一種基於手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制系統及控制方法
2023-08-05 23:37:01
專利名稱：一種基於手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制系統及控制方法
技術領域：
本發明涉及一種基於手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制系統及控制方法。
背景技術：
鑽井勘探作為油田開發的一個重要組成部分，打造綠色鑽井，節能、清潔、高效生產成為鑽井行業發展的新目標，對鑽機的節能和環保性能提出了更高要求。利用網電鑽井是由高壓電網替代傳統的柴油發電機給鑽井系統提供動力，實現「油改電」的轉換。網電鑽井是鑽井勘探行業節能減排的一個重要舉措，也是鑽井行業節約成本增加效益的一個重要舉措。目前，作為井隊供電的主要設備是主發電機和備用發電機，採用柴油機驅動，柴油消耗量大，定期維護工作量較大。大批主力型鑽機，由於設備老化，消耗柴油、機油逐年增加，鑽井成本居高不下。通過地方高壓電網供電，經供電房將高壓(IOkV)變為690 (600)V低壓，向控制房提供電能，再經過控制房變頻器驅動油改電專用變頻電機，進而帶動並車箱替代柴油機實現鑽井動力的提供。相同工況下，網電鑽機的能耗成本至少可以節約50%以上，7000米電動鑽機使用柴油發電機做動力每月消耗柴油200噸左右，改用網電後，電耗約為每月46. 53萬千瓦時，這樣一來，每臺網電鑽機每月可節約費用90多萬元。鑽井現場許多位於人口密集區域，柴油機組運轉時產生巨大動力的同時，也產生了超過122dB的噪音和月排放10餘噸的碳煙及氮氧化物，網電鑽機利用工業電網替代柴油發電機作為鑽井動力，環保效果顯著噪聲有效降低，油煙實現零排放，經過改造後噪聲降低20% (低於IOOdB),月碳煙排放和氮氧化物排放，分別由12噸和3噸直接變成零排放，力口之未使用柴油機，杜絕了老化柴油機跑、冒、滴、漏現象，防止了對環境的汙染。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種採用手輪和腳踏開關給定電機轉速，實時檢測電機轉速，並由控制器調節電機轉速的基於手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制系統及控制方法。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的基於手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制系統，包括手輪和腳踏開關、交流變頻電機、電機房操作箱、PLC控制系統和司鑽操作箱，手輪和腳踏開關安裝在司鑽操作箱上或與司鑽操作箱相連，交流變頻電機的非傳動端安裝有編碼器，編碼器上設有編碼器護罩；手輪和腳踏開關與交流變頻電機相連，編碼器的輸出與PLC控制系統連接，PLC控制系統通過Profibus-DP網絡與司鑽操作箱相連，PLC控制系統通過多芯控制電纜與電機房操作箱連接，電機房操作箱和司鑽操作箱分別與交流變頻電機相連；
一種基於手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制方法，它包括以下步驟
(I)電機啟動在司鑽房控制箱上進行通道選擇，在電機房控制箱復位，無故障顯示後，按啟動按鈕，電機運行後，運行狀態顯示在司鑽房和電機房控制箱上；
(2)電機轉速給定利用手輪或腳踏開關給定速度，將交流變頻電機調節到合適的轉速，手輪和腳踏開關通過司鑽房控制箱旋鈕切換使用，手輪一般根據泥漿泵的泵衝要求調節，腳踏開關一般根據鉤速的要求調節；選擇手輪模式時，只有手輪給定起作用，選擇腳踏模式時，依據速度設定高的輸出電機轉速，即在鑽機模式切換到起下鑽模式時，當腳踏開關的轉速給定大於手輪轉速給定時，依據腳踏的給定為準，反之，腳踏開關鬆開轉速給定小於手輪轉速給定時，按照手輪給定為準；
(3)電機轉速採集利用編碼器採集電機實際轉速後，將採集到的數據反饋到控制器，形成閉環的速度控制；
(4)電機轉速的調節控制器通過內部程序對電機的轉速進行調節，並通過手輪或腳踏開關實現調節過程；
(4)電機的停止和急停
a)電機的停止可以在司鑽房控制箱和電機房控制箱操作，控制啟停繼電器實現正常停
機；
b)如果遇到緊急情況，可以在司鑽房控制箱和電機房控制箱直接按下電機對應的急停開關，直接控制電機主控板的DI中，使變頻器停止運行。交流變頻電機為增安型電機。交流變頻電機的機座內安裝有防潮加熱器。交流變頻電機配置有冷卻通風機，冷卻通風機進風口安裝有砂塵過濾裝置。電機內部安裝有防爆管，防潮加熱器和冷卻通風機的動力電纜均通過防爆管引至電機接線盒內的接線端子。本發明的優點在於
I.通過手輪和腳踏開關給定電機轉速，手輪和腳踏開關可以根據具體情況進行選擇使用，操作方便。2.電機自帶防潮加熱器和冷卻通風機，防止電機由於環境的溫溼度和使用是發熱引起的損壞。3.電機配套風壓檢測開關和檢修開關、測溫傳感器，可以實時檢測電機的運行狀態，方便出現問題時及時進行檢修。4.所有的外露螺栓、螺母均採用防松處理，防止在鑽井過程中由於螺栓、螺絲鬆動發生事故。5.通過安裝編碼器，實時採集電機轉速，實現閉環控制。6.按照柴油機額定轉速設計電機額定轉速，可完全替代柴油機作為油田鑽井的動力系統。
圖I為本發明的系統結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖進一步說明本發明的技術方案，但本發明所保護的內容不局限於以下所述。如圖I所示，一種基於手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制系統，包括手輪和腳踏開關、交流變頻電機、電機房操作箱、PLC控制系統和司鑽操作箱，手輪和腳踏開關安裝在司鑽操作箱上或與司鑽操作箱相連，交流變頻電機的非傳動端安裝有編碼器，編碼器上設有編碼器護罩；手輪和腳踏開關與交流變頻電機相連，編碼器的輸出與PLC控制系統連接，PLC控制系統通過Profibus-DP網絡與司鑽操作箱相連，PLC控制系統通過多芯控制電纜與電機房操作箱連接，電機房操作箱和司鑽操作箱分別與交流變頻電機相連；
一種基於手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制方法，它包括以下步驟
(1)電機啟動在司鑽房控制箱上進行通道選擇，在電機房控制箱復位，無故障顯示後，按啟動按鈕，電機運行後，運行狀態顯示在司鑽房和電機房控制箱上；
(2)電機轉速給定利用手輪或腳踏開關給定速度，將交流變頻電機調節到合適的轉速，手輪和腳踏開關通過司鑽房控制箱旋鈕切換使用，手輪主要是針對泥漿泵操作、需要並車和速度微調時使用，在需要兩臺電機一起使用時，通常將使用的電機速度調節到低速後，啟動另一臺電機，分別合上離合器，同時給定速度，手輪可以保持速度長時間恆定；腳踏開關主要是針對需要對絞車進行大範圍速度的調節時使用；
在正常模式下，選擇手輪模式時，只有手輪給定起作用，選擇腳踏模式時，依據速度設定高的輸出電機轉速，即在鑽機模式切換到起下鑽模式時，當腳踏開關的轉速給定大於手輪轉速給定時，依據腳踏的給定為準，反之，腳踏開關鬆開轉速給定小於手輪轉速給定時，按照手輪給定為準；在應急模式下，選擇的模式對應相應的給定才能實現，即手輪模式時，只有手輪給定起作用，腳踏模式時，只有腳踏開關給定起作用；
(3)電機轉速採集利用編碼器採集電機實際轉速後，將採集到的數據反饋到控制器，形成閉環的速度控制；
(4)電機轉速的調節控制器通過內部程序對電機的轉速進行調節，並通過手輪或腳踏開關實現調節過程；
(4)電機的停止和急停
a)電機的停止可以在司鑽房控制箱和電機房控制箱操作，控制啟停繼電器實現正常停
機；
b)如果遇到緊急情況，可以在司鑽房控制箱和電機房控制箱直接按下電機對應的急停開關，直接控制電機主控板，使變頻器停止運行。交流變頻電機為增安型電機，在交流變頻電機的機座內安裝有防潮加熱器。交流變頻電機配置有冷卻通風機，冷卻通風機進風口安裝有砂塵過濾裝置。電機內部安裝有防爆管，防潮加熱器和冷卻通風機的動力電纜均通過防爆管引至電機接線盒內的接線端子。司鑽操作箱能實現手輪/腳踏，通過手輪或外接腳踏開關實現變頻電機速度控制，具備緊急急停的功能，但只能對交流變頻電機進行停止操作，而不能進行啟動操作，能對變頻器的運行、故障及電機檢修指示，司鑽操作箱上能進行交流變頻電機電流及轉速的模擬顯示。
權利要求
1.一種基於手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制系統，其特徵在於它包括手輪和腳踏開關、交流變頻電機、電機房操作箱、PLC控制系統和司鑽操作箱，手輪和腳踏開關安裝在司鑽操作箱上或與司鑽操作箱相連，交流變頻電機的非傳動端安裝有編碼器，編碼器上設有編碼器護罩；手輪和腳踏開關與交流變頻電機相連，編碼器的輸出與PLC控制系統連接， PLC控制系統通過Profibus-DP網絡與司鑽操作箱相連，PLC控制系統通過多芯控制電纜與電機房操作箱連接，電機房操作箱和司鑽操作箱分別與交流變頻電機相連；一種基於手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制方法，其特徵在於它包括以下步驟(1)電機啟動在司鑽房控制箱上進行通道選擇，在電機房控制箱復位，無故障顯示後， 按啟動按鈕，電機運行後，運行狀態顯示在司鑽房和電機房控制箱上；(2)電機轉速給定利用手輪或腳踏開關給定速度，將交流變頻電機調節到合適的轉速，手輪和腳踏開關通過司鑽房控制箱旋鈕切換使用，手輪一般根據泥漿泵的泵衝要求調節，腳踏開關一般根據鉤速的要求調節；選擇手輪模式時，只有手輪給定起作用，選擇腳踏模式時，依據速度設定高的輸出電機轉速，即在鑽機模式切換到起下鑽模式時，當腳踏開關的轉速給定大於手輪轉速給定時，依據腳踏的給定為準，反之，腳踏開關鬆開轉速給定小於手輪轉速給定時，按照手輪給定為準；(3)電機轉速採集利用編碼器採集電機實際轉速後，將採集到的數據反饋到控制器， 形成閉環的速度控制；(4)電機轉速的調節控制器通過內部程序對電機的轉速進行調節，並通過手輪或腳踏開關實現調節過程；(4)電機的停止和急停a)電機的停止可以在司鑽房控制箱和電機房控制箱操作，控制啟停繼電器實現正常停機；b)如果遇到緊急情況，可以在司鑽房控制箱和電機房控制箱直接按下電機對應的急停開關，直接控制電機主控板，使變頻器停止運行。
2.根據權利要求I所述的一種基於手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制系統，其特徵在於所述的交流變頻電機為增安型。
3.根據權利要求I所述的一種基於手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制系統，其特徵在於所述交流變頻電機的機座內安裝有防潮加熱器。
4.根據權利要求I所述的一種基於手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制系統，其特徵在於交流變頻電機配置有冷卻通風機，冷卻通風機進風口安裝有砂塵過濾裝置。
5.根據權利要求3、4所述的一種基於手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制系統，其特徵在於所述的電機內部安裝有防爆管，防潮加熱器和冷卻通風機的動力電纜均通過防爆管引至電機接線盒內的接線端子。
全文摘要
本發明公開了一種基於手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制系統及控制方法，電機控制系統包括手輪和腳踏開關、交流變頻電機、電機房操作箱、PLC控制系統和司鑽操作箱，交流變頻電機的非傳動端安裝有編碼器，手輪和腳踏開關與交流變頻電機相連，編碼器的輸出與PLC控制系統連接，PLC控制系統分別與司鑽操作箱和電機房操作箱相連，電機房操作箱和司鑽操作箱分別與交流變頻電機相連，通過與司鑽操作箱上的手輪或腳踏開關給定電機的轉速，並通過編碼器採集轉速，上傳至PLC控制系統實現電機轉速的調節。本發明手輪和腳踏開關可根據情況選擇使用，安裝編碼器實現閉環控制，操作簡單，可完全替代柴油機作為油田鑽井的動力系統。
文檔編號H02K5/22GK102983809SQ20121045995
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月16日 優先權日2012年11月16日
發明者謝偉, 王亮, 王曉龍 申請人:成都宏天電傳工程有限公司