CN109057772A - 石油钻机交流变频直驱电机专用控制*** - Google Patents

石油钻机交流变频直驱电机专用控制*** Download PDF

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郑明建
冯旭骅
张洪
李崇博
郭阳
冉建
孙敏
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Abstract

本发明公开了一种石油钻机交流变频直驱电机专用控制***，包括控制***和变流***；控制***包含控制器、控制台和采集模块，控制平台与控制器的命令输入端连接，采集模块的信号输出端与控制器的信号输入端连接，采集模块的信号输入端连接有传感器，传感器设置在交流变频直驱电机上；变流***包含通过铜排相互电连接的整流单元、逆变单元和能耗制动单元，能耗制动单元外接有变阻箱，控制器与整流单元连接，逆变单元的信号输出端与交流变频直驱电机的信号输入端连接，交流变频直驱电机的转轴与逆变单元的信号输入端之间串接有编码器。该***可实现钻机直驱电机低频满载输出和速度精准控制，钻车直驱电机具备高精度自动送钻功能。

Description

石油钻机交流变频直驱电机专用控制***
技术领域
本发明属于石油钻机设备技术领域，特别是涉及一种石油钻机交流变频直驱电机专用控制***。
背景技术
目前石油电动钻机中的绞车﹑转盘和泥浆泵均采用高速电机加减速箱的驱动方式工作，这种驱动方式结构复杂，传动效率低。为实现自动送钻功能，还需额外增加一台送钻电机及减速箱，这无疑增加了购置的成本，且自动送钻的调速范围窄，送钻精度低。
近年来，交流变频直驱技术应用于石油电动钻机，其具有传动链构成简单、传动效率高、尺寸小、重量轻等优点。因此，交流变频直驱技术将成为石油电动钻机的发展趋势，但是目前传统的控制***还无法满***流变频直驱低速大扭矩电机的控制性能及控制精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种石油钻机交流变频直驱电机专用控制***，解决传统钻机结构复杂，调速范围窄，控制性能差和精度低的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种石油钻机交流变频直驱电机专用控制***，包括：
控制***，所述控制***包含控制器、控制台和采集模块，所述控制平台与所述控制器的命令输入端连接，所述采集模块的信号输出端与控制器的信号输入端连接，采集模块的信号输入端连接有传感器，所述传感器设置在交流变频直驱电机上；
变流***，所述变流***包含通过由铜排相互电连接的整流单元、逆变单元和能耗制动单元，所述能耗制动单元外接有变阻箱，所述控制器的命令输出端与所述整流单元的信号输入端连接，所述逆变单元的信号输出端与交流变频直驱电机的电源端连接，交流变频直驱电机的转轴与逆变单元的信号输入端之间串接有编码器。
本发明的技术方案，还具有以下特点：
所述控制台为HIM人机控制屏，所述HIM人机控制屏的命令输出端与所述控制器的命令输入端连接。
所述控制台为司机手动操作台，所述司机手动操作台的命令输出端与所述控制器的命令输入端连接。
所述控制台包含HIM人机控制屏和司机手动操作台，所述HIM人机控制屏和司机手动操作台的命令输出端与所述控制器的命令输入端连接。
所述交流变频直驱电机的转轴与所述编码器通过联轴器连接。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的石油钻机交流变频直驱电机专用控制***，具有效率高、带载能力强以及调速范围广等优点，该控制***的核心是通过直接转矩(DTC)加闭环控制技术，可以满足钻机直驱电机的低频满载输出以及速度的精准控制要求，促使钻车直驱电机具备高精度自动送钻功能。
(2)本发明的石油钻机交流变频直驱电机专用控制***的负载动态变化，采用精确速度控制算法，根据负载动态变化调整交流变频直驱电机的加减速时间，实现钻机直驱电机性能的动态优化控制，从整体上提升钻机的作业时效。
(3)本发明的石油钻机交流变频直驱电机专用控制***，通过控制器控制HMI人机控制屏显示各个电机的运行状态，司钻操作可选择HMI人机控制屏和司机手动操作台控制两种方式进行控制，该***具备安全互锁、故障诊断、实时监控、报警、自保护等功能。
附图说明
图1是本发明的一种石油钻机交流变频直驱电机专用控制***的工作原理图；
图2是本发明的一种石油钻机交流变频直驱电机专用控制***的电路原理图。
图中，1.控制***，2.司机手动操作台，3.HIM人机控制屏，4.控制器，5.采集模块，6.变流***，7.电阻箱，8.整流单元，9.逆变单元，10.能耗制动单元，11.编码器，12.交流变频直驱电机。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施例对本发明的技术方案作进一步地详细说明。
如图1所示，一种石油钻机交流变频直驱电机专用控制***，主要由控制***1和变流***6组成。
控制***1主要由控制器4、控制台和采集模块5组成。其中：控制台的命令输出端与控制器4的命令输入端连接，工人可通过操作控制台来实现对控制器4的控制，间接实现对变流***6的控制，无需直接操作控制器4；采集模块5的信号输出端则与控制器4的信号输入端连接，采集模块5主要用于实时监测交流变频直驱电机12运行时的温度信息，具体来说采集模块5的信号输入端连接一个传感器，该传感器为温度传感器，传感器设置在交流变频直驱电机12上，用于将采集到的交流变频直驱电机12的温度信息以电信号的形式发出，采集模块5主要用于接收并转化这些电信号。
结合图2，变流***6，变流***6包含通过由铜排相互电连接的整流单元8、逆变单元9和能耗制动单元10。
其中：能耗制动单元10外接有电阻箱7，能耗制动单元10可将交流变频直驱电机12因快速制动而产生的再生电能传输至与其匹配的电阻箱7，进而实现快速制动，并保护逆变单元9免受该再生电能的迫害；控制器4的命令输出端与整流单元8的信号输入端连接，逆变单元9的信号输出端与交流变频直驱电机12的信号输入端连接；交流变频直驱电机12的转轴与逆变单元9的信号输入端之间串接有编码器11，具体来说，编码器11的信号接收端通过联轴器与交流变频直驱电机12的转轴连接，编码器11的信号发射端与逆变单元9的信号输入端连接。
作为本发明的石油钻机交流变频直驱电机专用控制***中控制台的一种优选的自动控制方式，控制台优选为HIM人机控制屏3，HIM人机控制屏3的命令输出端与控制器4的命令输入端连接，HIM人机控制屏3为基于HIM人机界面的显示屏。
作为本发明的石油钻机交流变频直驱电机专用控制***中控制台的一种优选的手动控制方式，控制台为司机手动操作台2，司机手动操作台2的命令输出端与控制器4的命令输入端连接，司机手动操作台2为传统的手动操作式平台，其台面设置有多个控制按钮。
作为本发明的石油钻机交流变频直驱电机专用控制***中控制台的一种优选的手动+自动的混合控制方式，控制台由HIM人机控制屏3和司机手动操作台2构成，HIM人机控制屏3的命令输出端和司机手动操作台2的命令输出端分别与控制器4的命令输入端连接。
交流变频直驱电机12专用的控制***包括控制***1、变流***2、交流变频直驱电机7，该控制***1中的控制器4分别与变流***2、司钻操作台3、HMI人机界面4和采集模块通过工业控制总线相连。
如图2所示，变流***6中的逆变单元9通过动力电缆与交流变频直驱电机12连接，通过铜排与能耗制动单元10相连，电阻箱7与能耗制动单元10通过动力电缆相连。工作时，控制器4一方面通过整流单元8实时监测变流***6的状态信号，另一方面通过采集模块5监测交流变频直驱电机12的运转状态，进而可根据监测到的信息给整流单元8发送控制命令，此时逆变单元9输出动力到交流变频直驱电机12，控制其进行运转，此后编码器11将交流变频直驱电机12输出的转速信号到逆变单元9，之后能耗制动单元10则根据具体情况输出能耗制动动力到电阻箱7，最终实现交流变频直驱电机12的闭环控制。
因此，本发明的石油钻机交流变频直驱电机专用控制***，具有效率高、带载能力强以及调速范围广等优点，该控制***的核心是通过直接转矩(DTC)加闭环控制技术，可以满足钻机直驱电机的低频满载输出以及速度的精准控制要求，促使钻车直驱电机具备高精度自动送钻功能；采用精确速度控制算法，根据负载动态变化调整交流变频直驱电机的加减速时间，实现钻机直驱电机性能的动态优化控制，从整体上提升钻机的作业时效；通过控制器控制HMI人机控制屏显示各个电机的运行状态，司钻操作可选择HMI人机控制屏和司机手动操作台控制两种方式进行控制，该***具备安全互锁、故障诊断、实时监控、报警、自保护等功能。

Claims (5)

1.一种石油钻机交流变频直驱电机专用控制***，其特征在于，包括
控制***(1)，所述控制***(1)包含控制器(4)、控制台和采集模块(5)，所述控制台与所述控制器(4)的命令输入端连接，所述采集模块(5)的信号输出端与控制器(4)的信号输入端连接，采集模块(5)的信号输入端连接有传感器，所述传感器设置在交流变频直驱电机(12)上；
变流***(6)，所述变流***(6)包含通过铜排相互电连接的整流单元(8)、逆变单元(9)和能耗制动单元(10)，所述能耗制动单元(10)外接有电阻箱(7)，所述控制器(4)的命令输出端与所述整流单元(8)的信号输入端连接，所述逆变单元(9)的信号输出端与交流变频直驱电机(12)的电源端连接，交流变频直驱电机(12)的转轴与逆变单元(9)的信号输入端之间串接有编码器(11)。
2.根据权利要求1所述的石油钻机交流变频直驱电机专用控制***，其特征在于，所述控制台为HIM人机控制屏(3)，所述HIM人机控制屏(3)的命令输出端与所述控制器(4)的命令输入端连接。
3.根据权利要求1所述的石油钻机交流变频直驱电机专用控制***，其特征在于，所述控制台为司机手动操作台(2)，所述司机手动操作台(2)的命令输出端与所述控制器(4)的命令输入端连接。
4.根据权利要求1所述的石油钻机交流变频直驱电机专用控制***，其特征在于，所述控制台包含HIM人机控制屏(3)和司机手动操作台(2)，所述HIM人机控制屏(3)和司机手动操作台(2)的命令输出端与所述控制器(4)的命令输入端连接。
5.根据权利要求1所述的石油钻机交流变频直驱电机专用控制***，其特征在于，所述交流变频直驱电机(12)的转轴与所述编码器(11)通过联轴器连接。
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