一种海洋平台钻修井用模块化模糊控制变频调速系统论文和设计-于丽萍

全文摘要

本实用新型公开了一种海洋平台钻修井用模块化模糊控制变频调速系统。包括高压母线、变频器、变频电机、辅机电机、机旁接线箱、辅机接线箱、可编程控制柜、钻井仪表系统、低压母线、快去记录器和输入键盘。变频器通过高压开关与高压母线相连，通过机旁接线箱与变频电机相连，与可编程控制柜相连接；变频电机通过机旁接线箱与可编程控制柜相连接；可编程控制柜与海洋平台上的钻井仪表系统相连，通过辅机接线箱同辅机电机相连接；输入键盘和快去记录器单独与可编程控制柜连接。本系统通过采集平台的所有钻井作业用的信息，利用PLC系统执行控制指令，通过变频器控制钻井变频电机和钻井辅机，形成闭环控制系统，自动完成整个钻井作业。

主设计要求

1.一种海洋平台钻修井用模块化模糊控制变频调速系统，包括高压母线（A），变频器（TF1、TF2……TFn），为辅机电机（M-1、M-2……M-n）供电的低压母线（B）；其特征在于：还包括机旁接线箱（JX1）、辅机接线箱（JX2）、进行数据采集和系统控制的可编程控制柜（PLC）、输入键盘（KEY）、快取记录器（R）；所述的变频器（TF1、TF2……TFn）与高压母线（A）相连，所述的变频器（TF1、TF2……TFn）通过机旁接线箱（JX1）与变频电机（M1、M2……Mn）相连接并控制电机，所述辅机电机（M-1、M-2……M-n）两端分别与辅机接线箱（JX2）和低压母线（B）相连，所述变频器（TF1、TF2……TFn）、机旁接线箱（JX1）、钻井仪表系统（DRIN）、辅机接线箱（JX2）、输入键盘（KEY）和快取记录器（R）与可编程控制柜（PLC）相连接。

设计方案

2.根据权利要求 1所述的一种海洋平台钻修井用模块化模糊控制变频调速系统，其特征在于：可编程控制柜（PLC）采集钻井仪表（DRIN）、变频器（TF1、TF2……TFn）、机旁接线箱（JX1）、辅机接线箱（JX2）的数据，依据所有采集的数据连续发出控制指令到变频器（TF1、TF2……TFn）、机旁接线箱（JX1）、辅机接线箱（JX2），快取记录器（R）记录可编程控制柜（PLC）采集的数据和发出的动态指令，不与系统内的其它设备通讯。

3.根据权利要求 1所述的一种海洋平台钻修井用模块化模糊控制变频调速系统，其特征在于：所述的高压母线（A）、变频器（TF1、TF2……TFn）、为辅机供电的低压母线（B），以及机旁接线箱（JX1）、辅机接线箱（JX2）、可编程控制柜（PLC）、输入键盘（KEY）、快取记录器（R）安装在一块带有防水外壳的撬体上。

4.根据权利要求 1所述的一种海洋平台钻修井用模块化模糊控制变频调速系统，其特征在于：机旁接线箱（JX1）和辅机接线箱（JX2）采用即插即用型可插拔连接件。

设计说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种新型自动控制变频调速系统，尤其涉及一种海洋平台钻井和修井作业用变频调速系统。

背景技术：

海洋平台是海上进行钻井、修井、采油、集运、施工等活动提供生产和生活设施的构筑物。海洋平台远离陆地，自然环境恶劣、空间狭小。所需的所有生活及生产物资需船舶提供供给，这要求在海洋平台配置的所有设备和设施具有体积小、重量轻、高效率、可靠性高、节能环保、抗腐蚀等特点。在海洋钻井平台和海洋修井平台中，根据钻井深度和修井深度的不同，配置不能能力的整套钻井设备或修井设备，这些包括绞车、转盘、顶驱、泥浆泵等大型钻井设备，也包括钻井水泵、振动筛、防喷器、空压机等钻井辅助设备。这些设备利用柴油机、液压系统、电力驱动来完成钻井作业或者修井作业。

在目前的海洋钻井平台或修井平台中，传统的柴油机驱动绞车、转盘和顶驱等大型设备因驱动设备的体积重量、效率、费用等问题，已经很少采用；液压系统也因为效率低，速度慢而影响钻井的钻进速度，越来越少的采用，反之因为电力驱动的低成本和高效率，越来越多的平台采用电力驱动的定频电机和变频电机来驱动钻井设备或修井设备。

变频调速技术是当今节能减排、改善工艺流程推动技术发展的一种技术手段，广泛应用于各个技术领域。变频调速具有优异的调速、启动和制动性能，高效率、高功率因数和节约电能等优点，这些特点既能满足钻井和修井作业的需要，也适合海洋平台的特点。

目前海洋钻井平台和修井平台采用变频驱动的钻井设备越来越多，多数都采用矢量控制变频设备或直接转矩控制变频控制设备一对一控制钻井设备，整个钻井或修井系统的设备的协调运转依据司钻人工控制完成钻井作业，存在效率低下、可靠性差的问题。

实用新型内容：

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种高效率、高可靠性、简单易行、可移动的海洋平台钻修井用模块化模糊控制变频调速系统。

海洋平台钻井或修井用模糊控制变频调速系统，其设计针对现有海洋平台的特点，满足钻井或修井工艺的需要的同时，模块化设计，可以将整个系统在不同的海洋平台间移动，满足多个海洋平台的需要。

为解决上述问题，本实用新型是这样实现的：

一种海洋平台钻修井用模块化模糊控制变频调速系统，包括高压母线A，变频器TF1、TF2……TFn，为辅机电机M-1、M-2……M-n供电的低压母线B；以及机旁接线箱JX1、辅机接线箱JX2、进行数据采集和系统控制的可编程控制柜PLC、输入键盘KEY、快取记录器R；所述的变频器TF1、TF2……TFn与高压母线A相连，所述的变频器TF1、TF2……TFn通过机旁接线箱JX1与变频电机M1、M2……Mn相连接并控制电机，所述辅机电机M-1、M-2……M-n两端分别与辅机接线箱JX2和低压母线B相连，所述变频器TF1、TF2……TFn、机旁接线箱JX1、钻井仪表系统DRIN、辅机接线箱JX2、输入键盘KEY和快取记录器R与可编程控制柜PLC相连接。

上述方案进一步包括：

可编程控制柜PLC采集钻井仪表DRIN、变频器TF1、TF2……TFn、机旁接线箱JX1、辅机接线箱JX2的数据，依据所有采集的数据连续发出控制指令到变频器TF1、TF2……TFn、机旁接线箱JX1、辅机接线箱JX2，快取记录器（9）记录可编程控制柜PLC采集的数据和发出的动态指令，不与系统内的其它设备通讯。

所述的高压母线A、变频器TF1、TF2……TFn、为辅机供电的低压母线B，以及机旁接线箱JX1、辅机接线箱JX2、可编程控制柜PLC、输入键盘KEY、快取记录器R安装在一块带有防水外壳的撬体上。

机旁接线箱JX1和辅机接线箱JX2采用即插即用型可插拔连接件。

本实用新型具有如下特点：

1、设计的海洋平台钻井作业用模糊控制变频调速系统可通过采集平台的所有钻井作业用的信息，利用PLC系统执行控制指令，通过变频器控制钻井变频电机和钻井辅机，形成闭环控制系统，自动完成整个钻井作业。

2、系统的各个子系统均采用具有防护外壳的设备，接插件采用防止浸水的设计并且为即插即用型，提供了系统的耐腐蚀、耐潮湿的能力，可靠性和使用寿命高，完全满足海洋工程的实际需要。

附图说明：

图1为一种海洋平台钻修井用模块化模糊控制变频调速系统组成框图；

图中标记:

A：高压母线；

B：低压母线；

PLC；可编程控制柜；

JX1：机旁接线箱；

JX2：机旁接线箱；

KEY：输入键盘；

R：快取记录器；

TF1，TF2，TFn：变频器；

AK1，AK2，AKn：高压开关；

BK1，BK2，BKn：低压开关；

M1，M2，Mn：变频电机；

M-1，M-2，M-n：辅机电机；

DRIN:钻井仪表系统。

具体实施方式：

本实用新型的具体实施方式如下：

如图1所示，本实用新型的一种海洋平台钻修井用模块化模糊控制变频调速系统具体实施例，它包括为变频器TF1、TF2……TFn供电的高压母线A，控制变频电机转速的变频器TF1、TF2……TFn，变频电机M1、M2……Mn提供接线的机旁接线箱JX1，为辅助电机提供接线连接的辅机接线箱JX2，钻井设备用的变频电机M1、M2……Mn，为变频器提供通断电和保护作用的变频器与母线间的高压开关AK1、AK2……AKn；为辅机供电的低压母线B，为辅机提供通断电和保护作用辅机与低压开关BK1、BK2……BKn ，为钻修井的提供辅助服务的辅机电机M-1、M-2……M-n ；为整个系统按钻修井需要进行运转提供动态控制的可编程控制柜PLC，提供控制信息输入的输入键盘KEY，提供信息快速存储的即插即用的快取记录器R。提供钻井工艺参数的钻井仪表系统DRIN。

所述的变频器TF1、TF2……TFn通过变频器与高压母线间的开关与高压母线A相连获得电能，通过与可编程控制柜PLC相连接传送交互传送变频电机M1、M2……Mn运行数据和变频电机M1、M2……Mn运行指令，通过机旁接线箱JX1与变频电机M1、M2……Mn相连控制变频电机，所述的机旁接线箱JX1与可编程控制柜PLC相连接传送电机运行数据，所述的可编程控制柜PLC通过与钻井仪表系统DRIN相连，获得钻井仪表的关于钻井井深等钻井工艺数据，所述的可编程控制柜PLC通过辅机接线箱JX2同辅助电机M-1、M-2……M-n相连接，所述的输入键盘与可编程控制柜连接，所述的快取记录器R与可编程控制柜PLC连接。

所述的快取记录器R只记录可编程控制柜的工作数据，可以快速卸载，不予系统内的其它设备通讯。

所述的机旁接线箱JX1和辅机接线箱JX2，采用即插即用型可插拔连接件，并且配置有防水型外保护壳。

所述的机旁接线箱JX1可以与变频电机通讯。所述辅机接线箱JX2可以与辅助电机通讯。

所述的高压母线、变频器、高压母线、低压母线、机旁接线箱、辅机接线箱、可编程控制柜、输入键盘、快去记录器为一体化设计，安装在带有防水外壳的撬体上。整体配置防护防水保护壳。

本实用新型的工作过程如下;变频系统通过可编程控制柜PLC的输入键盘KEY输入参数，按预定设置启动变频系统，变频器TF1、TF2……TFn一一对应驱动变频电机M1、M2……Mn启动后，按预定的转速、扭矩等运行；数据通过数据总线发送给可编程控制柜PLC，可编程控制柜PLC对从变频器TF1、TF2……TFn采集到得的运行数据进行判断，通过调节频率对变频器TF1、TF2……TFn输出参数进行调整，进而一一对应调整变频电机M1、M2……Mn的输出转速、功率、扭矩并且可以启动或停止相应的电机；同时，可编程控制柜PLC通过钻井仪表系统DRIN获得钻井的井深、井口泥浆返回量、泥浆池液位量等信息，发出控制指令给变频器，变频器TF1、TF2……TFn调整变频电机M1、M2……Mn的转速、扭矩等参数，控制变频电机M1、M2……Mn的转速和扭矩驱动绞车满足钻井\/修井的工艺的要求，或者变频电机M1、M2……Mn驱动的泥浆泵，满足钻井需要的泥浆的流量的要求，同时可以对辅助电机M-1、M-2……M-n发出指令，相应的启动、停止电机，由辅助电机M-1、M-2……M-n完成为变频电机M1、M2……Mn服务和为其它钻井工艺流程服务的任务。这个系统是一个闭环控制系统。

本实用新型是利用可编程控制器PLC进行工艺数据的采集，并且发出控制指令，使得变频器同步发生变化，进而带动变频电机和辅助电机按需求转动。可以应用于所有的海洋平台的钻井设备或修井设备的控制，一体化设计可以在多个海洋平台间吊装。

设计图

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