DB交流钻机电控系统概述

1、交流钻机电控系统概述（ZJ50DB钻机电控系统）一、系统概述ZJ50DB钻机采用先进的AB睦数字交流变频控制技术，该钻机 电控系统能够满足5000m占井工艺要求，能够实现绞车四象限运行完 美的实现绞车从0速到给定速度的无级调速，优秀的 DTC（直接转矩 控制） 控制性能满足绞车在重载下的低速运行及零速悬停。绞车分单、双电机运行方式运行，由 2 台 800kW 交流电机驱动，最大钩载达到450T。 2 台泥浆泵各由1 台 1200kW 交流电机驱动。泥浆泵闭环恒速控制可满足钻井工况对泵冲的精确要求。转盘采用独立驱动方式， 由 1 台 800kW 的交流电动机驱动，具有低速运行及零速零速大扭矩停车

2、功能，完备的系统控制可防止转盘在负载扭矩突然增大时发生倒转。 自动送钻由1 台 45kW 交流变频电机驱动，实现小电机恒钻压、0-36 m/h 恒钻速控制。另外 1 台 1250KVA 6.3KVAC/400VAC变 压器通过变压提供400VAC 50Hz交流电供给MCC自动送钻控制系 统、照明供电系统。MC京统采用西门子软启动装置驱动电机，软启 动可以减少电机启动时对电网的冲击，控制为冗余软启动系统, 使用单独的S7- 2 0 0 C P U控制可在与主C P U脱离通讯时单独控制软 启系统、主CPU采用冗余PLC控制系统（冷备）。 二、系统网络图系统采用西门子S7-300和S7-200PL

3、C实现网络冷备份，。VFD房 中的PC巨内的两台冷备S7-300PLC通过MPI通讯方式与上位机连接。 上位机主要用于装置参数显示、数据记录、故障报警输出等等。S7-300PLC通过PROFIBUS-DPI讯方式与绞车、转盘、泥浆泵及自动送钻变频器通讯实现远程控制采用EM277!讯模块实现与VFD房、司钻房的S7-200 PLC通讯系统网络（1）三、主要系统组成1、供电系统该电控系统为高压网电供电，采用 1套箱式高压开关箱将网电与变压器房连接，并通过1台负荷开关及3台真空开关将电网与2台2500KVA 6.3KVAC/600VA侬压器连接构成 600VAC供电系统，为传动控制系统提供电源；此外

4、，通过电网与1台1250KVA 6.3KVAC/400VAC 50Hz压器构成 400VAO电系统为 钻机MCG口生活用电设施供电。电控系统亦可采用自发电方式供电，采用4台600VAC/50Hz 1200KW朱特彼勒发电机组供电，通过电控系统发电机控制柜实 现发电机的控制和四台发电机组的并网供电。户外 ；VFD国内OUTDOOR INSIDE VFD_ _ _ _ 辅助柴油发电机TOP DRIVE3则眈 304W.SOI25WKVA6.3KV/6CHJVr 1 -i 一一* L-J7U3?然片 400¥（Y） 50H? 't"2500KVA6.3KV/6OOV?50

5、0KVA6 3KV/M0V .WffVM； 3ffl3W>aHT'a "1迸战电源 POWER二二网电供电单线图（2）2、主传动系统单线图主传动系统包括绞车、转盘、泥浆泵及自动送钻传动系统动系统单线图（3）600VAC M.3W,50Hz系统房体布置图（5）传动系统单线图（4）PBM50KVATRAZSFORMF 两250吴<>TRAZ6FCIRMER3、系统主要组成整个电控系统由电源系统、MCC（统、传动系统、PLC系统、 仪表系统、防碰系统、上位计算机控制系统、司钻房控制系统、远程 控制系统、接地系统组成。1）电源变压器变压器主要参数:1250KVA变压

6、器参数2500KVA变压器参数数量1台2台型号SCLB9-1250/6.3SCLB9-2500/6.3额定身压6300V6300V额定低压380V600V额定频率50Hz50Hz额定电流114.6/1899A229.1/2406A额定功率1250KVA2500KVA相数33温开100K100K连接方式Dyn11Dyn11 Dd0最高工作温度55 C55 C变压器(6)2) )电源柜框架断路器参数数量2台额定工作电压690V额定不间断电流800/2000A额定频率5060Hz额定绝缘电压1000V额定冲击耐受电压12KV65KA额定短路耐受电流能力额定短路合闸能力187KA额定运行短路分断能力8

7、5KA工作温度-25 C-+70 C储存温度-40 C-+70 C框架断路器（7）3) ) ABB传动系统整流装置参数数量2台型号ACS800-307-2720-7额定电压690V额定电流2278A额定功率2722KW额定频率4863Hz输入电压范围525690V (-10 %+10%)额定电流2278A最大输出电流 3906A效率98%工作温度0c+70C,无雾40c+50C输出电流降容使用(1%/ 1C)储存温度-40 C-+70 C制冷方式干燥清洁空气整流装置柜（8）4) ABB传动系统逆变装置逆变柜参数：泥浆泵逆变器绞车、转盘逆变器数量2台3台型号ACS800-107ACS800-10

8、7额定电压690V690V额定输出电流 1414A953A额定频率4863Hz4863Hz输入电压范围525690V (-10 % 525690V (-10%+10%)+10%)最大输出电流 2166A1425A功率因数0.930.950.930.95额定功率1400KW900KW效率98%98%逆变器控制盘(9)5) MCO启动装置数量：3 台型号：3RW4073 6BB44电源电压：400V控制电压：230V AC(-15 %-+10% )额定电流：230AinnLIn - nuiiiitiiiiiiiiiiiinii软启动器(10)6) PLC控制系统PLC控制柜(11)7）自动送钻系统

9、自动送钻控制系统能够实现辅助电动机和主电机的自动送钻功能。辅助电机自动送钻控制系统采用 1台ABB公司ACS800-11交 流变频装置，可实现恒钻压及恒钻速自动送钻。钻压、钻速在设定范 围内稳定可调，送钻平稳精确。整个传动系统主要由自动送钻变频器、 自动送钻变频辅助电机及其编码器、辅助电机风机等装置组成。自动送钻系统（12）8）司钻房控制系统的电气组成司钻房是集成化控制系统，由 PLC柜、左手操作箱、右手操作箱、前面板、触摸屏五部分构成，实现对整个钻机系统的操作与控制。司钻台实现的功能操作来自左右手箱操作和触摸屏，通过PLC通讯模块间的通讯来实现输入输出操作。司钻台布置图（13）9）绞车电子防

10、碰绞车电子防碰系统由检测元件、控制系统、执行元件三部分组成。其中检测元件主要由滚筒编码器和计数器组成； 控制系统和整个电控 系统的PLC公用；执行元件由系统的输出模块、阀岛系统和执行器 即盘刹组成。通过PLC系统根据所设定的相应参数和编码器的返回 值，计算出游车当前的位置，实现绞车上行下行限位保护。10）人机界面人机界面可以高速、实时、稳定地监视整个系统的运转情况，并可以通过数据趋势图和数据记录观察分析系统各部分的工作状态，实现系统的实时报警功能。人机界面主要包括三大部分：报警、MCC监控和数据记录。其运行画面主要有九个，分别为：钻井、起下钻、电机参数、MCC参数、数据记录、故障报警、趋势图和

11、仪表标定。钻井画面（14）起下钻画面（15）锥车防在直剧颦库 1岳的山亚1能装至运行一岳夜迎障|£1科动作2*混聚跨行低鑫崂蛇车A达行垃军匕缶行自动逸曲运行牯择防打防碰设定0.0上停车位0. 0下停车恒参数设置区, 井深距定当时层敷井盘峰正井深a站头位置防碰运行防碰停止砧井西由MF砧I滋本防研电机控拒I MCC I故障报警 世培图|应急酉百电子防碰画面（16）绞车操作（17）泥浆泵操作（18）转盘操作（19）口油量粘逋册故障|wii的1界装鼎运打II聪系辄地睥|就到访柞1界呢装亲运行坡军A运行丁工白动送拈运行2015/4/91O:54j39自动送钻控制自动送钻参数启动停止0系统堆将O

12、电机运行C电机故障口风机运行C；风机故障一 润滑泵运行口洞清泵故障送钻挂合送钻脱开小电机自动送钻O自动运行模式O手动运行模式恒拈任0. 00. 0m/h启动T自动送钻操作（20）返网MCC调讯越障1泥浆余运/第故罐障能福劫作修器柴系运行机排档|匚维车而柠JS热函疔自动运粘国行转显运行1234MC( 561e9.恒.1启动启动 |启动1Lx.11停止11停止11停止1停止停止停止1停止11LO12 13用车防附故障报警应急国面1#加卡泵 豌刘*泵I加重泵雅加泵轴环新用卜,软自¥4电机柠制MC京统(21)故薛福士题融障1 急停动作 1i*熊荣晟£万高速档| suis/a1电堆柒

13、泣盘剃动作 1*塞装泵西行绩军A运行1块封运行1臼动话砧运行他张档 拈盘运行1 : 02i07故障报警时间旧期曷下站由军防城电机控制 HCC I故障报警 | 起势图应急画面故障报警（22）数据记录（23）2015/4/9卜然QQQ30000|； 2SOOOHi&oooF100005口口0-500010000-KOOQF-20000F-ZbOOO-200H3D00Qk-55000-3 口口2015/4/9ans/4/g201574/)11；03：D9 2015/4/9坤说转庐0. 00HL0*。 T1 0spm 10rpm 物效_H转总转第1玷片两香后下帖|蹲车防碎机总制MCC故阵援警B

14、OlS/fl/S应急画面（24）四、主要传动系统操作使用1、转盘系统1）电气连锁系统上电后，司钻操作人员从触摸屏启动转盘变频器。 启动信号 经过PROFIBUS网络从司钻台传至PLC,经过程序互锁控制转盘电 机、风机。当转盘变频器停止后，通过程序控制经PROFIBU跋出转盘电机、风机停止指令，电机停止。2）速度给定、扭矩限幅及正/反转控制转盘电机控制系统可以通过司钻房内右手箱上的手轮手动给定输入速度并由一个三位自锁开关给定方向信号至PLC。在触摸屏转盘画面设定转盘电机扭矩的限幅。通过 PLC将该信号转化成装置控制 信号并传递给转盘变频器，变频器再输出相应频率的电流控制电机， 进而实现转盘的无级

15、变速、扭矩限幅和正反转。同时人机界面可以提 供转盘电机的实时电流、力矩、正/反转状态、转速等参数，实现对 钻井过程中的转盘电流、力矩、转速等参数的监控功能。3）保护功能转盘控制系统根据转盘工作状态利用能耗制动并结合对转盘惯 刹的逻辑控制可实现系统的防倒转保护功能。转盘风机风压保护是通 过检测风压信号实现的。PLC也可以根据风压信号了解转盘电机风机 的实际运行情况。如果转盘电机运行中风机发生故障，PLC可通过PROFIBU的络将控制信号传送至司钻台，HMI便会显示风压报警， 提示操作人员处理；并延时后停止运行转盘主电机。2、绞车系统1）电气连锁系统上电后，司钻操作人员从触摸屏启动绞车变频器，启动

16、信号经PROFIBUS网络从司钻台传至PLC,然后通过程序互锁控制绞车主 电机、风机、润滑泵的运行。当绞车变频器停止后，通过程序控制经 过PROFIBUS发出绞车主电机风机与润滑泵停止的信号， 使相应的电机停止。2) 能耗制动控制在下钻作业中，绞车传动系统的负载通过滚筒拖动主电机反转，使主电机处于发电状态。绞车传动系统负载的重力势能转化为滚筒的动能， 该动能通过主电机转化为电能，电能再通过连接变频器的制动单元传至制动电阻以热能形式消耗，以此确保钻具以设定速度平稳安全下放。主电机在0 rpm 转速时也能输出额定扭矩，因此，可实现钻具的悬停。3) 速度控制绞车电机控制系统可以通过司钻房内的控制手柄

17、手动给定输入信号至PLC,通过PLC将该信号转化成装置控制信号并传递给绞车变频器， 变频器再输出相应频率的电流进而控制绞车主电机，从而实现绞车的无级变速和正反转。同时， 变频装置可以提供绞车电机的实时电流、转速、力矩等参数，PLC结合现场传感器采集的信号通过进行计算可以实现对钻井过程中的钻压、钻速、游车位置、系统压力等参数的监控功能。绞车电机控制系统可以自动控制游车减速和停车，有效地防止溜钻、卡钻、游车下砸事故的发生；同时，提高了钻速及钻井质量，并极大地减少了司钻的劳动强度。3、泥浆泵系统1）电气连锁系统上电后，司钻从触摸屏启动泥浆泵电机模块。 启动信号通过PROFIBU的络从司钻台传至PLC,经过程序互锁控制泥浆泵电机、 风机、润滑泵、灌注泵运行的信号传送给装置，此时如果泥浆泵电机模块正常即接受PLC 指令，电机开始运行。但当泥浆泵电机模块停止时，则通过程序控制经PROFIBUS发出泥浆泵电机风机、喷淋泵、 润滑泵、灌注泵停止的信号至装置，电机停止。2）泵冲控制泥