簡易轉(zhuǎn)盤操作應(yīng)急裝置的研制

摘 要：通過研制簡易轉(zhuǎn)盤操作應(yīng)急裝置，實現(xiàn)當(dāng)電動轉(zhuǎn)盤PLC系統(tǒng)通訊完全中斷不能進(jìn)行操作時，簡易轉(zhuǎn)盤操作應(yīng)急裝置在短時間內(nèi)恢復(fù)轉(zhuǎn)盤正常操作，防止等停時間過長，出現(xiàn)井下復(fù)雜事故。該裝置大幅節(jié)約了維修等停時間，提高了工作效率，確保了鉆井生產(chǎn)正常運行和井下作業(yè)的安全。

關(guān)鍵詞：簡易轉(zhuǎn)盤操作應(yīng)急裝置；研制；井下；安全

電動鉆機和復(fù)合鉆機的轉(zhuǎn)盤都是電動轉(zhuǎn)盤，具體操作在司鉆控制房由司鉆控制，當(dāng)轉(zhuǎn)盤控制操作或通訊失效時，只能停機待修。現(xiàn)在電動轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)在使用周期較長，故障率較高，原有系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，其配件組織困難，修理周期長，嚴(yán)重影響正常鉆井生產(chǎn)和井下作業(yè)安全。因此，亟待研制一種應(yīng)急裝置以解決電動轉(zhuǎn)盤電控系統(tǒng)維修等停時間過長的問題，確保鉆井生產(chǎn)的正常運轉(zhuǎn)，防止發(fā)生井下復(fù)雜事故。

一、電動轉(zhuǎn)盤電控系統(tǒng)模式分析

現(xiàn)在的鉆機電控系統(tǒng)中針對轉(zhuǎn)盤電機的控制存在有兩種模式：PLC模式（正常通訊模式）和旁路模式。

PLC模式是指所有控制指令都是通過DP總線傳遞給轉(zhuǎn)盤變頻器，旁路模式是指關(guān)鍵控制指令，例如啟動、正反轉(zhuǎn)、速度給定等等均是通過硬連線的方式實現(xiàn)的，同時要結(jié)合一些變頻參數(shù)完成。

旁路模式本身就是對PLC模式的一種補充，一種應(yīng)急替代。在實際應(yīng)用過程中當(dāng)PLC模式出現(xiàn)通訊不正常的狀態(tài)時，認(rèn)為切入旁路模式有效避免了一些不必要的停機停產(chǎn)。

然而這兩種控制模式也存在一些問題，雖然在一個時刻只可能有一種模式有效，但兩種模式的硬件連接必須同時有效的，否則一部分操作或顯示功能就會失效，例如：在旁路模式下，啟動和正反轉(zhuǎn)、速度給定等指令是通過端口連線實現(xiàn)的，而在觸摸屏顯示的數(shù)據(jù)卻是通過DP總線通訊得到的，所以通訊不正常時即便是旁路模式，也無法正常顯示關(guān)鍵參數(shù)；在PLC模式下，如果不連接旁路控制線，變頻器會自動切入旁路狀態(tài)，從而不接受PLC指令，PLC模式無法工作。

兩種控制模式的硬件連線如果同時有效連接，那么從電氣的角度講相關(guān)兩部分的電路及元件都同時投入工作，只是其中一部分功能不顯現(xiàn)出來，那么這些電路及元件受到外部因素的影響出現(xiàn)故障的概率和風(fēng)險是一樣的，所以當(dāng)出現(xiàn)特別極端的外部突變時（如雷電，卡鉆，電源電壓突變等等），這兩部分極有可能同時損壞。

在實際生產(chǎn)過程中會經(jīng)常遇到上述問題，當(dāng)兩種控制模式同時失效時，要求我們有能夠快速恢復(fù)轉(zhuǎn)盤功能的方法或設(shè)備。

二、功能需求分析

為了解決第一節(jié)所述的問題，并根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，我們需要能快速替代原來控制系統(tǒng)的操作及顯示的設(shè)備，根據(jù)鉆井現(xiàn)場的實際工況，該設(shè)備應(yīng)具備以下特點或要求：

1、外形小巧輕便，整體便攜；

2、連線少，方便移除；

3、單一電源，低功耗；

4、基于變頻器最基礎(chǔ)的通訊；

5、操作與原控制系統(tǒng)基本一致，易于學(xué)習(xí)；

6、不能改動原系統(tǒng)接線；

7、不要改動原系統(tǒng)參數(shù)和程序；

8、原系統(tǒng)修復(fù)后，要能快速恢復(fù)到原系統(tǒng)；

9、整個流程簡單，不易出錯；

10、只要是6SE70系列變頻均可使用，不隨設(shè)備廠家不同而變化，不以功率不同而變化。

三、方案設(shè)計

（一）根據(jù)技術(shù)要求，首先確定通訊協(xié)議和控制主機單元及網(wǎng)路架構(gòu)，由于6SE70變頻器自帶的通訊協(xié)議和接口是USS通訊協(xié)議，PMU物理通訊接口，所以可以確定控制器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如下圖：

（二）確定替代流程圖：

（三）人機界面設(shè)計

由以上流程產(chǎn)生的不同的人機界面分別為連接界面，讀取界面，工作界面，如下：

（四）外觀及整體設(shè)計

為了現(xiàn)場操作建議，便于安裝攜帶，可以將該應(yīng)急裝置主體分為兩部分。

（五）轉(zhuǎn)盤控制操作及參數(shù)顯示內(nèi)容

根據(jù)生產(chǎn)需要該應(yīng)急裝置要求能夠?qū)D(zhuǎn)盤進(jìn)行啟動、正反轉(zhuǎn)、加減速、故障復(fù)位操作，顯示轉(zhuǎn)速，扭矩，故障代碼，電流，故障指示，運行指示等參數(shù)。

四、簡易轉(zhuǎn)盤操作應(yīng)急裝置的試用

該裝置已進(jìn)行了現(xiàn)場試用，效果良好，使得鉆井作業(yè)現(xiàn)場VFD電控系統(tǒng)故障后可短時連接有效備份使用，充分保證DB、LDB鉆機鉆井施工的連續(xù)性及井下安全，降低了設(shè)備綜合維修成本和檢維修作業(yè)時效。