基于PLC与变频器RS485通讯的油田电动修井机恒功率自动控制系统

论文摘要

油田修井作业机是油田工作过程中的重要装备。传统的修井机由柴油机驱动。柴油机效率低,其传动设备的传动效率低,而且存在漏油,污染,维护等等问题。由于交流变频调速系统具有调速范围宽,调速平滑方便,安全可靠,节省电能等等优点,近年来在油田修井作业机中占有较大比例。修井机负载是逐渐减小的,且只在首次提升等少数时刻需要大转矩,之后需要提高转速。若电动机运行在恒转矩调速段,则需要设计成大功率等级,但造成了电机功率浪费,且体积很大。其次要求操作人员有一定经验和素质随时调整转速以免超过功率限制。为了解决上述问题,本课题提出了一种新型的基于可编程控制器和变频器总线通讯的恒功率控制的智能控制系统。油田修井作业过程中负载是逐渐减小的,这与电动机在基频以上的恒功率调速特性基本一致,所以确定系统对电动机的控制为恒功率调速控制。本课题对修井机系统的电气控制部分进行全新设计,包括主电路的设计和控制电路的设计,使用可编程控制器作为控制核心,编制整个系统的控制程序,通过PLC与变频器的通讯来控制主电动机根据负载的变化,自动的判断合理的运行速度,并且配有安全措施保障电动机不超出功率限制值,则修井作业的安全性和可靠性将大大提高,并且作业的效率也会有所提升,对操作员的素质和经验的依赖性将减小。同时为了适应不同的操作人员,系统保留了传统的手动控制模式,使系统的使用趋于人性化。通过一系列的实验验证了系统的可行性和优越性,该系统已经成功应用于辽河油田修井作业中。并且适用于各类与油田修井机工作过程相似的,即首次起升需要较大力矩,提升过程中需要力矩较小,但需要提高转速减少作业时间的起重设备。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 修井机国内外发展现状
• 1.2.1 国内修井机发展现状
• 1.2.2 国外修井机发展现状
• 1.3 本论文主要研究工作
• 第二章 修井机恒功率自动控制系统结构
• 2.1 修井机恒功率自动控制系统组成
• 2.2 修井机恒功率自动控制系统各主要部分特性
• 2.2.1 PLC特性
• 2.2.2 变频器特性
• 2.2.3 三相交流多极感应电动机特性
• 2.3 修井机恒功率自动控制系统
• 2.3.1 修井机恒功率自动控制系统主电路图
• 2.3.2 修井机恒功率自动控制系统控制电路图
• 2.4 修井机恒功率自动控制系统运行方式
• 2.5 本章小结
• 第三章 修井机恒功率自动控制系统控制方案与工作原理
• 3.1 修井机恒功率自动控制系统控制方案
• 3.2 修井机恒功率自动控制系统工作原理
• 3.3 修井机恒功率自动控制系统的两种控制模式
• 3.4 本章小结
• 第四章 修井机恒功率自动控制系统的PLC控制程序
• 4.1 PLC控制程序的结构
• 4.1.1 PLC程序的组成部分
• 4.1.2 PLC的I/O分配情况
• 4.2 变频器通讯协议的应用
• 4.3 修井机恒功率自动控制系统的PLC控制程序主程序
• 4.4 修井机恒功率自动控制系统的PLC控制程序子程序
• 4.5 本章小结
• 第五章 修井机恒功率自动控制系统实验研究
• 5.1 实验概述
• 5.2 修井机恒功率自动控制系统主钩电机自动控制实验
• 5.3 修井机恒功率自动控制系统负载实验
• 5.4 实验结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢