智能馬達控制系統在自升式鉆井平臺上的應用

劉寶民

摘要: 本文對CP300系列鉆井平臺智能馬達管理中心的工作原理、保護功能、產品結構和總線通訊進行了分析和介紹。

關鍵詞:電 動機保護與控制；現場總線

1．引言

隨著海工行業不斷進步及飛快發展，計算機控制可靠性的大幅度提高，智能化控制在越來越多的海工項目上得到應用，也促進一批次鉆井平臺的革新換代，CP300系列鉆井平臺設計之初采用了一整套專業化的集控制、保護與監測于一體的馬達智能解決方案，采用了西門子智能化馬達保護單元及其相應配套部件。為后續平臺設計提供了有效參考。

2．系統簡介

CP300系列鉆井平臺采用5部分MCC配選組成部分分別為1#MCC、2#MCC、通風MCC、鉆井1#MCC、鉆井2#MCC,其中1#、2#MCC分別為平臺設備及鉆井設備用，通風設備單獨MCC控制。每套MCC中分別配備智能馬達保護元件3UF7， ET200M等，通過PROFIBUS-DP現場總線與PMS及鉆井PLC通訊，實現MCC系統的配電回路控制及狀態采集。抽屜回路配置西門子的SIMOCODE智能馬達保護控制器，SIMOCODE 是一個靈活的模塊化電機管理系統，它組合了電機饋電回路所需要的所有功能。SIMOCODE 取代了大部分控制回路，還可以執行必要的互鎖。它可提供大量操作、維護和診斷數據，使電機饋電回路的功能更加透明。它通過 PROFIBUS DP，將電機饋電回路完全集成到一個主自動化系統中。

3．馬達控制，保護及監測

MCC要求對電機的啟動和停止做相應的控制，配置SIEMENS SIMOCODE pro 3UF7電動機保護器來實現，通過電流、電壓互感器對電機回路的電流和電壓進行檢測，并通過智能保護器作出判斷采取相應操作（停止運行），電機一旦出現相應的故障如過載、缺相、接地故障、馬達超溫等馬達保護器會顯示報警并做保護分斷。將所發生的電機故障上船給平臺PMS系統或鉆井PLC。

3.1馬達的控制

本平臺馬達的控制主要體現在MCC本地、遠程及上位機通訊控制三個方面。實現電動機的控制可以通過本地進行操作選擇，來決定控制權限的高低。3UF7支持平臺大功率設備直接啟動，另有軟啟動保護器供設計配備。抽屜回路的面板上安裝有SIMOCODE的操作面板，通過此安裝面板可以完成電機的啟動、停止操作。有一個轉換開關用來選擇電機的啟動方式是手動還是自動，轉換開關撥到手動位置，通過SIMOCODE的操作面板控制電機的啟動、停止；轉換開關撥到自動位置，通過PROFIBUS通訊控制電機的啟動、停止。還安裝有一個旋鈕，此旋鈕用來對電機的加熱器的電源進行控制。

軟起動器柜配置西門子的3RW44軟起動器。軟啟動器 3RW44 在每個相中都具有兩個反并聯晶閘管。分別是一個晶閘管用于正的和一個晶閘管用于負的半波。軟起柜的柜門上安裝有運行、停止和故障指示燈，控制電機啟動、停止的按鈕，對軟起進行復位的按鈕。顯示一路電流的電流表，電流表測量的是B相電流。如果柜內溫度過高，安裝在柜門上的風扇會進行冷卻。

3.2馬達保護

馬達保護是對電機運行過程中各種狀態進行的詳細信息采集，通過對故障報警，保護動作（保護脫扣），以及動作延時時間的設定來實現及時準確的保護，并將過載、缺相、接地故障、馬達超溫等信息上傳上位機。智能馬達保護器可以單臺電機進行參數設置，軟件一對一可調并進行單獨地址分配，將準確信息上傳給PMS及鉆井PLC，面板具備本地報警復位按鍵，方便故障結束后準確確認故障復位再次運行。

保護器的過載保護可以有效地保護馬達過熱狀態下重復起動，再次起動馬達時，保護器會自動判斷馬達停止運行后的溫度是否可以再次啟動，是則允許重新起動馬達，否則發出過載報警限定啟動。通過線電流檢測判斷電機缺相情況及三項是否平衡，給予報警并限定啟動。通過外接的互感器的測量來檢測電機運行是否處于接地故障情況，以零序電流的大小來判斷是否起動接地故障保護功能。

3.3馬達監測

MCC數據通過電動機保護器的通訊接口連接到PMS，接收PMS的指令對電機實施起動、停止操作，并且保證MCC內部網絡不受電氣設備的影響。操作面板集成了儀表、指示燈及按鈕的功能及故障監測功能，通過通信線與SIMOCODE pro 3UF7連接。通過操作面板提供的調試接口，通過筆記本電腦就可以很方便地對SIMOCODE pro 3UF7進行設置及參數修改。

4．系統通訊

本套MCC系統通過 PROFIBUS DP 實現標準的、開放式現場總線系統通訊（或轉換成RS485 RTU）

智能馬達保護器通過裝置的通信接口與PMS及鉆井PLC系統進行通信連接， 上傳馬達保護參數，接收指令進行相應控制。

5．結束語

CP300系列平臺使用的智能馬達控制中心得到現場有效實踐，證明了它的功能性，也為后續系列平臺智能馬達控制系統的使用積累了寶貴經驗，隨著海工平臺裝備的不斷推廣制造，智能馬達控制系統也將得到更多的應用。