石油鉆機電控系統(tǒng)-PLC以及變頻器.ppt

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2015年10月 目錄 石油鉆機電控系統(tǒng)種類 A 鉆機電控中的PLC系統(tǒng) B PLC常見故障與排除方法 C 鉆機電控中常見的變頻器 D 變頻器故障與維修 A 現(xiàn)場故障實例分析 B 01 石油鉆機電控系統(tǒng)種類 石油鉆機電控系統(tǒng)的種類 B A C 模擬直流調速系統(tǒng) 數(shù)字直流調速系統(tǒng) 交流變頻調速系統(tǒng) 交流變頻電傳動總系統(tǒng)圖 柴油發(fā)電機組 GEN1 GEN2 GEN3 GEN4 GEN1 GEN1 GEN1 MCC系統(tǒng) 開關柜 斷路器柜 變壓器 輔助發(fā)電機 現(xiàn)場操作臺 井場用電單元 遠程計算機 顯示器 觸摸屏 PLC從站 PLC從站 繼電器系統(tǒng) 輔助供電 主PLC 工控機 繼電器系統(tǒng) 3MP柜 RT柜 2MP柜 DWB柜 DWA柜 頂驅系統(tǒng) DWA制動柜 1MP柜 DWB制動柜 制動電阻 3AC600V50HzBUS MCC系統(tǒng) 送鉆柜 制動單元 司鉆臺 1號綜合柜 2號綜合柜 控制線 動力線 編碼器 送鉆 1MP DWA 滾筒 DWB 2MP RT 3MP 直流電傳動總系統(tǒng)圖 柴油發(fā)電機組 控制線 動力線 切換接觸器組 GEN2 GEN3 GEN1 600VACBUS 400VACBUS BYPASS 防爆箱 一體化儀表 滾筒編碼器 懸重傳感器 隔爆傳感器組 MCC系統(tǒng) 工控機 PS 井場電氣AS I接口單元 切換控制電路 600V 400V SCR1 SCR2 SCR3 SCR4 SCR5 送鉆 S7 300CPU S7 300CPU I O模板 PLC DP AS I接口 IM153 3 IM153 3 I O模板 觸摸屏 司鉆臺 02 鉆機電控中的PLC系統(tǒng) PLC的產生 可編程序控制器產生1968年 美國通用汽車公司 GM 為適應生產工藝不斷更新的需要 提出一種設想 把計算機的功能完善 通用 靈活等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂 操作方便 價格便宜等優(yōu)點結合起來 制成一種通用控制裝置 這種通用控制裝置把計算機的編程方法和程序輸入方式加以簡化 采用面向控制過程 面向對象的語言編程 使不熟悉計算機的人也能方便地使用 并提出十項招標指標 美國數(shù)字設備公司 DEC 根據這一設想 于1969年研制成功了第一臺可編程序控制器PDP 14 并在汽車自動裝配線上試用獲得成功 該設備用計算機作為核心設備 其控制功能是通過存儲在計算機中的程序來實現(xiàn)的 這就是人們常說的存儲程序控制 由于當時主要用于順序控制 只能進行邏輯運算 故稱為可編程序邏輯控制器 ProgrammableLogicController 簡稱PLC 進入80年代 隨著微電子技術和計算機技術的迅猛發(fā)展 也使得可編程序控制器逐步形成了具有特色的多種系列產品 系統(tǒng)中不僅使用了大量的開關量 也使用了模擬量 其功能已經遠遠超出邏輯控制 順序控制的應用范圍 故稱為可編程序控制器 ProgrammableController 簡稱PC 但由于PC容易和個人計算機 PersonalComputer 混淆 所以人們還沿用PLC作為可編程控制器的英文縮寫名字 常見的PLC 西門子 AB 三菱 LG 日立 松下 GE 歐姆龍 在鉆井電控中最常見的就是西門的S7系類PLC以及部分AB和歐姆龍的PLC 西門子PLC優(yōu)點 西門子PLC功能大 系統(tǒng)穩(wěn)定 性能質量好 市場占有率最高 西門子結構化的編程方式 開放性好 支持多種通信協(xié)議 另外西門子適用多種人機界面和監(jiān)控組態(tài)軟件利于多廠家設備的通訊與集成 西門子做了很多功能塊 減少了設計人員的負擔 西門子S7系列以及配套上位機 西門子PLC 歐姆龍PLC 03 PLC常見故障與排除方法 一 電源故障 二 通訊故障 三 IO故障 四 CPU故障 使用過程中常見故障 自身指示燈判斷 其他設備現(xiàn)象判斷 故障判斷方式 BFBusFault總線故障 總線發(fā)生故障亮SFSystemFault系統(tǒng)故障 模塊硬件故障或者軟件故障亮RUN運行 運行時亮FRCE強制 當強制變量時亮STOP停止 PLC處于停止狀態(tài)時亮5V綠色 5V電源指示 S7300指示燈 故障判斷方式 觸摸屏實現(xiàn)情況變頻器通訊指示燈變頻器面板工控機顯示界面 其他設備現(xiàn)象判斷 正常運行時轉盤潤滑油泵出現(xiàn)停止轉動現(xiàn)象 轉盤主電機依然正常運行 觸摸屏不報故障 DO模塊故障 原設計無接觸器反饋 典型案例 40LDB ABB 所有變頻器均不能PLC控制啟動 PLC的SF以及BF燈亮 程序死循環(huán) 去別掉電保存數(shù)值 重啟解決問題 程序設計缺陷 50DB 西門子 PLC狀態(tài)下能使能 增加手輪MP1不能啟動 進入監(jiān)控狀態(tài) 測出輸入模塊故障 50DB 鉆機在下鉆過程中系統(tǒng)中MP1不能準備 現(xiàn)場不報任何故障 觸摸屏糾偏零位 50DB S120 西門子PLC相關軟件的應用 Step7V5 5的基本應用 1 S7 300程序下載 上傳 2 S7 200程序下載 上傳 3 04 鉆機電控中常見的變頻器 變頻器概述 01 整流回饋單元 02 制動單元 03 逆變器 04 整流濾波電路逆變電路逆變器工作原理均壓電阻的作用限流電阻的作用續(xù)流二極管的作用 ABB與西門子變頻器 05 變頻器系統(tǒng)外部連接 變頻系統(tǒng)的構成 23 變頻器簡要工作原理 整流部分 儲能環(huán)節(jié) 逆變部分 M 交流 交流低壓交直交通用變頻器系統(tǒng)框圖 直流 直流 交流 更為直觀的交直交變頻原理框圖 Rb 制動電阻 R0 預充電電阻 R1R2 均壓電阻 整流與濾波電路1 濾波電容要均壓 整流與濾波電路2 充電過程要限流a 直接充電b 加入限流電阻 思考 為什么限流電阻要并上KM2 它是什么 起什么作用 三相逆變原理 逆變電路 逆變電路 電壓波形 電流波形 逆變電路 逆變電路 逆變電路的結構a 逆變電路b 輸出電壓實際波形c 輸出電壓等效波形在逆變回路中并聯(lián)反向二極管主要用于續(xù)流 同時由于負載存在感性 IGBT關斷瞬間會在IGBT兩端產生極高的自感反相電壓 此電壓可能擊穿IGBT 并聯(lián)的二極管將這個 自感反相電壓 短路掉了 起到保護IGBT的作用 動態(tài)能耗制動單元 動態(tài)制動單元主要由斬波制動器與制動電阻一起組成能耗制動裝置 用于消耗直流母線上的所有逆變裝置所產生的回饋能量 完成能耗制動 具體來說就是講鉆機下鉆 轉盤反轉制動等產生的大量回饋能量消耗掉 保證鉆機電控系統(tǒng)的正常運轉 ABB制動單元結構圖 制動單元配件 ABB ACS800 ABB ACS800 ACS800系列逆變器的最大優(yōu)點在于冗余設計 尤其適合于石油鉆機電控系統(tǒng)使用 減少現(xiàn)場維修維護工作量 降低對設備管理人員的技術水平要求 每一臺逆變模塊都是一臺完整的三相逆變器 因此對于一般安裝有三臺逆變器的逆變單元 一臺出現(xiàn)故障后 可以繼續(xù)輕載運行 減少故障停機時間 而且為快拆塊狀結構 更換方便 避免因電控系統(tǒng)損壞而影響整機運轉 在石油鉆機上使用優(yōu)勢明顯 ABB ACS800 ABB ACS800 西門子6SE70 71 西門子6SE70 71 CUVC板是整個逆變裝置的主控部分 所有控制參數(shù)都存儲在CUVC的存儲器中 所有參數(shù)的處理 各個電子板的控制協(xié)調工作都是由CUVC發(fā)出指令來控制的 組容吸收板是裝在IGBT上的 是IGBT的吸收回路 IGD板也直接和IGBT相連 是控制IGBT的開通合關斷的觸發(fā)板 它接收CUVC發(fā)出的指令 然后由IGD板上的電路來控制IGBT的開關 IVI板上連接有各個傳感器的電纜 也有CUVC與的排線 彩色 IVI像是一個橋梁一樣 連接著各個傳感器合電子板 是所有信息 指令的交換中心 從CUVC發(fā)出的指令由IVI發(fā)往各個控制板 再將各個傳感器收集來的信息傳回CUVC PSU板是變頻器的電子板的供電單元 CUVC IVI IGD等電子板的電源都是由PSU板上的各個變壓器 開關電路所調制出的 24V 15V 15V 5V等直流電源所提供的 EB1板 是鉆機電控設備上經常出現(xiàn)的一個擴充電子板 EB1擴展板擁有3個數(shù)字量輸入 4個雙向數(shù)字輸入 輸出 1個差動模擬輸入 可用于電流 電壓輸入 2個模擬輸入 單端 也可用作數(shù)字輸入 2個模擬輸出 1個外部24V連接 用作數(shù)字輸出 DTI板是使用在有編碼器的裝置中的數(shù)字測速機接口板 v接口板可以連接具有差動輸出的HTL編碼器 電位隔離的HTL編碼器 TTL編碼器 可以支持大于150M的編碼器電纜 CBP2板為MASTERDRIVES耦合到上一級自動化系統(tǒng) 即常說的通訊板 通過通訊通道與SIMATICS7CPU進行非周期性的參數(shù)值交換 參數(shù)值最大長度為118個字 西門子6SE70 71 05 變頻器故障與維修 觀現(xiàn)場 即目視檢查 以發(fā)現(xiàn)形態(tài)上的異常 重點注意以下內容 變頻器前端整流元件有無爆裂 預充電電阻是否有燒毀 表面是否灰白色或掉渣 的跡象預充電電阻的切除繼電器是否有拉弧 燒壞跡象快熔是否熔斷直流母線電容器是否有爆裂與飛弧的熏黑跡象與功率元件相連的阻容吸收元件 壓敏器件有無爆裂 各線路板上是否有元器件爆裂 燒毀 開焊等現(xiàn)象 系統(tǒng)內是否存在異物 小動物或昆蟲尸體 有無液體侵入 大量灰塵堆積等情況 現(xiàn)場大部分炸機現(xiàn)象都是因為灰塵太多導致 鉆機現(xiàn)場的惡劣環(huán)境程度決定了變頻器壽命 電氣工程師應注意平時的維護保養(yǎng) 聞氣味 系統(tǒng)中是否留有元件爆裂 飛弧 燒毀等焦糊味道問情況 仔細詢問對故障發(fā)生過程中經歷的人員故障發(fā)生的現(xiàn)象和過程測元件 對前面問題了解清楚后再做后面的單項元件檢測 變頻器維修檢測的基本原則 ABB變頻器維修拆裝 ABB變頻器維修拆裝 ABB變頻器維修拆裝 西門子變頻器維修拆裝 1 更換CUVC或者RDCU前首先備份 2 ABB 西門子自身的舒適性面板本身能備份大部分參數(shù) 但是一些電機優(yōu)化識別類的參數(shù)不能保存 3 ABB 西門子使用電腦端軟件備份CU內程序是最安全可靠的也便于管理 4 DriveWindow和DriverMonitor分別是ABB 西門子的調試軟件 注意 數(shù)據備份問題不能小覷 重要設備調試好的數(shù)據丟失 屬重大責任事故 面板保存數(shù)據不很可靠 且易誤操作損壞或丟失數(shù)據 重要設備參數(shù)盡量做PC機備份 最好在另外可靠的移動存儲器做雙備份 變頻器維修 更換CUVC或RDCU 更換RDCU 02C模塊時應注意下載備份原傳動參數(shù) 更換完RDCU 02C模塊后要把備份的參數(shù)下載到新的模塊中 下面介紹一下備份和下載RDCU 02C傳動參數(shù) 1 計算機單獨連接到指定的RDCU 02C控制板 2 備份傳動點參數(shù)和系統(tǒng)軟件和系統(tǒng)軟件和系統(tǒng)軟件 下列介紹的方法是控綁式下列介紹的方法是控綁式打包打包打包備份備份備份 3 啟動Drivewindows2 2軟件 選擇 ABB SMP 點擊 OK 按鈕 4 創(chuàng)建備份包 名稱默認為 Untitled BPG5 備份所有傳動點 選擇BackupAll 或者備份單個傳動點 選擇Backup 6 選擇所要備份的傳動點名稱 等待備份完成 7 保存?zhèn)浞莅?或者選擇所要存儲的位置 然后保存 退出備份包 8 整個備份過程完成 下面介紹如何恢復傳動點參數(shù)和系統(tǒng)軟件 下列介紹的方法是系統(tǒng)軟件和參數(shù)同時被恢復 1 啟動Drivewindows2 2軟件 2 選擇 ABB SMP 點擊 OK 按鈕 3 連接新的RDCU 02C板子后 更改99 02組參數(shù)DEVICENAME為此傳動點在你所要恢復的包里定義的那個傳動點的名稱 4 打開存在的備份包 選擇你想恢復的傳動點所在的備份包 選擇恢復 等待搜索 5 選擇你所要恢復的傳動點 你確認要恢復該傳動點參數(shù)嗎 如果是就選擇 YES 6 等待恢復完成 退出備份包 整個恢復過程完成 更換RDCU前Drivewindows操作步驟 1 在設備斷電和完全放電后進行 2 場地干凈 拆 裝工具與部件 結構件應有區(qū)域存放 3 有正確 適用的拆裝工具 4 準備好清洗劑 無水酒精 耗材 注意防火 5 拆卸過程中做好記錄 以備回裝時查用 6 操作時穿著防靜電工作服 佩帶防靜電完腕扣 注意經常執(zhí)行靜電釋放動作 避免身體的靜電損壞線路板及半導體元 器件 不要用手直接觸摸IGBT的觸發(fā)極 否則可能直接損壞IGBT元件 變頻器維修注意事項 功率模塊更換的前提是必須查到損壞的根本原因 并首先消除再次損壞的可能 才能更換逆變模塊 否則換上去的新模塊會再損壞 1 IGBT同絕緣柵場效應管一樣要避免靜電損壞 在裝配焊接中防止損壞的根本措施是 把要修理的機器 IGBT模塊 電烙鐵 人 操作工作臺墊板等全部用導線連接起來 使得在同一電場電位下進行操作 全部連接的公共點如能接地就更好 特別是電烙鐵頭上不能帶有市電高電位 示波器電源要用隔離良好的變壓器隔離 IGBT模塊在未使用前要保持控制極G與發(fā)射極E接通 不得隨意去掉該器件出廠前的防靜電保護G E連通措施 2 功率模塊與散熱器之間涂導熱硅脂 保證涂層厚度0 1 0 25mm 接觸面80 以上 緊固力矩按緊固螺釘大小施加 M413kg cm M517kg cm M622kg cm 以確保模塊散熱良好 3 機器拆開時 要對被拆件 線頭 零件做好筆記 再裝配時處理好原裝配上的各類技術措施 不得簡化 省略 例如 輸入的雙絞線 各電極連接的電阻阻值 絕緣件 吸收板或吸收電容都要維持原樣 要對作了修焊的驅動印制板進行清潔和防止爬電的涂漆處理 以及保證絕緣可靠 更不要少裝和錯裝零部件 變頻器維修 更換功率模塊 4 并聯(lián)模塊要求型號 編號一致 在編號無法一致時 要確保被并聯(lián)的全部模塊性能相同 5 對因炸機造成銅件的缺損 要把毛刺修圓砂光 避免因過電壓發(fā)生尖端放電而再次損壞 直流功率部分一樣需要磨平 嚴重的散熱部件需要銑床銑平 6 有些無禁固部件的放置形態(tài) 如D尺寸裝置中的電流互感器 需要注意安放方向標記 7 拆裝前必須完成裝置的數(shù)據備份 要將工藝板的參數(shù)備份或記錄完整 另一種方法是將原主板 CUVC或者是RDCU 原封不動暫存 用另一塊CU板在維修期間暫用 8 緊固可控硅與IGBT等功率器件時 應按照指明的緊固力矩植 用力矩扳手操作 9 可控硅與IGBT模塊在與散熱器接觸的底面上涂有導熱硅脂 器件拆下后 用無水酒精將安裝基面擦洗干凈 器件安裝時要重新涂覆導熱硅脂 注意不是多多益善 越薄 越均勻越好 變頻器維修 更換功率模塊 變頻器維修 更換斬波器以及注意事項 06 現(xiàn)場故障實例分析 故障案例 泥漿泵故障案例 現(xiàn)場電機是直流它勵電機 經檢查發(fā)現(xiàn)其中一臺電機的勵磁嚴重偏小 導致電樞調節(jié)也不能滿足正常的調節(jié)范圍內 MP1雙電機功率分配不均衡 01 泥漿泵在手輪回零位后微微轉動 SCR柜中的泥漿泵觸發(fā)板老化誤觸發(fā) 02 泥漿泵不能啟動系統(tǒng)不準備 無任何報警 經過檢查發(fā)現(xiàn)由于手輪不能回零大約在0 2V輸出 零位連鎖功能導致系統(tǒng)不準備所以不能啟動 在觸摸平時調整零位偏差后正?？蓡?03 絞車故障案例 某隊更換完電機后未做動態(tài)辨識 絞車雙電機運行時對電機優(yōu)化要求較高更換電機后應做電機動態(tài)識別 AB絞車功率分配不均衡 01 絞車編碼器松動 高速時絞車振動 02 經過示波器觀察B絞車反饋波形失真嚴重 測試編碼器線阻抗大 重新?lián)Q掉編碼器屏蔽線后正常 DWB變頻器報速度差異 03 某隊在接絞車線是將A絞車相序接法 AB絞車同時使用時振動并報警 04 故障案例 其他故障案例 通過觀察能耗制動系統(tǒng)在絞車下方過程中在工作 由于ABB制動斬波器在多機器并聯(lián)是才用的是主從關系 通過光纖通訊串行連接 其中間一個光纖口損壞都會導致信號傳遞的中斷 直流母線電壓報過壓故障能 耗制動運行 01 某直流調速系統(tǒng)中轉盤風機潤滑油泵能正常運行但是主電機不能運行 檢查發(fā)現(xiàn)PLC模擬量輸出模塊老化不能輸出穩(wěn)定正常的數(shù)值 RT不能使能轉動 02 主電機突然停止時 對應設備的風機 潤滑油泵等正常運行 檢查系統(tǒng)反饋 最確定反饋系統(tǒng)中的24伏電原不穩(wěn)定 進度MP1MP2DW經常出現(xiàn)突然停機 但無任何報警信息 03 單機使用時2301D控制柴油機組正常運行 當并車后功率均衡模塊參與微調 經檢查發(fā)現(xiàn)功率均衡的PWM控制信號沒有進入2301 而是把其他端子接入的2301D 改線后正常 發(fā)電機單機正常并車后油門忽高忽低 04 故障案例 長期周期故障案例 1 IGBT經常炸機 2 6RA70可控硅經常燒 3 從站DP頭過熱燒毀 某井隊司鉆房內的從站DP頭微熱隨著時間越久發(fā)熱越厲害 最后燒毀 電控房有漏電處 導致司鉆房與電控房地之間有電壓差 DP通訊線上產生電流導致DP發(fā)熱 某井隊連續(xù)跟換IGBT功率模塊炸機 隨著使用年限鄰近 電容器組老化嚴重雖然外觀看不出存在問題但經過測量后發(fā)現(xiàn)容值和漏電指標嚴重不達標 更換電容器組后不再出現(xiàn)炸機情況 某井隊SCR柜內的6RA70熔斷器可控硅經常燒毀 應為設備已使用多年問題是近幾年才凸顯出來 經測試判斷冷卻不足 最終查出設計安裝時就存在的問題 設備風機反轉 一 接線由于石油鉆機有移動性特點 并在在野外作業(yè)的特殊環(huán)境 高溫 風沙 運輸過程震動大等原因 在搬家安裝過程中會出現(xiàn)一些問題 當連接完系統(tǒng)上電后部分故障表現(xiàn)出來的 比如 控制線纜拖拽中受損 通訊線纜屏蔽接地不可靠 線纜快速接頭插針斷裂 甚至接頭接錯 這些問題都會導致系統(tǒng)不能啟動或者是啟動后通訊收到干擾系統(tǒng)運行不穩(wěn)定 所以在遇到搬家后出現(xiàn)的問題時首先考慮下接線問題會不會導致當期故障 如果不排除接線問題時檢測接線是最先應該做的 關于現(xiàn)場遇到過以下問題通過查線簡單解決 1 某隊搬家后泥漿泵設備不能啟動 最后查出原因是電機急停被按下 由于平時很少用急停功能導致現(xiàn)場人員一直沒考慮急停的原因 2 某隊搬家后通訊不正常 查明原因兩條DP通訊線差錯口 3 轉盤動力線接錯 由于轉盤接線空間小接線人員急于接完導致接錯接線柱 其實很多看似摸不著頭緒的問題越是現(xiàn)場簡單的錯誤造成的 現(xiàn)場常見問題 二 干擾 現(xiàn)場常見故障 1 2 3 4 通訊線是否插接牢固 屏蔽層是否損壞 是否接地牢固 現(xiàn)場走線是否符合EMC規(guī)范 DP頭是否良好 DP頭撥碼開關是否正確 三 松動絞車編碼器松動是經常遇見的問題 絞車是不同于泥漿泵 轉盤等系統(tǒng)的 其配備的編碼器是轉速反饋中重要的一環(huán) 當期松動后嚴重影響變頻器對轉速的正常識別導致各種故障 各種控制線和通訊線的松動也會導致各種系統(tǒng)故障 現(xiàn)場常見故障 觀 謝 看 謝 提問答疑 fanxiao11 范俊杰18654632229