羅小昌，鄧忠彬，丁 輝，李 浩

(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司 天津300452)

ABB ACS800單傳動試驗裝置研制與應用

羅小昌，鄧忠彬，丁 輝，李 浩

(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司 天津300452)

為促進海洋電驅(qū)修井機ABB ACS800傳動系統(tǒng)的全生命周期維護工作的開展，提升ABB ACS800傳動系統(tǒng)應用價值，通過開展ABB ACS800傳動系統(tǒng)技術(shù)研究，研制了一套ACS800單傳動試驗裝置。該裝置采用系統(tǒng)集成設(shè)計，以ACS800-01單傳動單元為核心，配置了一體化工業(yè)平板電腦、一體化I/O PANEL及QABP 90L4A型變頻電機，實現(xiàn)了CDP312R控制盤、I/O PANEL、Drive Window 3種方式對ACS800傳動系統(tǒng)的控制功能。結(jié)合此裝置，在人員技術(shù)培訓和ACS800傳動系統(tǒng)技術(shù)研究方面取得了良好的應用效果。

ACS800單傳動試驗裝置 ACS800-01單傳動單元 工業(yè)平板電腦 I/O PANEL 變頻電機 Drive Window

0 引 言

近年來，隨著交流變頻驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展，ABB ACS800傳動技術(shù)已廣泛裝備于數(shù)字化、智能化的交流變頻鉆修機，并且在極短的時間內(nèi)在海洋石油裝備中占據(jù)了主導地位。ABB ACS800傳動系統(tǒng)的全生命周期維護工作給我們帶來了嚴峻考驗，如何改善ACS800傳動系統(tǒng)運行性能和快速響應傳動系統(tǒng)故障問題，保證ACS800傳動系統(tǒng)功能的完好性、保障海上油田穩(wěn)定生產(chǎn)已迫在眉睫。鑒于此，筆者所在公司開展了ABB ACS800單傳動試驗裝置的研制，并取得了成功。

1 總體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)集成設(shè)計

ABB ACS800單傳動試驗裝置包括：①操作臺及輔助控制設(shè)施；②ACS800-01單傳動；③工業(yè)平板電腦；④I/O PANEL；⑤變頻電機(帶磁粉制動單元和重載編碼器)。

ABB ACS800單傳動試驗裝置采用操作臺集成設(shè)計，所有設(shè)備及元器件合理布局，ACS800-01單傳動單元采用嵌入式壁掛安裝于操作臺內(nèi)部，電氣控制元件及輔助配件均安裝于操作臺內(nèi)部，工業(yè)平板電腦及I/O PANEL安裝于操作臺前面板，變頻電機及磁粉制動器固定于操作臺底座，操作臺操作面板設(shè)置觀察窗口，保持整體布局便于操作、美觀?？傮w布局圖如圖1所示。

圖1 總體布局圖Fig.1 Overall layout

1.2 功能實現(xiàn)

ACS800單傳動試驗裝置有兩種控制模式，可通過ACS800-01單傳動單元配置的CDP312R控制盤或DriveWindow PC工具本地實現(xiàn)傳動系統(tǒng)的操作、監(jiān)控、數(shù)據(jù)/故障記錄、備份等功能。[1]配置的I/O PANEL與ACS800-01傳動單元RDCU的模擬輸入/輸出、數(shù)字輸入/輸出I/O口相連接，控制傳動系統(tǒng)啟停、轉(zhuǎn)向、速度給定，實現(xiàn)運行狀態(tài)監(jiān)控。

2 裝置硬件配置

2.1 ACS800-01單傳動單元

ACS800-01單傳動單元是ACS800單傳動試驗裝置的核心設(shè)備，采用DTC直接轉(zhuǎn)矩控制，允許更高的過載能力和啟動力矩，無沖擊力矩和力矩波紋，內(nèi)置諧波濾波器，幾近無諧波的保護傳動系統(tǒng)，更具安全性與可靠性。友好的CDP312R用戶接口可以實現(xiàn)傳動系統(tǒng)快速簡易的調(diào)試與運行。該單元選配RDCO-01光纖通訊模塊，通過POF光纖和RUSB-02 DDCS 適配器進行連接；配置RTAC-01接口模塊，采集變頻電機編碼器反饋信號，精準控制傳動系統(tǒng)運行；配置RPBA-01通訊接口模塊，擴展了Profibus-DP接口。控制接口如圖2所示。

圖2 控制接口圖Fig.2 Control interface diagram

2.2 工業(yè)平板電腦

ACS800單傳動試驗裝置配置了研華PPC-3150工業(yè)平板電腦，用于安裝DriveWindow軟件，此工業(yè)平板電腦主要具有以下特性：

① 配有38,cm真彩電阻式液晶顯示屏及高性能的英特爾凌動四核處理器；②支持寬溫(-20～60,℃)/寬壓(9～32,VDC)的工作環(huán)境；③采用多串口設(shè)計，更容易與其他設(shè)備連接；④具有獨立R422/R485和雙千兆以太網(wǎng)接口；⑤內(nèi)置PCI/PCIe插槽。

2.3 I/O PANEL

一體化I/O PANEL采用表面鍍膜處理，結(jié)合功能實現(xiàn)需求，高度仿真了ACS800-01單傳動單元RDCO-I/O的控制特性，集成了選擇開關(guān)、LED指示燈、高精度電位器和高精度數(shù)顯表，背板接線采用集中焊接方式，外觀精致美觀，控制清晰、穩(wěn)定、精確。ACS800 I/0 PANEL如圖3所示。

選擇開關(guān)用于控制傳動系統(tǒng)啟停、轉(zhuǎn)向、運行使能、故障復位、宏變換，LED指示燈指示當前設(shè)備運行狀態(tài)，高精度電位器用于給定變頻電機轉(zhuǎn)速，并通過高精度數(shù)顯表顯示電機運行實時轉(zhuǎn)速及電流值。

2.4 變頻電機

2.4.1 技術(shù)特性

① 采用鼠籠型、F級絕緣結(jié)構(gòu)，運行可靠、維護方便；②裝有軸流風機，保持在高速運轉(zhuǎn)下具有良好的冷卻效果；③5～100,Hz無極調(diào)速，能夠承受額定轉(zhuǎn)矩的160%,過載運行1,min；④低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩平滑，無爬行現(xiàn)象。

2.4.2 創(chuàng)新設(shè)計

QABP 90L4A型變頻電機輸出軸通過聯(lián)軸器與采用空心軸聯(lián)結(jié)、止口支撐式的磁粉制動器連接，變頻電機軸另一端匹配抗軸電流絕緣護套，安裝A02H重載型增量編碼器，消除軸電流影響，同時保證安裝接口與海上實際使用編碼器的安裝接口尺寸一致。

磁粉制動單元包括手動張力控制器和磁粉式制動器。手動張力控制器可在恒流、恒壓、恒功率3種模式下工作，控制精度高、保證磁粉制動器力矩輸出穩(wěn)定可靠。磁粉制動器允許轉(zhuǎn)速可達到1,500,r/min，制動力矩0～50,N·m，額定電流1,A，可模擬變頻電機帶負載短時運行。

圖3 ACS800 IO PANELFig.3 ACS800 IO PANEL

3 裝置軟件設(shè)計

3.1 應用宏程序

依據(jù)I/O PANEL設(shè)計及用戶自定義功能需求，ABB ACS800單傳動試驗裝置選擇了用戶宏程序進行啟動傳動。通過一系列參數(shù)設(shè)置，實現(xiàn)ACS800單傳動單元RDCU-I/O控制功能，分別由DI1、DI2作為給定信號源控制傳動啟停和轉(zhuǎn)向，傳動給定值類型選擇為頻率給定，分別由DI3和DI4激活運行使能信號和故障復位信號，由AI1作為速度給定信號源，正反向最大給定速度限制為±1,500,rpm，同時對傳動單元實時運行狀態(tài)進行監(jiān)控。[2]

通過參數(shù)設(shè)置傳動運行極限電流設(shè)置為150%,額定電流值，運行極限扭矩設(shè)置為200%,額定扭矩值，優(yōu)化傳動啟動后輸出最大啟動轉(zhuǎn)矩，平穩(wěn)輸出速度，獲取最佳的傳動保護措施。

激活ACS800-01傳動單元可選模塊，設(shè)置變頻電機啟動數(shù)據(jù)，完成傳動標準辨識運行。

3.2 DriveWindow[3]

DriveWindow應用程序安裝于基于Windows系統(tǒng)的工業(yè)平板電腦，用于調(diào)試和維護ACS800單傳動試驗裝置，依據(jù)用戶需求設(shè)置、改變、比較、備份恢復傳動系統(tǒng)參數(shù)，完成傳動系統(tǒng)啟停、給定等控制功能。傳動單元驅(qū)動變頻電機運行期間，可有效對用戶所需監(jiān)測的電機運行參數(shù)進行監(jiān)控，查看電機運行狀態(tài)是否穩(wěn)定，并對電機實時運行數(shù)據(jù)及出現(xiàn)的故障進行記錄。

4 實際應用

結(jié)合ABB ACS800單傳動試驗裝置，有效開展了人員技術(shù)培訓和技術(shù)研究工作，取得的應用成果如下：

① 促使公司電驅(qū)動修井機電控技術(shù)攻關(guān)人員熟練掌握了DriveWindow、CDP312R控制盤、IO PANEL控制變頻電機的基本原理和操作技巧，培訓后均可獨立完成海上電驅(qū)修井機ACS800傳動系統(tǒng)電機辨識、啟停、參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)備份等工作，徹底解決了原有技術(shù)條件下電控技術(shù)攻關(guān)人員維護ACS800傳動系統(tǒng)能力無法有效提升的難題；②通過模擬現(xiàn)場電驅(qū)動修井機運行故障，采取有效方法解決了海上電驅(qū)修井機ABB ACS800傳動系統(tǒng)通訊故障、絞車/轉(zhuǎn)盤變頻電機編碼器故障、絞車主電機無懸停功能等問題；③通過使用DriveWindow PC工具，實現(xiàn)了對海上電驅(qū)修井機絞車、轉(zhuǎn)盤、泥漿泵變頻電機運轉(zhuǎn)狀況的監(jiān)控。

5 結(jié) 語

ABB ACS800單傳動試驗裝置的研制與應用，填補了公司技術(shù)攻關(guān)人員沒有培訓與實操裝置的空白，通過開展技術(shù)培訓與應用研究，積累了豐富的知識和經(jīng)驗，提高了技術(shù)攻關(guān)人員維護ACS800傳動系統(tǒng)的能力，為現(xiàn)場故障提供了更有效的解決方案，為海上油田電驅(qū)修井機提供優(yōu)質(zhì)的服務與支持，使ABB傳動系統(tǒng)在其整個生命周期內(nèi)能夠產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益?！?/p>

［1］ 林倩影，張桂香. OPC技術(shù)在ACS800多傳動變頻器通訊中的應用[J]. 電氣傳動，2008，38(1)：51-55.

［2］ 北京ABB電氣傳動系統(tǒng)有限公司. ACS800標準控制程序7. x固件手冊[Z]. 2010.

［3］ 北京ABB電氣傳動系統(tǒng)有限公司. DriveWindow2 User’s Manual [Z]. 2010.

Development and Application of ABB ACS800 Single Drive Test Device

LUO Xiaochang，DENG Zhongbin，DING Hui，LI Hao
(CNOOC EnerTech Equipment Technology Co.，Ltd.，Tianjin 300452，China)

In order to promote the marine electric drive workover rig ABB ACS800 drive system of the whole life cycle of maintenance work，enhance the application of ABB ACS800 drive system，a research on the technology of ABB ACS800 drive system was carried out and a set of ACS800 single drive test device was developed．The device adopts the design of system integration，ACS800-01 single drive unit as the core，and has a configuration of the Industrial Tablet PC，I/O PANEL and QABP 90L4, type inverter motor．The ACS800,drive system can be controlled by the control panel，PANEL Drive and Window ACS800,in three ways．Combining with this device，it has obtained a good application effect in the technical training of personnel and the technical research of ACS800,drive system.

ACS800,single drive test device；ACS800-01,single drive unit；Industrial Tablet PC；I/O PANEL；inverter motor；Drive Window

TP23

：A

：1006-8945(2016)12-0036-03

2016-11-04