專利名稱：一種基于手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制系統(tǒng)及控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制系統(tǒng)及控制方法。
背景技術：
鉆井勘探作為油田開發(fā)的一個重要組成部分，打造綠色鉆井，節(jié)能、清潔、高效生產(chǎn)成為鉆井行業(yè)發(fā)展的新目標，對鉆機的節(jié)能和環(huán)保性能提出了更高要求。利用網(wǎng)電鉆井是由高壓電網(wǎng)替代傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機給鉆井系統(tǒng)提供動力，實現(xiàn)“油改電”的轉換。網(wǎng)電鉆井是鉆井勘探行業(yè)節(jié)能減排的一個重要舉措，也是鉆井行業(yè)節(jié)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(fā)電機和備用發(fā)電機，采用柴油機驅動，柴油消耗量大，定期維護工作量較大。大批主力型鉆機，由于設備老化，消耗柴油、機油逐年增加，鉆井成本居高不下。通過地方高壓電網(wǎng)供電，經(jīng)供電房將高壓(IOkV)變?yōu)?90 (600)V低壓，向控制房提供電能，再經(jīng)過控制房變頻器驅動油改電專用變頻電機，進而帶動并車箱替代柴油機實現(xiàn)鉆井動力的提供。相同工況下，網(wǎng)電鉆機的能耗成本至少可以節(jié)約50%以上，7000米電動鉆機使用柴油發(fā)電機做動力每月消耗柴油200噸左右，改用網(wǎng)電后，電耗約為每月46. 53萬千瓦時，這樣一來，每臺網(wǎng)電鉆機每月可節(jié)約費用90多萬元。鉆井現(xiàn)場許多位于人口密集區(qū)域，柴油機組運轉時產(chǎn)生巨大動力的同時，也產(chǎn)生了超過122dB的噪音和月排放10余噸的碳煙及氮氧化物，網(wǎng)電鉆機利用工業(yè)電網(wǎng)替代柴油發(fā)電機作為鉆井動力，環(huán)保效果顯著噪聲有效降低，油煙實現(xiàn)零排放，經(jīng)過改造后噪聲降低20% (低于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(xiàn)象，防止了對環(huán)境的污染。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種采用手輪和腳踏開關給定電機轉速，實時檢測電機轉速，并由控制器調(diào)節(jié)電機轉速的基于手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制系統(tǒng)及控制方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的基于手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制系統(tǒng)，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(tǒng)和司鉆操作箱，手輪和腳踏開關安裝在司鉆操作箱上或與司鉆操作箱相連，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(tǒng)連接，PLC控制系統(tǒng)通過Profibus-DP網(wǎng)絡與司鉆操作箱相連，PLC控制系統(tǒng)通過多芯控制電纜與電機房操作箱連接，電機房操作箱和司鉆操作箱分別與交流變頻電機相連；
一種基于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)電機啟動在司鉆房控制箱上進行通道選擇，在電機房控制箱復位，無故障顯示后，按啟動按鈕，電機運行后，運行狀態(tài)顯示在司鉆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(diào)節(jié)到合適的轉速，手輪和腳踏開關通過司鉆房控制箱旋鈕切換使用，手輪一般根據(jù)泥漿泵的泵沖要求調(diào)節(jié)，腳踏開關一般根據(jù)鉤速的要求調(diào)節(jié)；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(jù)速度設定高的輸出電機轉速，即在鉆機模式切換到起下鉆模式時，當腳踏開關的轉速給定大于手輪轉速給定時，依據(jù)腳踏的給定為準，反之，腳踏開關松開轉速給定小于手輪轉速給定時，按照手輪給定為準；
(3)電機轉速采集利用編碼器采集電機實際轉速后，將采集到的數(shù)據(jù)反饋到控制器，形成閉環(huán)的速度控制；
(4)電機轉速的調(diào)節(jié)控制器通過內(nèi)部程序對電機的轉速進行調(diào)節(jié)，并通過手輪或腳踏開關實現(xiàn)調(diào)節(jié)過程；
(4)電機的停止和急停
a)電機的停止可以在司鉆房控制箱和電機房控制箱操作，控制啟停繼電器實現(xiàn)正常停
機；
b)如果遇到緊急情況，可以在司鉆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(nèi)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(nèi)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(nèi)的接線端子。本發(fā)明的優(yōu)點在于
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(jù)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，防止電機由于環(huán)境的溫濕度和使用是發(fā)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(tài)，方便出現(xiàn)問題時及時進行檢修。4.所有的外露螺栓、螺母均采用防松處理，防止在鉆井過程中由于螺栓、螺絲松動發(fā)生事故。5.通過安裝編碼器，實時采集電機轉速，實現(xiàn)閉環(huán)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鉆井的動力系統(tǒng)。
圖I為本發(fā)明的系統(tǒng)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(fā)明的技術方案，但本發(fā)明所保護的內(nèi)容不局限于以下所述。如圖I所示，一種基于手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制系統(tǒng)，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(tǒng)和司鉆操作箱，手輪和腳踏開關安裝在司鉆操作箱上或與司鉆操作箱相連，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(tǒng)連接，PLC控制系統(tǒng)通過Profibus-DP網(wǎng)絡與司鉆操作箱相連，PLC控制系統(tǒng)通過多芯控制電纜與電機房操作箱連接，電機房操作箱和司鉆操作箱分別與交流變頻電機相連；
一種基于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)電機啟動在司鉆房控制箱上進行通道選擇，在電機房控制箱復位，無故障顯示后，按啟動按鈕，電機運行后，運行狀態(tài)顯示在司鉆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(diào)節(jié)到合適的轉速，手輪和腳踏開關通過司鉆房控制箱旋鈕切換使用，手輪主要是針對泥漿泵操作、需要并車和速度微調(diào)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(diào)節(jié)到低速后，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恒定；腳踏開關主要是針對需要對絞車進行大范圍速度的調(diào)節(jié)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(jù)速度設定高的輸出電機轉速，即在鉆機模式切換到起下鉆模式時，當腳踏開關的轉速給定大于手輪轉速給定時，依據(jù)腳踏的給定為準，反之，腳踏開關松開轉速給定小于手輪轉速給定時，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(xiàn)，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)電機轉速采集利用編碼器采集電機實際轉速后，將采集到的數(shù)據(jù)反饋到控制器，形成閉環(huán)的速度控制；
(4)電機轉速的調(diào)節(jié)控制器通過內(nèi)部程序對電機的轉速進行調(diào)節(jié)，并通過手輪或腳踏開關實現(xiàn)調(diào)節(jié)過程；
(4)電機的停止和急停
a)電機的停止可以在司鉆房控制箱和電機房控制箱操作，控制啟停繼電器實現(xiàn)正常停
機；
b)如果遇到緊急情況，可以在司鉆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(nèi)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(nèi)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(nèi)的接線端子。司鉆操作箱能實現(xiàn)手輪/腳踏，通過手輪或外接腳踏開關實現(xiàn)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，司鉆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
1.一種基于手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制系統(tǒng)，其特征在于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(tǒng)和司鉆操作箱，手輪和腳踏開關安裝在司鉆操作箱上或與司鉆操作箱相連，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(tǒng)連接， PLC控制系統(tǒng)通過Profibus-DP網(wǎng)絡與司鉆操作箱相連，PLC控制系統(tǒng)通過多芯控制電纜與電機房操作箱連接，電機房操作箱和司鉆操作箱分別與交流變頻電機相連；一種基于手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制方法，其特征在于它包括以下步驟(1)電機啟動在司鉆房控制箱上進行通道選擇，在電機房控制箱復位，無故障顯示后， 按啟動按鈕，電機運行后，運行狀態(tài)顯示在司鉆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(diào)節(jié)到合適的轉速，手輪和腳踏開關通過司鉆房控制箱旋鈕切換使用，手輪一般根據(jù)泥漿泵的泵沖要求調(diào)節(jié)，腳踏開關一般根據(jù)鉤速的要求調(diào)節(jié)；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(jù)速度設定高的輸出電機轉速，即在鉆機模式切換到起下鉆模式時，當腳踏開關的轉速給定大于手輪轉速給定時，依據(jù)腳踏的給定為準，反之，腳踏開關松開轉速給定小于手輪轉速給定時，按照手輪給定為準；(3)電機轉速采集利用編碼器采集電機實際轉速后，將采集到的數(shù)據(jù)反饋到控制器， 形成閉環(huán)的速度控制；(4)電機轉速的調(diào)節(jié)控制器通過內(nèi)部程序對電機的轉速進行調(diào)節(jié)，并通過手輪或腳踏開關實現(xiàn)調(diào)節(jié)過程；(4)電機的停止和急停a)電機的停止可以在司鉆房控制箱和電機房控制箱操作，控制啟停繼電器實現(xiàn)正常停機；b)如果遇到緊急情況，可以在司鉆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(jù)權利要求I所述的一種基于手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制系統(tǒng)，其特征在于所述的交流變頻電機為增安型。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種基于手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制系統(tǒng)，其特征在于所述交流變頻電機的機座內(nèi)安裝有防潮加熱器。
4.根據(jù)權利要求I所述的一種基于手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制系統(tǒng)，其特征在于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(jù)權利要求3、4所述的一種基于手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制系統(tǒng)，其特征在于所述的電機內(nèi)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(nèi)的接線端子。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于手輪和腳踏開關的交流變頻電機控制系統(tǒng)及控制方法，電機控制系統(tǒng)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(tǒng)和司鉆操作箱，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(tǒng)連接，PLC控制系統(tǒng)分別與司鉆操作箱和電機房操作箱相連，電機房操作箱和司鉆操作箱分別與交流變頻電機相連，通過與司鉆操作箱上的手輪或腳踏開關給定電機的轉速，并通過編碼器采集轉速，上傳至PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)電機轉速的調(diào)節(jié)。本發(fā)明手輪和腳踏開關可根據(jù)情況選擇使用，安裝編碼器實現(xiàn)閉環(huán)控制，操作簡單，可完全替代柴油機作為油田鉆井的動力系統(tǒng)。
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(yōu)先權日2012年11月16日
發(fā)明者謝偉, 王亮, 王曉龍 申請人:成都宏天電傳工程有限公司