簡易轉盤操作應急裝置的研制

摘 要：通過研制簡易轉盤操作應急裝置，實現當電動轉盤PLC系統通訊完全中斷不能進行操作時，簡易轉盤操作應急裝置在短時間內恢復轉盤正常操作，防止等停時間過長，出現井下復雜事故。該裝置大幅節約了維修等停時間，提高了工作效率，確保了鉆井生產正常運行和井下作業的安全。

關鍵詞：簡易轉盤操作應急裝置；研制；井下；安全

電動鉆機和復合鉆機的轉盤都是電動轉盤，具體操作在司鉆控制房由司鉆控制，當轉盤控制操作或通訊失效時，只能停機待修。現在電動轉盤系統在使用周期較長，故障率較高，原有系統一旦出現故障，其配件組織困難，修理周期長，嚴重影響正常鉆井生產和井下作業安全。因此，亟待研制一種應急裝置以解決電動轉盤電控系統維修等停時間過長的問題，確保鉆井生產的正常運轉，防止發生井下復雜事故。

一、電動轉盤電控系統模式分析

現在的鉆機電控系統中針對轉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總線傳遞給轉盤變頻器，旁路模式是指關鍵控制指令，例如啟動、正反轉、速度給定等等均是通過硬連線的方式實現的，同時要結合一些變頻參數完成。

旁路模式本身就是對PLC模式的一種補充，一種應急替代。在實際應用過程中當PLC模式出現通訊不正常的狀態時，認為切入旁路模式有效避免了一些不必要的停機停產。

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、速度給定等指令是通過端口連線實現的，而在觸摸屏顯示的數據卻是通過DP總線通訊得到的，所以通訊不正常時即便是旁路模式，也無法正常顯示關鍵參數；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，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出來，那么這些電路及元件受到外部因素的影響出現故障的概率和風險是一樣的，所以當出現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。

在實際生產過程中會經常遇到上述問題，當兩種控制模式同時失效時，要求我們有能夠快速恢復轉盤功能的方法或設備。

二、功能需求分析

為了解決第一節所述的問題，并根據現場的實際情況，我們需要能快速替代原來控制系統的操作及顯示的設備，根據鉆井現場的實際工況，該設備應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、基于變頻器最基礎的通訊；

5、操作與原控制系統基本一致，易于學習；

6、不能改動原系統接線；

7、不要改動原系統參數和程序；

8、原系統修復后，要能快速恢復到原系統；

9、整個流程簡單，不易出錯；

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

三、方案設計

（一）根據技術要求，首先確定通訊協議和控制主機單元及網路架構，由于6SE70變頻器自帶的通訊協議和接口是USS通訊協議，PMU物理通訊接口，所以可以確定控制器網絡架構如下圖：

（二）確定替代流程圖：

（三）人機界面設計

由以上流程產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）外觀及整體設計

為了現場操作建議，便于安裝攜帶，可以將該應急裝置主體分為兩部分。

（五）轉盤控制操作及參數顯示內容

根據生產需要該應急裝置要求能夠對轉盤進行啟動、正反轉、加減速、故障復位操作，顯示轉速，扭矩，故障代碼，電流，故障指示，運行指示等參數。

四、簡易轉盤操作應急裝置的試用

該裝置已進行了現場試用，效果良好，使得鉆井作業現場VFD電控系統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性及井下安全，降低了設備綜合維修成本和檢維修作業時效。