独立转盘变频改造

石油钻机独立转盘变频改造丁宝东（胜利油田高原石油装备有限公司，山东 东营 257013）摘要： 本文以胜利油田黄河钻井五公司40666井队转盘变频改造为例，论述了变频器在石油钻机电传动系统中的应用，并对系统总体方案进行了介绍。关键词：石油钻机；转盘；变频改造；PLCFrequency Conversion Transforming on Independent Rotary Table of Drilling RigDing Bao-dong(Shengli Oil Field Highland Petroleum Equipment Co., Ltd., Shandong Dongying 257013 )Abstract：The paper takes frequency conversion transforming on independent rotary table of Crew 40666 in Huanghe Drilling Co. of Shengli Oil Field for an example. Application of frequency converter in electric driving system of drilling rig is introduced. In addition, total system scheme is expounded.Key words: Drilling rig; Rotary table; Frequency conversion transforming; PLC中图分类号: TP273 文献标示码: A1 引言随着石油钻机的发展，无论是交流、直流电驱动石油钻机，还是机电复合驱动（半电动）石油钻机，对于转盘的独立电驱动方式得到越来越广泛的应用。目前来说，国内更趋向于对于转盘采取变频的方式进行控制。2009年2月，应胜利油田黄河钻井五公司机动科的需求，对其下属40666井队一套ZJ40DB钻机进行转盘变频改造。与转盘的机械驱动方式相比，变频驱动转盘具有调速方便、响应快速、节能等重要优点，同时，可以大幅度降低司钻工的劳动强度。原钻机转盘部分为机械驱动方式，而原有ZJ40DB钻机电控系统采用应急操作模式控制，没有采用目前在电控系统中广泛使用的总线技术，无法在原有电控系统上进行扩展。因此，我们设计独立转盘电控房和独立司钻台，以总线模式和应急模式两种方式完成对于转盘的变频改造。2 总体方案新配转盘电机为永济电机厂产品，主要电气参数如表1所示。我们选择SIEMENS变频器规格为600VAC，630KW，型号为6SE7136-5HG62-3BA0，完全满足电机应用要求。推荐精选表1 转盘电机参数型 号YJ23B额定功率(kW)600额定电压(V)600额定输入电流(A)714额定转速(r/min)660恒功最高转速(r/min)1060额定频率(Hz)335额定转矩(N.m)8684极 数6冷却风机参数11KW 380V 50Hz综合考虑钻井五公司机动科对此项变频改造的具体要求，我们设计系统方案图如图1所示。系统动力电源从原VFD房预留的顶驱电源接口取得，经转盘电控房的对外接线板接入房内主开关Q1，另外有断路器Q2向房内变压器供电，产生400/230VAC电源，供控制电源、风机、油泵、房内照明、插座等使用。推荐精选图1 转盘变频改造方案将本系统具体为以下三个部分：1) 转盘电控房房体由两部分组成，左侧为转盘电控房主体，右侧为电缆储藏室。房内由三台柜体组成，分别是综合控制柜，开关柜，转盘变频柜。综合控制柜柜内设有PLC总线系统，完成转盘控制工艺的逻辑功能、保护功能、监控功能及其他辅助功能。柜内还装有继电器应急控制系统（又称旁路系统），当PLC或总线故障时，应急控制系统可以完成基本的转盘操作功能。另外配备600/400变压器一台，海尔空调两台，170KW制动电阻一台等。转盘电控房布局图如图2所示。图2 转盘电控房布局图2) 转盘司钻台司钻通过操作转盘司钻台上的转换开关、给定手轮和按钮等可以控制转盘的各种工况以及紧急停机。司钻台面板上安装的主要器件是可供司钻工操作的操作元件与显示仪表板。操作元件包括按钮、功能选择开关、给定手轮、转盘力矩限制旋钮等。显示仪表板上主要有仪表和指示灯。3) 转盘电机 电机是整个变频改造的控制目标和中心。通过SIEMENS 6SE71变频柜对转盘电机的控制，可以可靠地实现电机的正、反转控制、调速及扭矩限制功能。3 系统软件进入20世纪90年代，石油钻机的控制系统已由模拟式控制技术逐步转化为数字式控制技术推荐精选，由继电器控制模式逐步转化为总线智能控制模式，并继续朝着智能化控制方向发展和改进。由于PROFIBUS-DP现场总线技术比较成熟，可靠性高，模块化功能强大，组态灵活方便，故障率低，现场维护方便，现已广泛应用于电驱动钻机系统中。40666井队独立转盘变频改造设立两种控制方式，PROFIBUS-DP总线控制方式和继电器应急控制方式。其中，总线控制方式是正常状态时使用的，继电器应急控制系统在系统故障时应急使用。本节以总线控制方式为主进行介绍。独立转盘电传动系统主要由以下部分组成：1) 1个SIEMENS S7-300 PLC，型号为：6ES7 315-2AG10-0AB0；2) 1个SIEMENS 6SE71变频柜，型号为：6SE7 136-5HG62-3BA0；3) 1个SIEMENS ET200远程模块，型号为：6ES7 153-1AA03-0XB0；4) SIEMENS DI模块，DO模块，AI模块。电传动系统中的变频柜、PLC以及远程模块，采用最少的硬件连接，依靠PROFIBUS-DP协议进行通信。硬件组态和软件编程工作均在STEP7/5.4 SP4软件中实现。系统硬件组态如图3所示。图3硬件组态图首先在STEP 7中组态一个S7-300站，其中集成DP口选择为主站模式。然后，在PROFIBUS-DP的硬件列表中，按照实际器件型号，选择对应的硬件从站型号，拖拽到DP主站总线上，每一台硬件从站设备都需要设定好单独的PROFIBUS-DP地址。这样，电传动系统的硬件组态过程就完成了。接下来进行软件程序部分的设计工作。程序部分界面如图4所示。推荐精选图4 软件程序块首先，在S7块中插入OB1,OB82,OB86,OB87,OB100,OB122，完成系统诊断检测、IO检测、导轨检测、暖启动检测、通信检测等功能。OB1作为软件的主处理程序，主要完成对于各功能的顺序调用，实现对于转盘和自动送钻等控制对象的实时控制和数据采集。在OB1中，首先对系统设置故障进行校验，对外部控制进行必需判断后，当设置为总线模式时，顺序调用执行软件中的各功能，并对通讯数据块DB100中的数据进行更新；当设置为应急模式时，OB1中程序直接跳出，执行NOP循环。4 变频器参数设置西门子变频器在使用的时候，必须要进行以下两步操作：系统优化设置，用户参数设置。依据6SE70变频器矢量大全专家设置说明，进行变频器的静态、动态优化，优化中的主要参数有：p100=3； 无测速机的速度控制p101=600； 电机额定电压p102=600； 电机额定电流p104=0.83； 电机额定功率因数p107=33.5； 电机额定频率p108=660； 电机额定转速p113=8684； 电机额定转矩p130=10； 无电机编码器p339=3； 无边缘调制系统。优化完成后，进行用户需要的参数连接，用户参数主要包括BICO控制，地址控制，使能控制，给定控制，转矩控制，方向控制，数据控制等类型。BICO控制： P590=16地址控制： P918=3推荐精选使能控制： P554.1=3100 .2=22给定控制： P443.1=3002 .2=11转矩控制： P493.1=3004 .2=13P499.1=458 .2=459U98=3004U99=13方向控制： P571.1=3111 .2=12P572.1=1 .2=1数据控制： P734.1=32 .2=148 .3=33 .4=24最后对控制字进行逐位校验，便完成了对于变频器的参数设置工作。5 现场应用 2009年在4月，本套转盘变频改造系统在40666钻井队投入使用，运行效果良好，现场司钻工可以非常容易地进行转盘的变频操作。目前该系统在井队运行正常，得到了40666井队和黄河钻井五公司机动科领导的好评和欢迎。 参考文献1 廖常初. S7-300/400 PLC应用技术. 北京：机械工业出版社，20062 西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团. 深入浅出西门子S7-300 PLC. 北京：北京航空航天大学出版社，20043 西门子. SIMOVERT MASTERDRIVES使用大全. 西门子电气传动有限公司（SEDL），2003推荐精选作者简介姓名： 丁宝东出生年份： 1982年性别： 男民族： 汉族籍贯： 山东省新泰市职称： 无学位： 硕士研究方向： 石油钻机电控系统所属单位： 胜利油田高原石油装备有限公司邮政编码： 257013通讯地址： 山东省东营市德州路55号东营高原电气有限公司联系电话： 13589439624传真电话： 0546-8729290E-mail： fuller82 （注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!） 推荐精选