智能馬達(dá)控制系統(tǒng)在自升式鉆井平臺(tái)上的應(yīng)用

劉寶民

摘要: 本文對(duì)CP300系列鉆井平臺(tái)智能馬達(dá)管理中心的工作原理、保護(hù)功能、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和總線通訊進(jìn)行了分析和介紹。

關(guān)鍵詞:電 動(dòng)機(jī)保護(hù)與控制；現(xiàn)場(chǎng)總線

1．引言

隨著海工行業(yè)不斷進(jìn)步及飛快發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制可靠性的大幅度提高，智能化控制在越來(lái)越多的海工項(xiàng)目上得到應(yīng)用，也促進(jìn)一批次鉆井平臺(tái)的革新?lián)Q代，CP300系列鉆井平臺(tái)設(shè)計(jì)之初采用了一整套專業(yè)化的集控制、保護(hù)與監(jiān)測(cè)于一體的馬達(dá)智能解決方案，采用了西門(mén)子智能化馬達(dá)保護(hù)單元及其相應(yīng)配套部件。為后續(xù)平臺(tái)設(shè)計(jì)提供了有效參考。

2．系統(tǒng)簡(jiǎn)介

CP300系列鉆井平臺(tái)采用5部分MCC配選組成部分分別為1#MCC、2#MCC、通風(fēng)MCC、鉆井1#MCC、鉆井2#MCC,其中1#、2#MCC分別為平臺(tái)設(shè)備及鉆井設(shè)備用，通風(fēng)設(shè)備單獨(dú)MCC控制。每套MCC中分別配備智能馬達(dá)保護(hù)元件3UF7， ET200M等，通過(guò)PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線與PMS及鉆井PLC通訊，實(shí)現(xiàn)MCC系統(tǒng)的配電回路控制及狀態(tài)采集。抽屜回路配置西門(mén)子的SIMOCODE智能馬達(dá)保護(hù)控制器，SIMOCODE 是一個(gè)靈活的模塊化電機(jī)管理系統(tǒng)，它組合了電機(jī)饋電回路所需要的所有功能。SIMOCODE 取代了大部分控制回路，還可以執(zhí)行必要的互鎖。它可提供大量操作、維護(hù)和診斷數(shù)據(jù)，使電機(jī)饋電回路的功能更加透明。它通過(guò) PROFIBUS DP，將電機(jī)饋電回路完全集成到一個(gè)主自動(dòng)化系統(tǒng)中。

3．馬達(dá)控制，保護(hù)及監(jiān)測(cè)

MCC要求對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)和停止做相應(yīng)的控制，配置SIEMENS SIMOCODE pro 3UF7電動(dòng)機(jī)保護(hù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)電流、電壓互感器對(duì)電機(jī)回路的電流和電壓進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)智能保護(hù)器作出判斷采取相應(yīng)操作（停止運(yùn)行），電機(jī)一旦出現(xiàn)相應(yīng)的故障如過(guò)載、缺相、接地故障、馬達(dá)超溫等馬達(dá)保護(hù)器會(huì)顯示報(bào)警并做保護(hù)分?jǐn)?。將所發(fā)生的電機(jī)故障上船給平臺(tái)PMS系統(tǒng)或鉆井PLC。

3.1馬達(dá)的控制

本平臺(tái)馬達(dá)的控制主要體現(xiàn)在MCC本地、遠(yuǎn)程及上位機(jī)通訊控制三個(gè)方面。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的控制可以通過(guò)本地進(jìn)行操作選擇，來(lái)決定控制權(quán)限的高低。3UF7支持平臺(tái)大功率設(shè)備直接啟動(dòng)，另有軟啟動(dòng)保護(hù)器供設(shè)計(jì)配備。抽屜回路的面板上安裝有SIMOCODE的操作面板，通過(guò)此安裝面板可以完成電機(jī)的啟動(dòng)、停止操作。有一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)用來(lái)選擇電機(jī)的啟動(dòng)方式是手動(dòng)還是自動(dòng)，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)撥到手動(dòng)位置，通過(guò)SIMOCODE的操作面板控制電機(jī)的啟動(dòng)、停止；轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)撥到自動(dòng)位置，通過(guò)PROFIBUS通訊控制電機(jī)的啟動(dòng)、停止。還安裝有一個(gè)旋鈕，此旋鈕用來(lái)對(duì)電機(jī)的加熱器的電源進(jìn)行控制。

軟起動(dòng)器柜配置西門(mén)子的3RW44軟起動(dòng)器。軟啟動(dòng)器 3RW44 在每個(gè)相中都具有兩個(gè)反并聯(lián)晶閘管。分別是一個(gè)晶閘管用于正的和一個(gè)晶閘管用于負(fù)的半波。軟起柜的柜門(mén)上安裝有運(yùn)行、停止和故障指示燈，控制電機(jī)啟動(dòng)、停止的按鈕，對(duì)軟起進(jìn)行復(fù)位的按鈕。顯示一路電流的電流表，電流表測(cè)量的是B相電流。如果柜內(nèi)溫度過(guò)高，安裝在柜門(mén)上的風(fēng)扇會(huì)進(jìn)行冷卻。

3.2馬達(dá)保護(hù)

馬達(dá)保護(hù)是對(duì)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中各種狀態(tài)進(jìn)行的詳細(xì)信息采集，通過(guò)對(duì)故障報(bào)警，保護(hù)動(dòng)作（保護(hù)脫扣），以及動(dòng)作延時(shí)時(shí)間的設(shè)定來(lái)實(shí)現(xiàn)及時(shí)準(zhǔn)確的保護(hù)，并將過(guò)載、缺相、接地故障、馬達(dá)超溫等信息上傳上位機(jī)。智能馬達(dá)保護(hù)器可以單臺(tái)電機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，軟件一對(duì)一可調(diào)并進(jìn)行單獨(dú)地址分配，將準(zhǔn)確信息上傳給PMS及鉆井PLC，面板具備本地報(bào)警復(fù)位按鍵，方便故障結(jié)束后準(zhǔn)確確認(rèn)故障復(fù)位再次運(yùn)行。

保護(hù)器的過(guò)載保護(hù)可以有效地保護(hù)馬達(dá)過(guò)熱狀態(tài)下重復(fù)起動(dòng)，再次起動(dòng)馬達(dá)時(shí)，保護(hù)器會(huì)自動(dòng)判斷馬達(dá)停止運(yùn)行后的溫度是否可以再次啟動(dòng)，是則允許重新起動(dòng)馬達(dá)，否則發(fā)出過(guò)載報(bào)警限定啟動(dòng)。通過(guò)線電流檢測(cè)判斷電機(jī)缺相情況及三項(xiàng)是否平衡，給予報(bào)警并限定啟動(dòng)。通過(guò)外接的互感器的測(cè)量來(lái)檢測(cè)電機(jī)運(yùn)行是否處于接地故障情況，以零序電流的大小來(lái)判斷是否起動(dòng)接地故障保護(hù)功能。

3.3馬達(dá)監(jiān)測(cè)

MCC數(shù)據(jù)通過(guò)電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的通訊接口連接到PMS，接收PMS的指令對(duì)電機(jī)實(shí)施起動(dòng)、停止操作，并且保證MCC內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)不受電氣設(shè)備的影響。操作面板集成了儀表、指示燈及按鈕的功能及故障監(jiān)測(cè)功能，通過(guò)通信線與SIMOCODE pro 3UF7連接。通過(guò)操作面板提供的調(diào)試接口，通過(guò)筆記本電腦就可以很方便地對(duì)SIMOCODE pro 3UF7進(jìn)行設(shè)置及參數(shù)修改。

4．系統(tǒng)通訊

本套MCC系統(tǒng)通過(guò) PROFIBUS DP 實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的、開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)通訊（或轉(zhuǎn)換成RS485 RTU）

智能馬達(dá)保護(hù)器通過(guò)裝置的通信接口與PMS及鉆井PLC系統(tǒng)進(jìn)行通信連接， 上傳馬達(dá)保護(hù)參數(shù)，接收指令進(jìn)行相應(yīng)控制。

5．結(jié)束語(yǔ)

CP300系列平臺(tái)使用的智能馬達(dá)控制中心得到現(xiàn)場(chǎng)有效實(shí)踐，證明了它的功能性，也為后續(xù)系列平臺(tái)智能馬達(dá)控制系統(tǒng)的使用積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，隨著海工平臺(tái)裝備的不斷推廣制造，智能馬達(dá)控制系統(tǒng)也將得到更多的應(yīng)用。