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70D钻机直流电机控制系统稳定性影响因素研究
秦绍印1,朱红蕾2,乔卫3
1河南南阳油田钻井公司,473132
2河南南阳油田钻井公司,473132
3河南南阳油田钻井公司,473132
摘要:本文介绍的是70D电动钻机直流控制系统稳定性的影响因素。全篇是以我钻井队新增泥浆泵控制线路改造为主线,依次从司控房手轮给定信号干扰、PLC程序设计的稳定性、直流驱动控制系统的稳定性以及通讯电缆干扰这几个方面来进行详细的论述。
关键词:手轮给定、PLC程序、直流模块、通讯电缆
Abstract:This text introduces the influencing factors of the 70D electric rig DC control system stability。The whole text is my drilling team the newly increased mud pump control circuits reform as the main line,followed by the hand throttle wheel signal interference of the driller's console、the stability of the PLC program design、the stability of the DC driving control system munication cable interference ,these aspects are discussed in detail。
Key words:the hand throttle wheel、 PLC program 、 DC module 、communication cable

目前,国内70D电动钻机的泥浆泵、绞车、转盘等设备都是由直流电机驱动,直流电机的平稳安全运行,直接关系到井队的正常生产。直流电机能否平稳运行又取决于其控制系统的稳定性,其控制系统一般包括司钻控制箱、PLC控制系统和直流控制柜3个部分。井队司钻通过操作控制箱上的旋钮和手轮,就能够远程控制各直流电机的启停和运转速度,以完成各种工况。
在实际工作中有时会遇见直流电机控制不稳定,转速不稳定,出现转速不能精确控制的问题。下面我结合一次泥浆泵控制线路改造的经过,分析一下直流电机控制系统稳定性的影响因素。我钻井队有一部70D电动钻机,2001年投入运行,属于10年前的早期电动钻机,其直流电控房的指配功能能够驱动2台泥浆泵﹑一台直流顶驱和一台绞车,随着钻井技术和工艺的发展,直流顶驱已经被淘汰,更换为了交流变频顶驱,它由单独的一套交流变频装置对其驱动;现在在正常的钻井生产过程中需要2台泥浆泵同时进行工作,显然2台泥浆泵的配置已经不能够满足钻井生产的需要,一旦其中一台泥浆泵出现问题需要维修,就会直接影响到生产的进度,造成停等,并且现在甲方都要求井队配置3台泥浆泵来确保正常生产。于是我们经过认真考虑决定,在原有直流顶驱控制系统的基础上,对直流电机控制线路进行改造,使电控房实现3台泥浆泵的指配能力,保证一台泥浆泵的备用,减少因泥浆泵维修所造成的停等时间。该直流控制系统指配关系如图1-1所示
图1-1 直流系统指配关系图
线路改造的基本思路是利用原有直流顶驱的指配控制线路控制新增加的泥浆泵。改造的内容包括司钻控制台线路调整、直流控制房内接触器的配套更换、PLC控制程序的调整等几个方面。前期通过一系列的改造后,整个直流控制系统已基本实现了3台泥浆泵的指配,但是在新增直流电机运转的过程中出现电机控制不稳定,直流电机运转速度不能精确控制的问题,特别是在顶驱系统工作和重负荷工况下,电机转速不稳定的现象更加显著,随后我们在实践的过程中不断的摸索,逐渐的使控制系统得到完善,最终使得改造成功,实现了新增泥浆泵的精确控制。以下是我根据改造的整个过程从司控房手轮给定信号干扰、PLC程序设计的稳定性(斜坡控制)、直流模块的稳定性(双闭环控制系统)、通讯电缆干扰等几个方面进行分析直流电机控制系统稳定性影响因素的过程。

司钻通过司控房内的直流系统控制箱,来指配各泥浆泵的直流电机,并控制电机运转速度。速度给定手轮将设定的速度给定电位送入PLC的模拟量输入模块,此速度给定信号通过PLC的信号传输,送至直流模块的速度给定接口,从而控制可控硅的触发,最终控制调节泥浆泵的速度和转矩。所以,手轮给定信号的稳定是泥浆泵转速和扭矩控制的第一个环节,也是经常出问题的环节。
在实际工作中,手轮给定信号不稳定常遇见有三种情况。
第一种是由于手轮使用频繁,手轮给定电位器会经常出现电位器断丝,电位器表面积碳过多等情况,这些情况都会