ABB ACS800单传动试验装置研制与应用

罗小昌，邓忠彬，丁 辉，李 浩

(中海油能源发展装备技术有限公司 天津300452)

ABB ACS800单传动试验装置研制与应用

罗小昌，邓忠彬，丁 辉，李 浩

(中海油能源发展装备技术有限公司 天津300452)

为促进海洋电驱修井机ABB ACS800传动系统的全生命周期维护工作的开展，提升ABB ACS800传动系统应用价值，通过开展ABB ACS800传动系统技术研究，研制了一套ACS800单传动试验装置。该装置采用系统集成设计，以ACS800-01单传动单元为核心，配置了一体化工业平板电脑、一体化I/O PANEL及QABP 90L4A型变频电机，实现了CDP312R控制盘、I/O PANEL、Drive Window 3种方式对ACS800传动系统的控制功能。结合此装置，在人员技术培训和ACS800传动系统技术研究方面取得了良好的应用效果。

ACS800单传动试验装置 ACS800-01单传动单元 工业平板电脑 I/O PANEL 变频电机 Drive Window

0 引 言

近年来，随着交流变频驱动技术的发展，ABB ACS800传动技术已广泛装备于数字化、智能化的交流变频钻修机，并且在极短的时间内在海洋石油装备中占据了主导地位。ABB ACS800传动系统的全生命周期维护工作给我们带来了严峻考验，如何改善ACS800传动系统运行性能和快速响应传动系统故障问题，保证ACS800传动系统功能的完好性、保障海上油田稳定生产已迫在眉睫。鉴于此，笔者所在公司开展了ABB ACS800单传动试验装置的研制，并取得了成功。

1 总体设计

1.1 系统集成设计

ABB ACS800单传动试验装置包括：①操作台及辅助控制设施；②ACS800-01单传动；③工业平板电脑；④I/O PANEL；⑤变频电机(带磁粉制动单元和重载编码器)。

ABB ACS800单传动试验装置采用操作台集成设计，所有设备及元器件合理布局，ACS800-01单传动单元采用嵌入式壁挂安装于操作台内部，电气控制元件及辅助配件均安装于操作台内部，工业平板电脑及I/O PANEL安装于操作台前面板，变频电机及磁粉制动器固定于操作台底座，操作台操作面板设置观察窗口，保持整体布局便于操作、美观。总体布局图如图1所示。

图1 总体布局图Fig.1 Overall layout

1.2 功能实现

ACS800单传动试验装置有两种控制模式，可通过ACS800-01单传动单元配置的CDP312R控制盘或DriveWindow PC工具本地实现传动系统的操作、监控、数据/故障记录、备份等功能。[1]配置的I/O PANEL与ACS800-01传动单元RDCU的模拟输入/输出、数字输入/输出I/O口相连接，控制传动系统启停、转向、速度给定，实现运行状态监控。

2 装置硬件配置

2.1 ACS800-01单传动单元

ACS800-01单传动单元是ACS800单传动试验装置的核心设备，采用DTC直接转矩控制，允许更高的过载能力和启动力矩，无冲击力矩和力矩波纹，内置谐波滤波器，几近无谐波的保护传动系统，更具安全性与可靠性。友好的CDP312R用户接口可以实现传动系统快速简易的调试与运行。该单元选配RDCO-01光纤通讯模块，通过POF光纤和RUSB-02 DDCS 适配器进行连接；配置RTAC-01接口模块，采集变频电机编码器反馈信号，精准控制传动系统运行；配置RPBA-01通讯接口模块，扩展了Profibus-DP接口。控制接口如图2所示。

图2 控制接口图Fig.2 Control interface diagram

2.2 工业平板电脑

ACS800单传动试验装置配置了研华PPC-3150工业平板电脑，用于安装DriveWindow软件，此工业平板电脑主要具有以下特性：

① 配有38,cm真彩电阻式液晶显示屏及高性能的英特尔凌动四核处理器；②支持宽温(-20～60,℃)/宽压(9～32,VDC)的工作环境；③采用多串口设计，更容易与其他设备连接；④具有独立R422/R485和双千兆以太网接口；⑤内置PCI/PCIe插槽。

2.3 I/O PANEL

一体化I/O PANEL采用表面镀膜处理，结合功能实现需求，高度仿真了ACS800-01单传动单元RDCO-I/O的控制特性，集成了选择开关、LED指示灯、高精度电位器和高精度数显表，背板接线采用集中焊接方式，外观精致美观，控制清晰、稳定、精确。ACS800 I/0 PANEL如图3所示。

选择开关用于控制传动系统启停、转向、运行使能、故障复位、宏变换，LED指示灯指示当前设备运行状态，高精度电位器用于给定变频电机转速，并通过高精度数显表显示电机运行实时转速及电流值。

2.4 变频电机

2.4.1 技术特性

① 采用鼠笼型、F级绝缘结构，运行可靠、维护方便；②装有轴流风机，保持在高速运转下具有良好的冷却效果；③5～100,Hz无极调速，能够承受额定转矩的160%,过载运行1,min；④低转速转矩平滑，无爬行现象。

2.4.2 创新设计

QABP 90L4A型变频电机输出轴通过联轴器与采用空心轴联结、止口支撑式的磁粉制动器连接，变频电机轴另一端匹配抗轴电流绝缘护套，安装A02H重载型增量编码器，消除轴电流影响，同时保证安装接口与海上实际使用编码器的安装接口尺寸一致。

磁粉制动单元包括手动张力控制器和磁粉式制动器。手动张力控制器可在恒流、恒压、恒功率3种模式下工作，控制精度高、保证磁粉制动器力矩输出稳定可靠。磁粉制动器允许转速可达到1,500,r/min，制动力矩0～50,N·m，额定电流1,A，可模拟变频电机带负载短时运行。

图3 ACS800 IO PANELFig.3 ACS800 IO PANEL

3 装置软件设计

3.1 应用宏程序

依据I/O PANEL设计及用户自定义功能需求，ABB ACS800单传动试验装置选择了用户宏程序进行启动传动。通过一系列参数设置，实现ACS800单传动单元RDCU-I/O控制功能，分别由DI1、DI2作为给定信号源控制传动启停和转向，传动给定值类型选择为频率给定，分别由DI3和DI4激活运行使能信号和故障复位信号，由AI1作为速度给定信号源，正反向最大给定速度限制为±1,500,rpm，同时对传动单元实时运行状态进行监控。[2]

通过参数设置传动运行极限电流设置为150%,额定电流值，运行极限扭矩设置为200%,额定扭矩值，优化传动启动后输出最大启动转矩，平稳输出速度，获取最佳的传动保护措施。

激活ACS800-01传动单元可选模块，设置变频电机启动数据，完成传动标准辨识运行。

3.2 DriveWindow[3]

DriveWindow应用程序安装于基于Windows系统的工业平板电脑，用于调试和维护ACS800单传动试验装置，依据用户需求设置、改变、比较、备份恢复传动系统参数，完成传动系统启停、给定等控制功能。传动单元驱动变频电机运行期间，可有效对用户所需监测的电机运行参数进行监控，查看电机运行状态是否稳定，并对电机实时运行数据及出现的故障进行记录。

4 实际应用

结合ABB ACS800单传动试验装置，有效开展了人员技术培训和技术研究工作，取得的应用成果如下：

① 促使公司电驱动修井机电控技术攻关人员熟练掌握了DriveWindow、CDP312R控制盘、IO PANEL控制变频电机的基本原理和操作技巧，培训后均可独立完成海上电驱修井机ACS800传动系统电机辨识、启停、参数设置、系统备份等工作，彻底解决了原有技术条件下电控技术攻关人员维护ACS800传动系统能力无法有效提升的难题；②通过模拟现场电驱动修井机运行故障，采取有效方法解决了海上电驱修井机ABB ACS800传动系统通讯故障、绞车/转盘变频电机编码器故障、绞车主电机无悬停功能等问题；③通过使用DriveWindow PC工具，实现了对海上电驱修井机绞车、转盘、泥浆泵变频电机运转状况的监控。

5 结 语

ABB ACS800单传动试验装置的研制与应用，填补了公司技术攻关人员没有培训与实操装置的空白，通过开展技术培训与应用研究，积累了丰富的知识和经验，提高了技术攻关人员维护ACS800传动系统的能力，为现场故障提供了更有效的解决方案，为海上油田电驱修井机提供优质的服务与支持，使ABB传动系统在其整个生命周期内能够产生更大的经济效益。■

［1］ 林倩影，张桂香. OPC技术在ACS800多传动变频器通讯中的应用[J]. 电气传动，2008，38(1)：51-55.

［2］ 北京ABB电气传动系统有限公司. ACS800标准控制程序7. x固件手册[Z]. 2010.

［3］ 北京ABB电气传动系统有限公司. 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