ABB ACS800單傳動(dòng)試驗(yàn)裝置研制與應(yīng)用

羅小昌，鄧忠彬，丁 輝，李 浩

(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司 天津300452)

ABB ACS800單傳動(dòng)試驗(yàn)裝置研制與應(yīng)用

羅小昌，鄧忠彬，丁 輝，李 浩

(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司 天津300452)

為促進(jìn)海洋電驅(qū)修井機(jī)ABB ACS800傳動(dòng)系統(tǒng)的全生命周期維護(hù)工作的開展，提升ABB ACS800傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值，通過開展ABB ACS800傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)研究，研制了一套ACS800單傳動(dòng)試驗(yàn)裝置。該裝置采用系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)，以ACS800-01單傳動(dòng)單元為核心，配置了一體化工業(yè)平板電腦、一體化I/O PANEL及QABP 90L4A型變頻電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了CDP312R控制盤、I/O PANEL、Drive Window 3種方式對ACS800傳動(dòng)系統(tǒng)的控制功能。結(jié)合此裝置，在人員技術(shù)培訓(xùn)和ACS800傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)研究方面取得了良好的應(yīng)用效果。

ACS800單傳動(dòng)試驗(yàn)裝置 ACS800-01單傳動(dòng)單元 工業(yè)平板電腦 I/O PANEL 變頻電機(jī) Drive Window

0 引 言

近年來，隨著交流變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，ABB ACS800傳動(dòng)技術(shù)已廣泛裝備于數(shù)字化、智能化的交流變頻鉆修機(jī)，并且在極短的時(shí)間內(nèi)在海洋石油裝備中占據(jù)了主導(dǎo)地位。ABB ACS800傳動(dòng)系統(tǒng)的全生命周期維護(hù)工作給我們帶來了嚴(yán)峻考驗(yàn)，如何改善ACS800傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行性能和快速響應(yīng)傳動(dòng)系統(tǒng)故障問題，保證ACS800傳動(dòng)系統(tǒng)功能的完好性、保障海上油田穩(wěn)定生產(chǎn)已迫在眉睫。鑒于此，筆者所在公司開展了ABB ACS800單傳動(dòng)試驗(yàn)裝置的研制，并取得了成功。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)

ABB ACS800單傳動(dòng)試驗(yàn)裝置包括：①操作臺(tái)及輔助控制設(shè)施；②ACS800-01單傳動(dòng)；③工業(yè)平板電腦；④I/O PANEL；⑤變頻電機(jī)(帶磁粉制動(dòng)單元和重載編碼器)。

ABB ACS800單傳動(dòng)試驗(yàn)裝置采用操作臺(tái)集成設(shè)計(jì)，所有設(shè)備及元器件合理布局，ACS800-01單傳動(dòng)單元采用嵌入式壁掛安裝于操作臺(tái)內(nèi)部，電氣控制元件及輔助配件均安裝于操作臺(tái)內(nèi)部，工業(yè)平板電腦及I/O PANEL安裝于操作臺(tái)前面板，變頻電機(jī)及磁粉制動(dòng)器固定于操作臺(tái)底座，操作臺(tái)操作面板設(shè)置觀察窗口，保持整體布局便于操作、美觀?？傮w布局圖如圖1所示。

圖1 總體布局圖Fig.1 Overall layout

1.2 功能實(shí)現(xiàn)

ACS800單傳動(dòng)試驗(yàn)裝置有兩種控制模式，可通過ACS800-01單傳動(dòng)單元配置的CDP312R控制盤或DriveWindow PC工具本地實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)的操作、監(jiān)控、數(shù)據(jù)/故障記錄、備份等功能。[1]配置的I/O PANEL與ACS800-01傳動(dòng)單元RDCU的模擬輸入/輸出、數(shù)字輸入/輸出I/O口相連接，控制傳動(dòng)系統(tǒng)啟停、轉(zhuǎn)向、速度給定，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。

2 裝置硬件配置

2.1 ACS800-01單傳動(dòng)單元

ACS800-01單傳動(dòng)單元是ACS800單傳動(dòng)試驗(yàn)裝置的核心設(shè)備，采用DTC直接轉(zhuǎn)矩控制，允許更高的過載能力和啟動(dòng)力矩，無沖擊力矩和力矩波紋，內(nèi)置諧波濾波器，幾近無諧波的保護(hù)傳動(dòng)系統(tǒng)，更具安全性與可靠性。友好的CDP312R用戶接口可以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)快速簡易的調(diào)試與運(yùn)行。該單元選配RDCO-01光纖通訊模塊，通過POF光纖和RUSB-02 DDCS 適配器進(jìn)行連接；配置RTAC-01接口模塊，采集變頻電機(jī)編碼器反饋信號，精準(zhǔn)控制傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行；配置RPBA-01通訊接口模塊，擴(kuò)展了Profibus-DP接口?？刂平涌谌鐖D2所示。

圖2 控制接口圖Fig.2 Control interface diagram

2.2 工業(yè)平板電腦

ACS800單傳動(dòng)試驗(yàn)裝置配置了研華PPC-3150工業(yè)平板電腦，用于安裝DriveWindow軟件，此工業(yè)平板電腦主要具有以下特性：

① 配有38,cm真彩電阻式液晶顯示屏及高性能的英特爾凌動(dòng)四核處理器；②支持寬溫(-20～60,℃)/寬壓(9～32,VDC)的工作環(huán)境；③采用多串口設(shè)計(jì)，更容易與其他設(shè)備連接；④具有獨(dú)立R422/R485和雙千兆以太網(wǎng)接口；⑤內(nèi)置PCI/PCIe插槽。

2.3 I/O PANEL

一體化I/O PANEL采用表面鍍膜處理，結(jié)合功能實(shí)現(xiàn)需求，高度仿真了ACS800-01單傳動(dòng)單元RDCO-I/O的控制特性，集成了選擇開關(guān)、LED指示燈、高精度電位器和高精度數(shù)顯表，背板接線采用集中焊接方式，外觀精致美觀，控制清晰、穩(wěn)定、精確。ACS800 I/0 PANEL如圖3所示。

選擇開關(guān)用于控制傳動(dòng)系統(tǒng)啟停、轉(zhuǎn)向、運(yùn)行使能、故障復(fù)位、宏變換，LED指示燈指示當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，高精度電位器用于給定變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速，并通過高精度數(shù)顯表顯示電機(jī)運(yùn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速及電流值。

2.4 變頻電機(jī)

2.4.1 技術(shù)特性

① 采用鼠籠型、F級絕緣結(jié)構(gòu)，運(yùn)行可靠、維護(hù)方便；②裝有軸流風(fēng)機(jī)，保持在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下具有良好的冷卻效果；③5～100,Hz無極調(diào)速，能夠承受額定轉(zhuǎn)矩的160%,過載運(yùn)行1,min；④低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩平滑，無爬行現(xiàn)象。

2.4.2 創(chuàng)新設(shè)計(jì)

QABP 90L4A型變頻電機(jī)輸出軸通過聯(lián)軸器與采用空心軸聯(lián)結(jié)、止口支撐式的磁粉制動(dòng)器連接，變頻電機(jī)軸另一端匹配抗軸電流絕緣護(hù)套，安裝A02H重載型增量編碼器，消除軸電流影響，同時(shí)保證安裝接口與海上實(shí)際使用編碼器的安裝接口尺寸一致。

磁粉制動(dòng)單元包括手動(dòng)張力控制器和磁粉式制動(dòng)器。手動(dòng)張力控制器可在恒流、恒壓、恒功率3種模式下工作，控制精度高、保證磁粉制動(dòng)器力矩輸出穩(wěn)定可靠。磁粉制動(dòng)器允許轉(zhuǎn)速可達(dá)到1,500,r/min，制動(dòng)力矩0～50,N·m，額定電流1,A，可模擬變頻電機(jī)帶負(fù)載短時(shí)運(yùn)行。

圖3 ACS800 IO PANELFig.3 ACS800 IO PANEL

3 裝置軟件設(shè)計(jì)

3.1 應(yīng)用宏程序

依據(jù)I/O PANEL設(shè)計(jì)及用戶自定義功能需求，ABB ACS800單傳動(dòng)試驗(yàn)裝置選擇了用戶宏程序進(jìn)行啟動(dòng)傳動(dòng)。通過一系列參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)ACS800單傳動(dòng)單元RDCU-I/O控制功能，分別由DI1、DI2作為給定信號源控制傳動(dòng)啟停和轉(zhuǎn)向，傳動(dòng)給定值類型選擇為頻率給定，分別由DI3和DI4激活運(yùn)行使能信號和故障復(fù)位信號，由AI1作為速度給定信號源，正反向最大給定速度限制為±1,500,rpm，同時(shí)對傳動(dòng)單元實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。[2]

通過參數(shù)設(shè)置傳動(dòng)運(yùn)行極限電流設(shè)置為150%,額定電流值，運(yùn)行極限扭矩設(shè)置為200%,額定扭矩值，優(yōu)化傳動(dòng)啟動(dòng)后輸出最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，平穩(wěn)輸出速度，獲取最佳的傳動(dòng)保護(hù)措施。

激活A(yù)CS800-01傳動(dòng)單元可選模塊，設(shè)置變頻電機(jī)啟動(dòng)數(shù)據(jù)，完成傳動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)辨識(shí)運(yùn)行。

3.2 DriveWindow[3]

DriveWindow應(yīng)用程序安裝于基于Windows系統(tǒng)的工業(yè)平板電腦，用于調(diào)試和維護(hù)ACS800單傳動(dòng)試驗(yàn)裝置，依據(jù)用戶需求設(shè)置、改變、比較、備份恢復(fù)傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)，完成傳動(dòng)系統(tǒng)啟停、給定等控制功能。傳動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)變頻電機(jī)運(yùn)行期間，可有效對用戶所需監(jiān)測的電機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，查看電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)是否穩(wěn)定，并對電機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)及出現(xiàn)的故障進(jìn)行記錄。

4 實(shí)際應(yīng)用

結(jié)合ABB ACS800單傳動(dòng)試驗(yàn)裝置，有效開展了人員技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)研究工作，取得的應(yīng)用成果如下：

① 促使公司電驅(qū)動(dòng)修井機(jī)電控技術(shù)攻關(guān)人員熟練掌握了DriveWindow、CDP312R控制盤、IO PANEL控制變頻電機(jī)的基本原理和操作技巧，培訓(xùn)后均可獨(dú)立完成海上電驅(qū)修井機(jī)ACS800傳動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)辨識(shí)、啟停、參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)備份等工作，徹底解決了原有技術(shù)條件下電控技術(shù)攻關(guān)人員維護(hù)ACS800傳動(dòng)系統(tǒng)能力無法有效提升的難題；②通過模擬現(xiàn)場電驅(qū)動(dòng)修井機(jī)運(yùn)行故障，采取有效方法解決了海上電驅(qū)修井機(jī)ABB ACS800傳動(dòng)系統(tǒng)通訊故障、絞車/轉(zhuǎn)盤變頻電機(jī)編碼器故障、絞車主電機(jī)無懸停功能等問題；③通過使用DriveWindow PC工具，實(shí)現(xiàn)了對海上電驅(qū)修井機(jī)絞車、轉(zhuǎn)盤、泥漿泵變頻電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的監(jiān)控。

5 結(jié) 語

ABB ACS800單傳動(dòng)試驗(yàn)裝置的研制與應(yīng)用，填補(bǔ)了公司技術(shù)攻關(guān)人員沒有培訓(xùn)與實(shí)操裝置的空白，通過開展技術(shù)培訓(xùn)與應(yīng)用研究，積累了豐富的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，提高了技術(shù)攻關(guān)人員維護(hù)ACS800傳動(dòng)系統(tǒng)的能力，為現(xiàn)場故障提供了更有效的解決方案，為海上油田電驅(qū)修井機(jī)提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)與支持，使ABB傳動(dòng)系統(tǒng)在其整個(gè)生命周期內(nèi)能夠產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益?！?/p>

［1］ 林倩影，張桂香. OPC技術(shù)在ACS800多傳動(dòng)變頻器通訊中的應(yīng)用[J]. 電氣傳動(dòng)，2008，38(1)：51-55.

［2］ 北京ABB電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司. ACS800標(biāo)準(zhǔn)控制程序7. x固件手冊[Z]. 2010.

［3］ 北京ABB電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司. DriveWindow2 User’s Manual [Z]. 2010.

Development and Application of ABB ACS800 Single Drive Test Device

LUO Xiaochang，DENG Zhongbin，DING Hui，LI Hao
(CNOOC EnerTech Equipment Technology Co.，Ltd.，Tianjin 300452，China)

In order to promote the marine electric drive workover rig ABB ACS800 drive system of the whole life cycle of maintenance work，enhance the application of ABB ACS800 drive system，a research on the technology of ABB ACS800 drive system was carried out and a set of ACS800 single drive test device was developed．The device adopts the design of system integration，ACS800-01 single drive unit as the core，and has a configuration of the Industrial Tablet PC，I/O PANEL and QABP 90L4, type inverter motor．The ACS800,drive system can be controlled by the control panel，PANEL Drive and Window ACS800,in three ways．Combining with this device，it has obtained a good application effect in the technical training of personnel and the technical research of ACS800,drive system.

ACS800,single drive test device；ACS800-01,single drive unit；Industrial Tablet PC；I/O PANEL；inverter motor；Drive Window

TP23

：A

：1006-8945(2016)12-0036-03

2016-11-04