|
|
|
|
| 臥螺離心機(jī)變頻調(diào)速PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) |
|
|
|
|
來(lái)源： | 發(fā)布日期：2017-11-25 次 | 人氣：2454 |
針對(duì)傳統(tǒng)的臥螺離心機(jī)控制系統(tǒng)存在穩(wěn)定性差、工作效率低的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種臥螺離心機(jī)變頻調(diào)速PLC控制系統(tǒng)；詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)中共直流母線變頻調(diào)速系統(tǒng)、副電機(jī)隨動(dòng)方案及負(fù)載率調(diào)整方法、PLC控制系統(tǒng)、組態(tài)界面的設(shè)計(jì)。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，提高了離心機(jī)的性能。
在石油、鉆井等工作環(huán)境條件下，臥螺離心機(jī)使用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)。主電機(jī)工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，副電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)。近些年來(lái)，隨著變頻器技術(shù)的發(fā)展，共直流母線雙電機(jī)變頻器驅(qū)動(dòng)在臥螺離心機(jī)上被廣泛應(yīng)用。共直流母線雙電機(jī)變頻器驅(qū)動(dòng)技術(shù)把直流母線用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行并接，很好地解決了副電機(jī)再生電能的問(wèn)題。傳統(tǒng)的臥螺離心機(jī)控制系統(tǒng)采用繼電器控制，穩(wěn)定性差、工作效率低、易受外界干擾，很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。而PLC有較好的抗干擾性能，采用PLC控制離心機(jī)系統(tǒng)可提高其在惡劣環(huán)境條件下的工作性能。鑒此，筆者設(shè)計(jì)了一種臥螺離心機(jī)變頻調(diào)速PLC控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可有效提高離心機(jī)的工作效率，并節(jié)約能耗。
1、系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
臥螺離心機(jī)變頻調(diào)速PLC控制系統(tǒng)主要由變頻器、臥螺離心機(jī)、S7－200PLC CPU226、MCGSTPC7062K觸摸屏、上位機(jī)和MCGS組態(tài)軟件組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中供漿泵機(jī)也采用變頻調(diào)速方式，可以根據(jù)主、副電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整進(jìn)入離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的油液量。S7－200PLC CPU226采用RS485組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)控制不同功率的變頻器去調(diào)控離心機(jī)的主、副電機(jī)和泵機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)離心機(jī)的自動(dòng)啟動(dòng)、手動(dòng)啟動(dòng)、急停和復(fù)位等功能。
2、共直流母線變頻調(diào)速技術(shù)
臥螺離心機(jī)共直流母線交流變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。臥螺離心機(jī)由主電機(jī)驅(qū)動(dòng)，差速器小軸和副電機(jī)同軸連接。主、副電機(jī)的轉(zhuǎn)速分別由主機(jī)、副機(jī)變頻器所控制，將兩者的直流母線并連，使主機(jī)、副機(jī)變頻器聯(lián)動(dòng)。副機(jī)變頻器由主機(jī)變頻器直流母線輸出端供電，三相電源從主機(jī)變頻器中輸入。
3、副電機(jī)隨動(dòng)方案及負(fù)載率調(diào)整
實(shí)際應(yīng)用中，電機(jī)傳動(dòng)一般使用手動(dòng)控制，即使是變頻調(diào)速，也缺乏自動(dòng)調(diào)整環(huán)節(jié)，如果能做到副電機(jī)轉(zhuǎn)速隨動(dòng)、負(fù)載率可調(diào)，并且自動(dòng)調(diào)控，則可以提高效率。
3.1隨動(dòng)方案
圖2中，副機(jī)變頻器由主機(jī)變頻器直流母線輸出端供電，將副機(jī)變頻器的電源輸入端子R和T（端子S懸空）接到主機(jī)變頻器的直流母線輸出端，其輸出電壓大約為500V。在主機(jī)、副機(jī)變頻器連接中，筆者將副機(jī)變頻器中的整流過(guò)程跳過(guò)，這樣就減少了變頻過(guò)程中的二極管或晶閘管的壓降損耗。主、副電機(jī)功率要求分別為３7KW和7。5KW，因此，選用45KW的主機(jī)變頻器和7。5KW的副機(jī)變頻器。
主電機(jī)和副電機(jī)的轉(zhuǎn)速聯(lián)動(dòng)調(diào)整：將主電機(jī)調(diào)整到設(shè)定的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)速，調(diào)整副電機(jī)轉(zhuǎn)速ｎ。副電機(jī)轉(zhuǎn)速ｎｆ的計(jì)算公式為
�。睿妫剑睿忙ぃ睿�1）
式中：ｎｚ為主電機(jī)轉(zhuǎn)速；Ｃ為常數(shù)；Δｎ為設(shè)定的轉(zhuǎn)差速度（根據(jù)需要設(shè)定）。
3.2負(fù)載率調(diào)整
副電機(jī)的扭矩和負(fù)載率都與離心機(jī)的負(fù)載有關(guān)，可根據(jù)離心機(jī)的油液量自動(dòng)調(diào)整泵機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓的油液量。當(dāng)副機(jī)實(shí)際扭矩接近或者超過(guò)副機(jī)額定扭矩×負(fù)載率時(shí)，泵機(jī)轉(zhuǎn)速將會(huì)自動(dòng)逐漸降低，則泵機(jī)輸入的料漿減少，副機(jī)扭矩就會(huì)降低。根據(jù)實(shí)際情況，在控制過(guò)程中要求副機(jī)實(shí)際扭矩始終不超過(guò)副機(jī)額定扭矩×負(fù)載率。
4、PLC控制系統(tǒng)
PLC控制系統(tǒng)要求既能實(shí)時(shí)控制供漿泵的供液量，又能控制離心機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而在鉆井液性能參數(shù)（密度、黏度、固相含量等）發(fā)生變化時(shí)，確保離心機(jī)始終順利排渣并盡可能發(fā)揮最大處理能力，實(shí)現(xiàn)恒排渣功能。該控制系統(tǒng)還應(yīng)當(dāng)具有很好的自動(dòng)控制功能、遠(yuǎn)距離監(jiān)控能力，當(dāng)離心機(jī)發(fā)生故障時(shí)，能自動(dòng)停機(jī)并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，避免離心機(jī)發(fā)生過(guò)載、堵塞等故障，從而提高離心機(jī)的使用效率并降低風(fēng)險(xiǎn)。PLC控制系統(tǒng)中PLC的主要功能：
（1）接收外部提供的開(kāi)關(guān)信號(hào)（主要是按鈕），判斷系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)，并根據(jù)需要發(fā)出信號(hào)控制變頻器繼而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，完成相對(duì)應(yīng)的控制任務(wù)；
（2）與人機(jī)界面互聯(lián)，實(shí)時(shí)監(jiān)控電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)并讀取電機(jī)參數(shù)。采用西門子S7－200PLC作為PLC控制系統(tǒng)的控制器，采用STEP7-MICROWIN/4.0進(jìn)行PLC軟件編程和調(diào)試。PLC的I/O點(diǎn)及其功能接線分配如圖３所示。
5、組態(tài)界面設(shè)計(jì)
采用MCGS對(duì)臥螺離心機(jī)變頻調(diào)速PLC控制系統(tǒng)的操作界面、變頻器驅(qū)動(dòng)示意圖、電機(jī)的參數(shù)設(shè)置和故障顯示界面進(jìn)行組態(tài)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)中間寄存器M把PLC的I/O點(diǎn)和組態(tài)界面中的各個(gè)操作變量對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)起來(lái)，使PLC和MCGS能夠功能統(tǒng)一化，通過(guò)MCGS也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變頻器的控制。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的組態(tài)界面如圖4所示。
6、結(jié)語(yǔ)
設(shè)計(jì)的臥螺離心機(jī)變頻調(diào)速PLC控制系統(tǒng)能使泵機(jī)根據(jù)進(jìn)入離心機(jī)鉆井液的密度、黏度、固相含量等參數(shù)的不斷變化而對(duì)離心機(jī)的供液量做出相對(duì)應(yīng)的變化，提高了離心機(jī)的工作效率；共直流母線交流變頻調(diào)速系統(tǒng)較好地解決了臥螺離心機(jī)再生能量的回收問(wèn)題，并減少了能量損耗。目前，該系統(tǒng)已在華北油田成功應(yīng)用。 |
|
公司新聞
