智能马达控制系统在自升式钻井平台上的应用

刘宝民

摘要: 本文对CP300系列钻井平台智能马达管理中心的工作原理、保护功能、产品结构和总线通讯进行了分析和介绍。

关键词:电 动机保护与控制；现场总线

1．引言

随着海工行业不断进步及飞快发展，计算机控制可靠性的大幅度提高，智能化控制在越来越多的海工项目上得到应用，也促进一批次钻井平台的革新换代，CP300系列钻井平台设计之初采用了一整套专业化的集控制、保护与监测于一体的马达智能解决方案，采用了西门子智能化马达保护单元及其相应配套部件。为后续平台设计提供了有效参考。

2．系统简介

CP300系列钻井平台采用5部分MCC配选组成部分分别为1#MCC、2#MCC、通风MCC、钻井1#MCC、钻井2#MCC,其中1#、2#MCC分别为平台设备及钻井设备用，通风设备单独MCC控制。每套MCC中分别配备智能马达保护元件3UF7， ET200M等，通过PROFIBUS-DP现场总线与PMS及钻井PLC通讯，实现MCC系统的配电回路控制及状态采集。抽屉回路配置西门子的SIMOCODE智能马达保护控制器，SIMOCODE 是一个灵活的模块化电机管理系统，它组合了电机馈电回路所需要的所有功能。SIMOCODE 取代了大部分控制回路，還可以执行必要的互锁。它可提供大量操作、维护和诊断数据，使电机馈电回路的功能更加透明。它通过 PROFIBUS DP，将电机馈电回路完全集成到一个主自动化系统中。

3．马达控制，保护及监测

MCC要求对电机的启动和停止做相应的控制，配置SIEMENS SIMOCODE pro 3UF7电动机保护器来实现，通过电流、电压互感器对电机回路的电流和电压进行检测，并通过智能保护器作出判断采取相应操作（停止运行），电机一旦出现相应的故障如过载、缺相、接地故障、马达超温等马达保护器会显示报警并做保护分断。将所发生的电机故障上船给平台PMS系统或钻井PLC。

3.1马达的控制

本平台马达的控制主要体现在MCC本地、远程及上位机通讯控制三个方面。实现电动机的控制可以通过本地进行操作选择，来决定控制权限的高低。3UF7支持平台大功率设备直接启动，另有软启动保护器供设计配备。抽屉回路的面板上安装有SIMOCODE的操作面板，通过此安装面板可以完成电机的启动、停止操作。有一个转换开关用来选择电机的启动方式是手动还是自动，转换开关拨到手动位置，通过SIMOCODE的操作面板控制电机的启动、停止；转换开关拨到自动位置，通过PROFIBUS通讯控制电机的启动、停止。还安装有一个旋钮，此旋钮用来对电机的加热器的电源进行控制。

软起动器柜配置西门子的3RW44软起动器。软启动器 3RW44 在每个相中都具有两个反并联晶闸管。分别是一个晶闸管用于正的和一个晶闸管用于负的半波。软起柜的柜门上安装有运行、停止和故障指示灯，控制电机启动、停止的按钮，对软起进行复位的按钮。显示一路电流的电流表，电流表测量的是B相电流。如果柜内温度过高，安装在柜门上的风扇会进行冷却。

3.2马达保护

马达保护是对电机运行过程中各种状态进行的详细信息采集，通过对故障报警，保护动作（保护脱扣），以及动作延时时间的设定来实现及时准确的保护，并将过载、缺相、接地故障、马达超温等信息上传上位机。智能马达保护器可以单台电机进行参数设置，软件一对一可调并进行单独地址分配，将准确信息上传给PMS及钻井PLC，面板具备本地报警复位按键，方便故障结束后准确确认故障复位再次运行。

保护器的过载保护可以有效地保护马达过热状态下重复起动，再次起动马达时，保护器会自动判断马达停止运行后的温度是否可以再次启动，是则允许重新起动马达，否则发出过载报警限定启动。通过线电流检测判断电机缺相情况及三项是否平衡，给予报警并限定启动。通过外接的互感器的测量来检测电机运行是否处于接地故障情况，以零序电流的大小来判断是否起动接地故障保护功能。

3.3马达监测

MCC数据通过电动机保护器的通讯接口连接到PMS，接收PMS的指令对电机实施起动、停止操作，并且保证MCC内部网络不受电气设备的影响。操作面板集成了仪表、指示灯及按钮的功能及故障监测功能，通过通信线与SIMOCODE pro 3UF7连接。通过操作面板提供的调试接口，通过笔记本电脑就可以很方便地对SIMOCODE pro 3UF7进行设置及参数修改。

4．系统通讯

本套MCC系统通过 PROFIBUS DP 实现标准的、开放式现场总线系统通讯（或转换成RS485 RTU）

智能马达保护器通过装置的通信接口与PMS及钻井PLC系统进行通信连接， 上传马达保护参数，接收指令进行相应控制。

5．结束语

CP300系列平台使用的智能马达控制中心得到现场有效实践，证明了它的功能性，也为后续系列平台智能马达控制系统的使用积累了宝贵经验，随着海工平台装备的不断推广制造，智能马达控制系统也将得到更多的应用。