貝加萊可編程計算機控制器在鉆井平臺SCR 系統(tǒng)中的應(yīng)用
時間:2008-04-28 10:47:00來源:zhangting
導(dǎo)語:?勝利海洋鉆井公司是我國唯一一家從事淺海、極淺海鉆井作業(yè)的專業(yè)化公司
1 前言
勝利海洋鉆井公司是我國唯一一家從事淺海、極淺海鉆井作業(yè)的專業(yè)化公司。現(xiàn)有鉆井平臺八座,其中勝利九號鉆井平臺是1995 年底從美國引進的,為三樁自升式懸臂梁結(jié)構(gòu),作業(yè)水深30m ,鉆井能力7000m 。其可控硅系統(tǒng)(SCR)是美國ISC 公司于1978 年設(shè)計制造的。在過去兩年的鉆井作業(yè)中,暴露出了許多弊端,多次出現(xiàn)故障,影響了鉆井生產(chǎn)的順利進行,不能很好地滿足鉆井生產(chǎn)的需要。為此,對平臺的SCR系統(tǒng)進行了技術(shù)改造。經(jīng)過兩個鉆井井組的實驗運行,各項性能指標(biāo)達到了預(yù)期效果。
此項改造,為海洋鉆井平臺SCR系統(tǒng)采用數(shù)字化智能控制探索出了一條新的思路。
2 原SCR 系統(tǒng)故障分析及改造方案的提出
勝利九號鉆井平臺的SCR系統(tǒng)是1978 年設(shè)計制造,由于設(shè)備老化,元件陳舊等原因多次出現(xiàn)故障,主要表現(xiàn)為:控制系統(tǒng)運行不可靠,靈敏度低,引起設(shè)備誤動作;保護功能不完善,缺乏電流限制和功率限制,曾發(fā)生過燒毀可控硅的嚴(yán)重事故;在大負荷時造成憋車現(xiàn)象,給柴油機的正常運行造成極大的壓力,給日常設(shè)備檢修帶來很大的不便,容易造成井下復(fù)雜情況,不能很好地滿足鉆井生產(chǎn)的需妥。此外,由于這些原因給頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)的安裝和調(diào)試也會帶來麻煩。
鑒于以上原因,作者提出了利用可編程控制器對SCR系統(tǒng)改造的設(shè)想,并與電器維修中心協(xié)商論證,擬訂了可編程計算機控制器為中樞的SCR系統(tǒng)改造方案。經(jīng)過一年時間的系統(tǒng)分析,考證及試驗,在準(zhǔn)確掌握各種工況的基礎(chǔ)資料后,于1998 年3 月對平臺的SCR系統(tǒng)進行了改造。
采用可編程計算機控制器(Programmahle computer controlle ,簡稱PCC)控制的智能化控制系統(tǒng),其最大優(yōu)點是可靠性強、靈敏度高;具有故障自診斷和數(shù)據(jù)顯示功能,便于排除故障,電流限制合理,準(zhǔn)確;保護停機與報警功能完善。大大提高了安全生產(chǎn)效率。
3 改造后的SCR系統(tǒng)介紹
這次SCR 系統(tǒng)主要改造了控制系統(tǒng),包括PCC 控制、觸發(fā)電路、電壓電流反饋電路等,下面將分別介紹。
3.1 可編程計算機控制器(PCC)
可編程計算機控制器(PCC)選用上海貝加萊工業(yè)自動化(上海)公司的2000 系列產(chǎn)品??删幊逃嬎銠C控制器代表著一個全新的控制概念,它集成了 可編程控制器(Programmable Logical controller ,簡稱PLC )的標(biāo)準(zhǔn)控制功能和工業(yè)計算機的分時多任務(wù)操作系統(tǒng)功能。它能方便地處理開關(guān)量、模擬量,進行回路調(diào)節(jié),并能用高級語言編程,具備大型機的分析運算能力。其硬件具有獨特新穎的插拔式模塊結(jié)構(gòu),可使系統(tǒng)得到靈活多樣的擴展和組合。軟件也具備模塊結(jié)構(gòu),系統(tǒng)擴容時只需在原有基礎(chǔ)上疊加應(yīng)用軟件模塊,其應(yīng)用可從簡單的邏輯控制直到復(fù)雜的分散化控制??梢哉f,PCC是這次改造后的SCR 系統(tǒng)的大腦中樞。在SCR系統(tǒng)中起了非常重要的作用。
B&R2003 系統(tǒng)是一種緊湊型的可編程計算機控制器,是這次改造的主要元件。它兼有中央智能和遠程智能,既能以自己的CPU 作獨立的控制器,并進行遠程擴展,又能和現(xiàn)場總線連接,作遠程I / O 模塊。B&R2003 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也是模塊式的,所有的模塊尺寸都相同,擴展和應(yīng)用非常靈活。還能提供不同的檢測功能,如I / 0 模塊電壓監(jiān)控、站電壓監(jiān)控、排障監(jiān)控、空閑周期監(jiān)控、輸出監(jiān)控等。
B&R2003 系統(tǒng)的硬件包括以下幾個方面:
( 1 )處理器:Motorola+RISC ;
( 2 )一個CPU 存儲容量:帶EPROM 和FLASHPROM 的模塊(100K ~16MRAM 和256K ~16MROM ) ;
( 3 )數(shù)字I / 0 模塊:每個模塊八點(晶體管或繼電器);
( 4 )模擬I / O 模塊;每個模塊四個通道(電壓、電流等);
( 5 )基板,最多可放九個模塊;
( 6 )網(wǎng)絡(luò)及現(xiàn)場總線接口:CAN 、RS232 / RS485 / RS422 。
3.2 觸發(fā)電路
觸發(fā)電路板是根據(jù)SCR ON橋?qū)τ|發(fā)脈沖的要求而設(shè)置的。本次系統(tǒng)改造觸發(fā)電路采用CA6100數(shù)字型觸發(fā)板。CA6100觸發(fā)橋具有通用特性,用于控制可控硅的門極延遲觸發(fā)角,從而實現(xiàn)移相控制。
CA6100通用可控硅觸發(fā)板是以40 芯CMOS 大規(guī)模集成電路(專用芯片)為核心,利用鎖相關(guān)技術(shù)(PLL)和多芯片合成技術(shù)( MCM ) ,根據(jù)壓控振蕩器(VCO )鎖定的三相同步信號間的邏輯關(guān)系設(shè)計出的一種可控硅觸發(fā)系統(tǒng)。0~5V 的直流輸入電壓信號,可以控制輸出脈沖的移相范圍從5° 一175°可調(diào)。任何可調(diào)或手動輸出的電壓都可以很方便的與其連接,以控制大功率可控硅的工作。它在計算機、模擬或數(shù)字調(diào)節(jié)器與大功率可控硅之間形成了一個很好的緩沖界面,一方面,保證可靠而且有效的傳輸控制信號,實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)定的控制功能;另一方面,大大減輕了主電路對控制電路的干擾,在計算機及控制電路失控時能夠自動保證主電路安全,提高了系統(tǒng)工作的可靠性。
CA6100觸發(fā)電路板具有以下的優(yōu)點:
( l )輸出的三相觸發(fā)脈沖通過高頻同步脈沖分頻計數(shù)輸出,因而具有高度的對稱性、均衡性和良好的控制線性度;
( 2 )觸發(fā)板無需同步變壓器,同步信號直接用高值電阻取自與可控硅相連的主回路,自動實現(xiàn)與電網(wǎng)同步;
( 3 )觸發(fā)板集缺相保護、軟啟停等功能于一體,功能密集程度較高;
( 4 )具備相序自動測控核對能力,從而使其在主電路與調(diào)節(jié)器的聯(lián)線上變得簡單、可靠,無需作任何調(diào)測便能投入運行;
( 5 )主觸發(fā)板與輔助觸發(fā)板相結(jié)合,可以很方便的實現(xiàn)輸出12 個門極脈沖信號,而不再需要另外一個獨立的門極延遲發(fā)生器。
3.3 其他元件
該系統(tǒng)的電流取樣信號采用1500A / 0.1A 三相全橋整流,并帶有微分反饋。電壓取樣信號是把主回路直流電壓分壓后取得。
4 功能介紹
這次SCR 系統(tǒng)改造,較過去增加了電流限制、閃光報警、數(shù)據(jù)顯示、保護等功能、使SCR系統(tǒng)更為完善、安全、可靠。
4.1 電流限制
電流限制功能可由外部電位器設(shè)定,也可以由計算機內(nèi)部設(shè)定。對于不同的設(shè)備,根據(jù)負載情況不同,而電流限制不同。帶動泥漿泵時,雙電機電流限定為1400 A ,由PCC 內(nèi)部設(shè)定。帶動絞車時,單電機限定電流900A ,帶雙電機電流限定為1800 A,腳踏時減半,由PCC 內(nèi)部設(shè)定。轉(zhuǎn)盤或頂驅(qū)為活動限制,由鉆臺通過手輪電位器給定,通過PCC處理以后輸出響應(yīng)。
4.2 報警和保護功能
(1)當(dāng)主可控硅柜內(nèi)冷卻風(fēng)機故障時,鉆臺和可控硅室內(nèi)SCR ON 指示燈同時頻閃(l 秒/次)。此時仍可強制使用,但只能維持10 分鐘(以手輪或腳踏啟動時計), 10 分鐘以后封鎖觸發(fā)板并閃光報警(0.5 秒/次)。
(2)具有可靠的手輪封鎖功能,當(dāng)手輪和腳踏均不啟動時,或啟動時手輪沒有回到零位,觸發(fā)板均被封鎖,絕不產(chǎn)生失控間題。
(3)泥漿泵運行時,當(dāng)電流超過1200 A時,鉆臺和可控硅室內(nèi)SCR ON指示燈頻閃(1 秒/次)警示。
(4)具有合理的腳踏功能。當(dāng)腳踏啟動時,最大電流限制為電機電流的50 % ,不會產(chǎn)生憋車現(xiàn)象。手輪和腳踏可以并用,當(dāng)絞車手輪啟動以一定的速度運行時,踩下腳踏開關(guān),絞車在原速度的基礎(chǔ)上加速運行,并且腳的“感覺”很好,即當(dāng)手輪的速度為V 時,記手輪的百分比速度為VH % ,則余下的(1 一VH % )可由腳踏按行程均勻分擔(dān)。
(5)當(dāng)各路開關(guān)選擇正確,但回路開路時,SCR 系統(tǒng)報警(l 秒/次)或停機并報警(0.5 秒/次):
電流反饋回路開路時,報警;
電壓反饋回路開路時,報警;
手輪給定回路開路時,停機并報警;
腳踏給定回路開路時,報警,并使該回路無效;
轉(zhuǎn)盤或頂驅(qū)電流限制回路開路時,停機并報警。
(6)PCC 面板可顯示可控硅所帶負載,可控硅的電壓、電流,風(fēng)機運行情況及報警原因,且報警有記憶功能。
5 結(jié)束語
改造后的可控硅系統(tǒng)經(jīng)過兩個鉆井井組的實驗運行,各項性能指標(biāo)均達到了預(yù)期設(shè)計要求,改造取得了成功。這次可控硅系統(tǒng)改造實現(xiàn)了鉆井平臺模擬控制到數(shù)字智能化控制的飛躍,為國內(nèi)鉆井平臺可控硅系統(tǒng)數(shù)字化控制探索出了一條新途徑。
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