其特征在于：所述的电机内部安装有防爆管，防潮加热器和冷却通风机的动力电缆均通过防爆管引至电机接线盒内的接线端子。
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