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1、2015201520152015年年年年10101010月月月月2021/3/101目录目录石油钻机电控系统种类石油钻机电控系统种类A钻机电控中的钻机电控中的PLCPLC系统系统BPLCPLC 常见故障与排除方法常见故障与排除方法C钻机电控中常见的变频器钻机电控中常见的变频器D变频器故障与维修变频器故障与维修A现场故障实例分析现场故障实例分析B2021/3/10201 石油钻机石油钻机电控系统种类电控系统种类2021/3/103石油钻机电控系统的种类石油钻机电控系统的种类BAC模拟直流调速系统数字直流调速系统交流变频调速系统2021/3/104交流变频电传动总系统图交流变频电传动总系统图柴油发
2、电机组GEN1GEN2GEN3GEN4GEN1GEN1GEN1MCC系统开关柜断路器柜变压器辅助发电机现场操作台井场用电单元远程计算机显示器触摸屏PLC从站PLC从站继电器系统辅助供电主PLC工控机继电器系统3MP柜RT柜2MP柜DWB柜DWA柜顶驱系统DWA 制动柜1MP柜DWB 制动柜制动电阻3AC 600V 50Hz BUSMCC系统送钻柜制动单元司钻台1号综合柜2号综合柜控制线动力线编码器送钻1MPDWA滚筒DWB2MPRT3MP2021/3/105直流电传动总系统图直流电传动总系统图柴油发电机组控制线动力线切换接触器组GEN2GEN3GEN1600V AC BUS400V AC BU
3、SBYPASS防 爆 箱一体化仪表 滚筒编码器悬重传感器隔爆传感器组MCC系统工控机PS井场电气AS-I接口单元切换控制电路600V/400VSCR1SCR2SCR3SCR4SCR5送钻S7-300 CPUS7-300 CPUI/O模板PLCDP/AS-I接口IM153-3IM153-3I/O模板 触摸屏 司钻台2021/3/10602 钻机电控钻机电控中的中的PLCPLC系统系统2021/3/107PLCPLC的产生的产生可编程序控制器产生 1968年，美国通用汽车公司（GM）为适应生产工艺不断更新的需要，提出一种设想：把计算机的功能完善、通用、灵活等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便
4、、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置。这种通用控制装置把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，采用面向控制过程、面向对象的语言编程。使不熟悉计算机的人也能方便地使用，并提出十项招标指标。 美国数字设备公司（DEC）根据这一设想，于1969年研制成功了第一台可编程序控制器PDP14，并在汽车自动装配线上试用获得成功。该设备用计算机作为核心设备。其控制功能是通过存储在计算机中的程序来实现的，这就是人们常说的存储程序控制。由于当时主要用于顺序控制，只能进行逻辑运算，故称为可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）。 进入80年代，随着微电
5、子技术和计算机技术的迅猛发展，也使得可编程序控制器逐步形成了具有特色的多种系列产品。系统中不仅使用了大量的开关量，也使用了模拟量，其功能已经远远超出逻辑控制、顺序控制的应用范围。故称为可编程序控制器（Programmable Controller，简称PC）。但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，所以人们还沿用PLC作为可编程控制器的英文缩写名字。2021/3/108 常见的常见的PLCPLC西门子AB三菱LG日立松下GE欧姆龙在钻井电控中最常见的就是西门的S7系类PLC以及部分AB和欧姆龙的PLC。 西门子PLC优点： 西门子PLC功能大，系统稳定，性能质量好
6、，市场占有率最高。西门子结构化的编程方式，开放性好，支持多种通信协议。另外西门子适用多种人机界面和监控组态软件利于多厂家设备的通讯与集成，西门子做了很多功能块，减少了设计人员的负担。2021/3/109西门子西门子西门子西门子S7S7系列以及配套上位机系列以及配套上位机系列以及配套上位机系列以及配套上位机2021/3/1010西门子西门子西门子西门子PLCPLC欧姆龙欧姆龙欧姆龙欧姆龙PLCPLC2021/3/101103PLCPLC常见故障常见故障与排除方法与排除方法2021/3/1012 2021/3/1013一电源故障二通讯故障三IO故障四CPU故障使用过程中常见故障使用过程中常见故障2
7、021/3/1014自身指示灯判断其他设备现象判断2021/3/1015故障判断方式故障判断方式BFBusFault总线故障总线发生故障亮SFSystemFault系统故障模块硬件故障或者软件故障亮RUN运行运行时亮FRCE强制当强制变量时亮STOP停止PLC处于停止状态时亮5V绿色+5V电源指示S7300指示灯指示灯2021/3/1016故障判断方式故障判断方式触摸屏实现情况变频器通讯指示灯变频器面板工控机显示界面其他设备现象判断其他设备现象判断2021/3/1017正常运行时转盘润滑油泵出现停止转动现象，转盘主电机依然正常运行，触摸屏不报故障（DO模块故障，原设计无接触器反馈）。典型案例典
8、型案例40LDB(ABB)所有变频器均不能PLC控制启动，PLC的SF以及BF灯亮,程序死循环，去别掉电保存数值，重启解决问题。（程序设计缺陷）50DB(西门子)PLC状态下能使能，增加手轮MP1不能启动。（进入监控状态，测出输入模块故障）50DB钻机在下钻过程中系统中MP1不能准备，现场不报任何故障。(触摸屏纠偏零位)50DB(S120)2021/3/1018西门子西门子PLCPLC相关软件的应用相关软件的应用 Step7 V5.5 Step7 V5.5的基本应用的基本应用1S7-/300S7-/300程序下载、上传程序下载、上传2S7-200S7-200程序下载、上传程序下载、上传3202
9、1/3/101904 钻机电控中钻机电控中常见的变频器常见的变频器2021/3/1020变频器概述01整流回馈单元02制动单元03逆变器04u整流滤波电路u逆变电路u逆变器工作原理u均压电阻的作用u限流电阻的作用u续流二极管的作用ABB与西门子变频器052021/3/1021变频器系统外部连接变频器系统外部连接2021/3/1022变频系统的构成变频系统的构成232021/3/1023变频器简要工作原理变频器简要工作原理整流部分储能环节逆变部分M交流交流低压交直交通用变频器系统框图交流低压交直交通用变频器系统框图直流直流交流控制系统2021/3/1024更为直观的交直交变频原理框图更为直观的交
10、直交变频原理框图M3电压电压检测检测泵升泵升限制限制电流电流检测检测温度温度检测检测电流电流检测检测单片机显示设定接口PWM发生器驱动电路URUIR0R1R2RbVTbKR0R1RbR2Rb:制动电阻R0:预充电电阻R1R2:均压电阻2021/3/1025整流与滤波电路整流与滤波电路1 1u滤波电容要均压滤波电容要均压2021/3/1026整流与滤波电路整流与滤波电路2 2u充电过程要限流充电过程要限流 a）直接充电b）加入限流电阻思考思考:为什么限流电阻要并上为什么限流电阻要并上KM2, 它是什么它是什么, 起什么作用起什么作用? 2021/3/1027三相逆变原理三相逆变原理2021/3/
11、1028逆变电路逆变电路 ）逆变电路 ）电压波形 ）电流波形 2021/3/1029逆变电路逆变电路 2021/3/1030逆变电路逆变电路 u逆变电路的结构逆变电路的结构 a a）逆变电路）逆变电路b b）输出电压实际波形）输出电压实际波形c c）输出电压等效波形）输出电压等效波形 在逆变回路中在逆变回路中并联反向二极管并联反向二极管主要用于续流主要用于续流，同时由于负载存在感性，同时由于负载存在感性，IGBTIGBT关关断瞬间会在断瞬间会在IGBTIGBT两端产生极高的自感反相电压，此电压可能击穿两端产生极高的自感反相电压，此电压可能击穿IGBTIGBT。并联的。并联的二极管将这个二极管将
12、这个“自感反相电压自感反相电压”短路掉了，起到保护短路掉了，起到保护IGBTIGBT的作用。的作用。2021/3/1031动态能耗制动单元动态能耗制动单元u 动态制动单元主要由斩波制动器与制动电阻一起组成能耗制动装置，用于消耗直流母线上的所有逆变装置所产生的回馈能量，完成能耗制动，u 具体来说就是讲钻机下钻、转盘反转制动等产生的大量回馈能量消耗掉，保证钻机电控系统的正常运转。2021/3/1032ABBABB制动单元结构图制动单元结构图2021/3/1033制动单元配件制动单元配件2021/3/1034ABB-ACS8002021/3/1035ABB-ACS800ABB-ACS800uuACS
13、800ACS800系系列列逆逆变变器器的的最最大大优优点点在在于于冗冗余余设设计计，尤尤其其适适合合于于石石油油钻钻机机电电控控系系统统使使用用，减减少少现现场场维维修修维维护护工工作作量量，降降低低对对设设备备管管理理人人员员的的技技术术水水平平要要求求。每每一一台台逆逆变变模模块块都都是是一一台台完完整整的的三三相相逆逆变变器器，因因此此对对于于一一般般安安装装有有三三台台逆逆变变器器的的逆逆变变单单元元，一一台台出出现现故故障障后后，可可以以继继续续轻轻载载运运行行，减减少少故故障障停停机机时时间间，而而且且为为快快拆拆块块状状结结构构，更更换换方方便便，避避免免因因电电控控系系统统损损
14、坏坏而而影影响响整整机机运运转转，在在石油钻机上使用优势明显。石油钻机上使用优势明显。2021/3/1036ABB-ACS800ABB-ACS8002021/3/1037ABB-ACS800ABB-ACS8002021/3/1038西门子西门子6SE70/716SE70/712021/3/1039西门子西门子6SE70/716SE70/712021/3/1040CUVCCUVC板板是整个逆变装置的主控部分，所有控制参数都存储在是整个逆变装置的主控部分，所有控制参数都存储在CUVCCUVC的存储器中。所有参数的的存储器中。所有参数的处理，处理， 各个电子板的控制协调工作都是由各个电子板的控制协调
15、工作都是由CUVCCUVC发出指令来控制的；发出指令来控制的；组容吸收板组容吸收板是装在是装在IGBTIGBT上的，是上的，是IGBTIGBT的吸收回路；的吸收回路；IGDIGD板板也直接和也直接和IGBTIGBT相连，是控制相连，是控制IGBTIGBT的开通合关断的触发板，它接收的开通合关断的触发板，它接收CUVCCUVC发出的指令，然发出的指令，然后由后由IGDIGD板上的电路来控制板上的电路来控制IGBTIGBT的开关；的开关；IVIIVI板板上连接有各个传感器的电缆，也有上连接有各个传感器的电缆，也有CUVCCUVC与的排线（彩色）。与的排线（彩色）。IVIIVI像是一个桥梁一样，连像
16、是一个桥梁一样，连接着各个传感器合电子板，是所有信息，指令的交换中心，从接着各个传感器合电子板，是所有信息，指令的交换中心，从CUVCCUVC发出的指令由发出的指令由IVIIVI发往各个发往各个控制板，再将各个传感器收集来的信息传回控制板，再将各个传感器收集来的信息传回CUVCCUVC；PSUPSU板板是变频器的电子板的供电单元，是变频器的电子板的供电单元，CUVC,IVI,IGDCUVC,IVI,IGD等电子板的电源都是由等电子板的电源都是由PSUPSU板上的各个板上的各个变压器，开关电路所调制出的变压器，开关电路所调制出的24V24V，15V15V，15V15V，5V5V等直流电源所提供的
17、；等直流电源所提供的；EB1EB1板板，是钻机电控设备上经常出现的一个扩充电子板，是钻机电控设备上经常出现的一个扩充电子板，EB1EB1扩展板拥有扩展板拥有33个数字量输入、个数字量输入、44个双向数字输入个双向数字输入/ /输出、输出、11个差动模拟输入，可用于电流个差动模拟输入，可用于电流/ /电压输入、电压输入、22个模拟输入个模拟输入( (单端单端) )，也，也可用作数字输入、可用作数字输入、22个模拟输出、个模拟输出、11个外部个外部24V24V连接，用作数字输出；连接，用作数字输出；DTIDTI板板是使用在有编码器的装置中的数字测速机接口板，是使用在有编码器的装置中的数字测速机接口
18、板，vv接口板可以连接具有差动输出的接口板可以连接具有差动输出的HTLHTL编码器、电位隔离的编码器、电位隔离的HTLHTL编码器、编码器、TTLTTL编码器、可以支持大于编码器、可以支持大于150M150M的编码器电缆；的编码器电缆；CBP2CBP2板板为为MASTERDRIVESMASTERDRIVES耦合到上一级自动化系统，即常说的通讯板，通过通讯通道与耦合到上一级自动化系统，即常说的通讯板，通过通讯通道与SIMATICS7CPUSIMATICS7CPU进行非周期性的参数值交换，参数值最大长度为进行非周期性的参数值交换，参数值最大长度为118118个字。个字。2021/3/1041202
19、1/3/1042西门子西门子西门子西门子6SE70/716SE70/716SE70/716SE70/712021/3/104305变频器变频器故障与维修故障与维修2021/3/1044观现场观现场即目视检查,以发现形态上的异常,重点注意以下内容: 变频器前端整流元件有无爆裂？ 预充电电阻是否有烧毁（表面是否灰白色或掉渣）的迹象 预充电电阻的切除继电器是否有拉弧、烧坏迹象 快熔是否熔断 直流母线电容器是否有爆裂与飞弧的熏黑迹象 与功率元件相连的阻容吸收元件、压敏器件有无爆裂？ 各线路板上是否有元器件爆裂、烧毁、开焊等现象？ 系统内是否存在异物，小动物或昆虫尸体，有无液体侵入，大量灰尘堆积等情况？
20、（现场大部分炸机现象都是因为灰尘太多导致，钻机现场的恶劣环境程度决定了变频器寿命，电气工程师应注意平时的维护保养）闻气味闻气味系统中是否留有元件爆裂、飞弧、烧毁等焦糊味道问情况问情况仔细询问对故障发生过程中经历的人员故障发生的现象和过程测元件测元件对前面问题了解清楚后再做后面的单项元件检测。变频器维修检测的基本原则2021/3/1045ABB变频器维修拆装2021/3/1046ABB变频器维修拆装2021/3/1047ABB变频器维修拆装2021/3/1048西门子变频器维修拆装2021/3/10491、更换CUVC或者RDCU前首先备份。2、ABB、西门子自身的舒适性面板本身能备份大部分参数
21、，但是一些电机优化识别类的参数不能保存。3、ABB、西门子使用电脑端软件备份CU内程序是最安全可靠的也便于管理。4、DriveWindow 和DriverMonitor分别是ABB、西门子的调试软件。注意：数据备份问题不能小觑，重要设备调试好的数据丢失，属重大责任事故。注意：数据备份问题不能小觑，重要设备调试好的数据丢失，属重大责任事故。面面板板保保存存数数据据不不很很可可靠靠，且且易易误误操操作作损损坏坏或或丢丢失失数数据据，重重要要设设备备参参数数尽尽量量做做PC机机备备份份，最最好好在在另另外外可可靠的移动存储器做双备份。靠的移动存储器做双备份。变频器维修-更换CUVC或RDCU2021
22、/3/1050更换RDCU-02C模块时应注意下载备份原传动参数，更换完RDCU-02C模块后要把备份的参数下载到新的模块中。下面介绍一下备份和下载RDCU-02C传动参数。1)计算机单独连接到指定的RDCU-02C控制板。2)备份传动点参数和系统软件和系统软件和系统软件：（下列介绍的方法是控绑式下列介绍的方法是控绑式打包打包打包备份备份备份）3)启动Drivewindows2.2软件，选择“ABB.SMP“，点击”OK“按钮。4)创建备份包，名称默认为“Untitled.BPG5)备份所有传动点，选择BackupAll，或者备份单个传动点，选择Backup。6)选择所要备份的传动点名称。等待
23、备份完成。7)保存备份包，或者选择所要存储的位置，然后保存。退出备份包。8)整个备份过程完成。下面介绍如何恢复传动点参数和系统软件：（下列介绍的方法是系统软件和参数同时被恢复）1)启动Drivewindows2.2软件。2)选择“ABB.SMP“，点击”OK“按钮。3)连接新的RDCU-02C板子后，更改99.02组参数DEVICENAME为此传动点在你所要恢复的包里定义的那个传动点的名称。4)打开存在的备份包。选择你想恢复的传动点所在的备份包。选择恢复，等待搜索。5)选择你所要恢复的传动点，你确认要恢复该传动点参数吗，如果是就选择“YES“6)等待恢复完成。退出备份包，整个恢复过程完成。更换
24、RDCU前Drivewindows操作步骤2021/3/10511、在设备断电和完全放电后进行。2、场地干净，拆、装工具与部件、结构件应有区域存放。3、有正确、适用的拆装工具。4、准备好清洗剂（无水酒精）、耗材，注意防火。5、拆卸过程中做好记录，以备回装时查用。6、操作时穿着防静电工作服，佩带防静电完腕扣。注意经常执行静电释放动作。避免身体的静电损坏线路板及半导体元、器件。 不要用手直接触摸不要用手直接触摸IGBT的触发极，否则可能直接损坏的触发极，否则可能直接损坏IGBT元件。元件。变频器维修注意事项2021/3/1052功率模块更换的前提是必须查到损坏的根本原因，并首先消除再次损坏的可能，
25、才能更换逆变模块，否则换上去的新模块会再损坏。1)IGBT同绝缘栅场效应管一样要避免静电损坏。在装配焊接中防止损坏的根本措施是，把要修理的机器、IGBT模块、电烙铁、人、操作工作台垫板等全部用导线连接起来，使得在同一电场电位下进行操作，全部连接的公共点如能接地就更好。特别是电烙铁头上不能带有市电高电位，示波器电源要用隔离良好的变压器隔离。IGBT模块在未使用前要保持控制极G与发射极E接通，不得随意去掉该器件出厂前的防静电保护G-E连通措施。2)功率模块与散热器之间涂导热硅脂，保证涂层厚度0.1-0.25mm，接触面80%以上，紧固力矩按紧固螺钉大小施加（M413kgcm，M517kgcm，M6
26、22kgcm），以确保模块散热良好。3)机器拆开时，要对被拆件、线头、零件做好笔记。再装配时处理好原装配上的各类技术措施，不得简化、省略。例如，输入的双绞线、各电极连接的电阻阻值、绝缘件、吸收板或吸收电容都要维持原样；要对作了修焊的驱动印制板进行清洁和防止爬电的涂漆处理，以及保证绝缘可靠，更不要少装和错装零部件。变频器维修-更换功率模块2021/3/1053 4)并联模块要求型号并联模块要求型号、编号一致，在编号无法一致时，要确保被并联的全部模块性能相同。5)对因炸机造成铜件的缺损，要把毛刺修圆砂光，避免因过电压发生尖端放电而再次损坏。(直流功率部分一样需要磨平，严重的散热部件需要铣床铣平)6
27、)、有些无禁固部件的放置形态（如D尺寸装置中的电流互感器）需要注意安放方向标记。7)、拆装前必须完成装置的数据备份，要将工艺板的参数备份或记录完整。另一种方法是将原主板（CUVC或者是RDCU）原封不动暂存，用另一块CU板在维修期间暂用。8)、紧固可控硅与IGBT等功率器件时，应按照指明的紧固力矩植，用力矩扳手操作。9)、可控硅与IGBT模块在与散热器接触的底面上涂有导热硅脂，器件拆下后，用无水酒精将用无水酒精将安装基面擦洗干净安装基面擦洗干净，器件安装时要重新涂覆导热硅脂。注意不是多多益善，越薄、越均匀越好。注意不是多多益善，越薄、越均匀越好。变频器维修-更换功率模块2021/3/1054变
28、频器维修-更换斩波器以及注意事项2021/3/105506 现场故障实例分析现场故障实例分析2021/3/1056故障案例故障案例泥浆泵故障案例现场电机是直流它励电机，经检查发现其中一台电机的励磁严重偏小，导致电枢调节也不能满足正常的调节范围内MP1双电机功率分配不均衡0101泥浆泵在手轮回零位后微微转动SCR柜中的泥浆泵触发板老化误触发。0202泥浆泵不能启动系统不准备，无任何报警经过检查发现由于手轮不能回零大约在0.2V输出，零位连锁功能导致系统不准备所以不能启动，在触摸平时调整零位偏差后正常可启动。03032021/3/1057绞车故障案例某队更换完电机后未做动态辨识，绞车双电机运行时对
29、电机优化要求较高更换电机后应做电机动态识别。AB绞车功率分配不均衡0101绞车编码器松动。高速时绞车振动0202经过示波器观察B绞车反馈波形失真严重，测试编码器线阻抗大，重新换掉编码器屏蔽线后正常。DWB变频器报速度差异0303某队在接绞车线是将A绞车相序接法。AB绞车同时使用时振动并报警0404故障案例故障案例2021/3/1058其他故障案例通过观察能耗制动系统在绞车下方过程中在工作，由于ABB制动斩波器在多机器并联是才用的是主从关系，通过光纤通讯串行连接，其中间一个光纤口损坏都会导致信号传递的中断。直流母线电压报过压故障能，耗制动运行0101某直流调速系统中转盘风机润滑油泵能正常运行但是
30、主电机不能运行，检查发现PLC模拟量输出模块老化不能输出稳定正常的数值。RT不能使能转动0202主电机突然停止时，对应设备的风机、润滑油泵等正常运行，检查系统反馈，最确定反馈系统中的24伏电原不稳定。进度MP1MP2DW经常出现突然停机，但无任何报警信息0303单机使用时2301D控制柴油机组正常运行，当并车后功率均衡模块参与微调，经检查发现功率均衡的PWM控制信号没有进入2301，而是把其他端子接入的2301D，改线后正常。发电机单机正常并车后油门忽高忽低0404故障案例故障案例2021/3/1059长期周期故障案例长期周期故障案例1IGBT经常炸机26RA70可控硅经常烧3从站DP头过热烧
31、毁某井队司钻房内的从站DP头微热随着时间越久发热越厉害，最后烧毁。电控房有漏电处，导致司钻房与电控房地之间有电压差，DP通讯线上产生电流导致DP发热。某井队连续跟换IGBT功率模块炸机，随着使用年限邻近，电容器组老化严重虽然外观看不出存在问题但经过测量后发现容值和漏电指标严重不达标，更换电容器组后不再出现炸机情况。某井队SCR柜内的6RA70熔断器可控硅经常烧毁，应为设备已使用多年问题是近几年才凸显出来，经测试判断冷却不足，最终查出设计安装时就存在的问题，设备风机反转。2021/3/1060一、接线一、接线 由于石油钻机有移动性特点，并在在野外作业的特殊环境，高温、风沙、运输过程震动大等原因，
32、在搬家安装过程中会出现一些问题。当连接完系统上电后部分故障表现出来的。 比如：控制线缆拖拽中受损、通讯线缆屏蔽接地不可靠、线缆快速接头插针断裂、甚至接头接错。这些问题都会导致系统不能启动或者是启动后通讯收到干扰系统运行不稳定。 所以在遇到搬家后出现的问题时首先考虑下接线问题会不会导致当期故障，如果不排除接线问题时检测接线是最先应该做的。关于现场遇到过以下问题通过查线简单解决:1、某队搬家后泥浆泵设备不能启动，最后查出原因是电机急停被按下，由于平时很少用急停功能导致现场人员一直没考虑急停的原因。2、某队搬家后通讯不正常，查明原因两条DP通讯线差错口。3、转盘动力线接错，由于转盘接线空间小接线人员
33、急于接完导致接错接线柱。其实很多看似摸不着头绪的问题越是现场简单的错误造成的。现场常见问题2021/3/1061二、干扰二、干扰 现场常见故障1234通讯线是否插接牢固 屏蔽层是否损坏，是否接地牢固 现场走线是否符合EMC规范DP头是否良好、DP头拨码开关是否正确 2021/3/1062三、松动三、松动 绞车编码器松动是经常遇见的问题。绞车是不同于泥浆泵、转盘等系统的，其配备的编码器是转速反馈中重要的一环，当期松动后严重影响变频器对转速的正常识别导致各种故障。 各种控制线和通讯线的松动也会导致各种系统故障。现场常见故障2021/3/1063观谢看谢2021/3/1064提问答疑范俊杰186546322292021/3/1065
