LOGO！控制器在電傳動石油鉆機MCC軟啟動上的應用

劉 浩，黨懷東，方建熙

（1.天水電氣傳動研究所有限責任公司，甘肅 天水741020，2.黃河水利水電開發總公司，河南 鄭州471000）

1 引言

石油鉆井大部分在野外作業，且鉆井設備隨開采井位的不同頻繁移動，因此其供電系統一般都采用自備柴油發電機組供電，整個電傳動系統是由發電、傳動及配電等部分組成的一個復雜的小電網系統。小電網抗沖擊能力小，所以在鉆機上對加重泵、灌注泵等大電機（37kW、55kW和75kW）的啟動一般都采取一拖四（1臺軟啟動器控制4臺電機的啟動）的軟啟動控制方式，以減小對電網的沖擊，確保小電網運行可靠穩定。

傳統的軟啟動方案多采用繼電器組成控制部分，實現電機的相互連鎖及啟停控制，線路復雜、故障點多、綜合費用高。采用LOGO！控制器省去了軟啟動控制柜，優化了柜體之間的接線，降低了設備和生產成本，且系統變得更加可靠、簡潔，方便了現場的運行維護。

2 設備功能描述

LOGO!是一種小型通用邏輯控制模塊。主機集成8個數字量輸入（包括2路AI 在12/24V DC狀態下）和4路數字量輸出，具有靈活的擴展功能，最大配置可達到：24DI、16DO、8AI、2AO；集成了與、或、非等8個基本功能塊和定時器、計數器、模擬量處理器等31個特殊功能塊來實現各種邏輯控制任務，提供了130個用于建立線路程序的功能塊存儲容量；編程軟件LOGO!Soft Comfort簡潔、靈活、易用，編輯控制邏輯靈活；具有密碼保護功能，可保護用戶的專有知識；集成了數據保持功能，可確保在設備突然掉電的情況下，安全保存數據；操作面板、帶背光的顯示器和電源集成一體。

3 系統組成

電傳動石油鉆機MCC軟啟動一拖四控制柜中包括一個軟啟動控制抽屜ST-0和4個電機控制抽屜ST-1至ST-4，軟啟動控制抽屜中主要元器件為：軟啟動器、LOGO！控制器、斷路器、熔斷器等，每個電機控制抽屜主要元器件有斷路器、軟啟動接觸器、旁路接觸器、熱繼電器、指示燈以及啟/停按鈕等。軟啟動器和LOGO！的配置如表1所示。

表1 軟啟動器和LOGO！配置表

軟啟動器選用ATS48系列中的產品，是由6個晶閘管組成的軟啟／軟停單元，功能豐富，性能可靠；控制器LOGO！選用230V AC型，主要完成電動機的啟/停控制、互鎖保護等。MCC軟啟動控制柜一次電路圖如圖1所示。

4 控制原理

MCC 軟啟動控制中LOGO！控制模塊數字量I/O點分配如表2所示。

表2 LOGO！數字量I/O點分配表

MCC軟啟動控制柜二次電路圖如圖2所示。

單元抽屜控制電源由各自的控制變壓器提供（380V/220V，主斷路器后級取電），主斷路器合閘后，控制柜處于待機準備狀態。當任意一個電機啟動按鈕被按下時，LOGO！控制器輸入信號（CPU模塊I2、I4，擴展模塊I2、I4）有效（為邏輯“1”），進入該臺電機的啟動程序，首先置位控制器“電機軟啟”數字量輸出點（CPU模塊Q1、Q3，擴展模塊Q1、Q3），對應軟啟接觸器（KM12、KM22、KM32、KM42）吸合，同時將啟動信號送給軟啟動器，軟啟動器開始工作，電機輸入電壓從零以預設函數關系逐漸上升。啟動結束后，軟啟動器發出旁路合閘（軟啟動器R2A、R2C觸點）控制信號給LOGO！控制器（CPU模塊I8），置位控制器“電機旁路”數字量輸出點（CPU模 塊Q1、Q3，擴 展 模 塊Q1、Q3），旁 路 接 觸 器（KM11、KM21、KM31、KM41）吸合，軟啟接觸器斷開，完成電機的啟動運行。

圖1 MCC軟啟動控制柜一次電路圖

圖2 MCC軟啟動控制柜二次電路圖

反之，當按下停止按鈕時，控制器輸入信號“電機停止”（CPU模塊I1、I3，擴展模塊I1、I3）有效（為邏輯“0”），如果此時該臺電機處于旁路運行狀態，相應旁路接觸器斷開，電機停止；如果該臺電機正處于軟啟動狀態，軟啟動接觸器斷開，電機停止。圖3所示為1號電動機軟啟控制程序功能邏輯圖，2、3、4號電機的控制邏輯與1號相同。

圖3 1號電動機軟啟控制程序功能邏輯圖

程序功能塊設計的其他功能：

①控制程序功能塊設計了聯鎖保護，當任意1臺電機處于軟啟動階段時，其他3臺都不能進行啟動控制；②設計了軟啟動階段的定時功能，如果在設定的時間20s內（時間可更改）電機沒有啟動，則自動斷開軟啟接觸器。

在實際應用中，為了增強系統運行的可靠性，在電機具有軟啟動功能的同時增加了電機直接啟動控制方式，保證在軟啟動器有故障時，電機可正常啟動運行，詳細控制電路見圖2。通過切換“軟啟/直啟”轉換開關（SA1、SA2、SA3、SA4）控制對應繼電器（K1、K2、K3、K4），繼電器吸合后電機的啟動、停止控制信號與LOGO！控制器完全脫離，切入到電機直接啟動的控制回路，控制對應電機的旁路接觸器，實現電機直啟控制。

5 控制功能擴展

該軟啟動控制方案具有很強的靈活性，在此基礎上稍作改動，可擴展實現多種組合的軟啟動控制功能。如實現電機的“軟啟/直啟”與“手動/自動啟動”、“遠控/近控啟動”的組合控制方式，完成遠程手動軟啟控制、遠程自動軟啟控制、本地自動軟啟控制、本地自動直啟控制等不同的控制功能。

6 結束語

LOGO！可編程控制器具有微型化、系統實現簡單、可靠性高、靈活性強等優點，使用其替代繼電控制，不但省略了許多繁瑣的中間控制環節，減少了二次接線、器件使用量和后續運行維護量，降低了系統造價，還大大提高了整套系統的可靠性和穩定性。按此方案設計的MCC軟啟動控制系統已在多套石油電控鉆機上應用，達到了理想的控制效果。此方案可推廣應用到其它需要軟啟動控制的領域中。

［1］西門子電氣傳動有限公司.LOGO！手冊［Z］.2003.

［2］施耐德電氣公司.Altistart 48軟啟動－軟停止單元用戶手冊［Z］.2004.