电潜泵专用变频控制系统讲义

OTSVFDS
110KW~560KW
软件系统与 操作说明
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电潜泵专用变频器特点
中海油采技服公司自主研发的OTSVFDS海上平台专 用变频器，具有以下功能及特点：
潜油电泵专用电机保护功能，针对现 场状况设置参数，延长电机寿命。 硬件结构紧凑、体积小，可根据现场 实际情况优化结构和外形设计。
强大的通讯接口，可集成仪表、井下 测试等数据，实现井上井下一体化。
【主营业务】
DCS系统和ESP地面控制系统设计、制造、安装； 工频和变频控制设备自主研发、设计与制造； 自动化控制系统维护、检修、改造服务； 移动控制站设计、制造与租赁服务； 井口安全控制系统设计、制造； 低压配电系统设计、制造； 钻机模块系统研发；
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LOGO
中海油能源发展股份有限公司采油技术服务分公司
ABB、西门子进口通用型变频器
根据电机额定数据的通用设置 无法采集仪表和井下数据 未集成测试技术功能 通用型号，体积规格固定不能改变 价格昂贵 从订购至到货必须16周 大多为英文操作界面，设置繁琐
VS
OTSVFDS电潜泵专用变频器无论是从功能 还是成本上考虑，都比进口通用型变频器 更适合海上平台的采油应用 8
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主要内容
1 2 3 4 5 变频控制系统的研发背景 电潜泵专用变频器 软件设计及监控
系统本地及远程通讯 发展前景及目标
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技术 推动 发展
采技服机械采油分公司是中海油专门从事海上油气田人工举 升方案设计、采油采气设备、电潜泵地面控制设备开发、生 产、技术配套以及现场作业服务的专业公司。公司下设三个 专业部门：油田测试技术服务部；油田机采技术服务部和电 气控制设备厂。 电气控制设备厂是采技服公司以提高采收率为核心产 业链条中的重要一环，专精于为海上油气田及化工企 业提供自动化控制系统方案设计、制造及配套服务。
工频直启，冲击电泵 固定频率，不能调产 额定功率，电能消耗 VS
变频软启，保护电泵 可变频率，能够调产 适用功率，降低能耗
数据单一，人工记录
工频控制柜 变频器
数据详细，自动记录

随着变频器在海上平台的应用推广，变频控制系统的 优点也显现出来。应用变频器控制油井生产，不但提 高了油井产量，同时大大降低了能耗。变频器在海上 平台的应用量呈现逐年递增趋势。 3
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OTSVFDS与通用变频器对比
OTSVFDS电潜泵专用变频器与传 统进口通用型变频器的功能与特性 对比
OTSVFDS电潜泵专用变频器
• • • • • • • 专门针对现场应用的电机保护参数设置 仪表和泵工况等井下测试数据采集并显示 测试技术集成，实现井上井下闭环控制 根据现场情况，设计硬件结构与体积 变频器国产化，成本降低10-15% 自主生产，生产周期仅为6-8周 中文操作界面，友好，操作简单 • • • • • • •
可对变频器自身产生 的故障进行复位 12
主要内容
1 2 3 4 5 变频控制系统的研发背景 电潜泵专用变频器 软件设计及监控
系统本地及远程通讯 发展前景及目标
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软件设计及监控
软件系统
变频器本地软件系统
基于变频模块集成的 显示面板（或另外增加 触摸屏）和逻辑硬件设 备进行应用功能的编程 设计，满足变频器本地 显示及应用需要，并设 计所需数据的通讯逻辑 地址，便于远程监控。
UPS备用电源
网络型PLC
·支持Profibus DP总线通讯 ·可扩展各种通讯模块 ·STEP7编程
中央控制柜
彩色打印机
·实时及历史曲线打印 ·故障记录打印 ·历史数据打印
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WINCC 及 PLC 程序设计
STEP7编程 WINCC编程
远程
地址
PLC
上位机
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中央集成监控软件人机界面
中央监控系统提供最完善的 数据监控及电机保护功能
中央集成监控软件系统
基于工控计算机及 PLC模块进行中央集成 监控系统的程序设计， 将整个变频控制系统中 所涉及到的硬件设备数 据统一采集，通过程序 控制，并预置远程通讯 数据逻辑，为远程通讯 开放接口。 14
系统关联
软件系统关联
平台中控及远程监控 变频器本地软 件系统
检测电机运行数据 •电机保护功能设置 •开放通讯接口 •闭环控制系统 •故障报警处理
变频器本地监控 • 在平台中控室可以 随时监视现场变频 器的运行状态和所 有运行数据，并拥 有关停权限
• 在变频器自身柜门 上的操作面板可进 行操作和数据监视
• 在中央控制柜上的 工业计算机上可对 所有变频器进行任 意操作和所有数据 的查询
三级监控系统，用户操作、监视数据更方便。 每一级都设有关断按钮，无论在哪一级都可立即关停变频器， 保证平台生产更安全。
电机数据总览
电机保护参数 设置
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电机运行监控
OTSVFDS
监控系统
历史数据曲线
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泵工况数据监视
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故障记录查询
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变频器面板操作
主画面
变频器面板操作
变频器面板操作
上
的 编 程 卡 Profibus 9针接口 Modbus RJ45接口
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闭环控制原理
系统框图
4-20mA PID 频率
泵
压力反馈
压力/频率曲线
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闭环控制原理
单
井
控 制
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闭环控制原理
多 井 控 制
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中央集成监控设备
工业计算机
·WINDOWS2000操作系统 ·WINCC组态软件 ·触摸屏或可操作面板
专用变频器硬件结构
OTSVFDS
110kw~560kw
ATV61变频模块
• 高性能通用变频模 块，采用绝缘栅双 极晶体管（IGBT） 实现逆变功能
输入电抗器
• 减少变频器对电网 的谐波干扰，减少 电源浪涌对变频器 的冲击，提高变频 系统可靠性
开关熔断器组
• 具有可靠的过电流 或短路的安全分断 保护，以及很强的 耐湿热性，体积小、 功能完善
变频控制系统的优势
电潜泵控制一体化解决方案
专用 变频器
数据采集
数据远传
变频控制系统
闭环控制
总线监控
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主要内容
1 2 3 4 5 变频控制系统的研发背景 电潜泵专用变频器 软件设计及监控
系统本地及远程通讯 发展前景及目标
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电潜泵专用变频器
产品特点与 应用对比
OTSVFDS 电潜泵专用变频器
硬件结构与 谐波测试
•
ຫໍສະໝຸດ Baidu
中央集成监控 软件系统 Modbus Profibus DP TCP/IP A/D
数据曲线显示 •历史数据记录 •设备同时监控 •电机保护功能 •远程通讯接口
•
潜油电泵及井下数据
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变频器本地人机监控设备
基本配置操作面板
·基本数据显示 ·基本按键控制
人机界面
可同时并存
高级配置触摸屏 变频模块
·详细数据图形显示 ·高级触摸按键控制
正弦波滤波器
• 将输出PWM波转换 为正弦波，降低谐 波分量，从而有效 降低电机涡流损耗 和噪声，改善效率
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谐波含量分析
A. 30Hz输出电压及电流波形 总谐波含量
C. 50Hz输出电压及电流波形
2.5%
3.2%
4.8%
B. 40Hz输出电压及电流波形
A
B
C
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平台变频控制系统
中控远程监控
中央控制柜监控
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变频器本地操作
OTSVFDS本地操作面板可对变频器进行常规参数设 置，在正常应用中仅有以下四项基本功能： 本地操作界面
可对起始频率进行设 并，并可随时对运行频 率进行调节 可查询变频器自身运 行数据（非电机侧运行 数据），可查询变频器 自身故障记录
启动/停机
频率设定
故障复位
数据查询
在本地控制状态下， 可通过面板上的按钮对 变频器进行启/停操作
成本相对进口通用型变频器降低1015%，提高了变频系统应用性价比。
与平台DCS系统通讯和数据远程传输 功能，实现油井状态远程监控。
自主生产，交货期由以往的16周减少 至6-8周，可满足用户紧急需求。
智能闭环控制功能，根据井下压力数 据等参数进行电机频率自动调节。
变频器的国产化、专业化，中文系 统，界面友好，操作简单。
变频器面板操作
主要内容
1 2 3 4 5 变频控制系统的研发背景 电潜泵专用变频器 软件设计及监控
系统本地及远程通讯 发展前景及目标
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变频控制系统网络图
远程监视及管理
陆地或中心平台通过 以太网或无线方式监 视所有设备运行数据
平台中央控制室监控
至平台中控 Modbus总线
平台中控室监控变频 系统所有数据及运行 状态
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变频器本地软件设计原理
与变频模块 的电气接口
利用CoDeSys软件对CI卡编程
变 频 模 块 利用普通编程语言或梯形图 等方式都可以对变频模块上的 CI卡进行逻辑编程，实现所需 的功能。 目前本地系统编程实现的基 本功能有： 1、电机运行数据显示 2、电机各种保护功能 3、开放逻辑通讯接口 4、闭环控制系统 5、触摸屏程序设计
控制间系统上位机监控
中央控制柜上位机现 场监控所有数据及设 备启停操作控制
变频器本地及现场仪表状态
变频器及现场仪表本 地数据及状态检测
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产品认证
产品图纸认证
1. 变频器外形图 2. 变频器原理图
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产品检验报告
产品检验报告
1. 石油和化学工业电气产品 防爆质量监督检验中心 2. 天津市电磁兼容检测中心
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电潜泵专用变频控制系统
2010年6月
中海油能源发展股份有限公司采油技术服务分公司
主要内容
1 2 3 4 5 变频控制系统的研发背景 电潜泵专用变频器 软件设计及监控
系统本地及远程通讯 发展前景及目标
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变频控制系统的研发背景
为什么要采用变频控制系统？
传统工频控制柜与变频器的性能对比