电潜泵专用变频控制系统讲义

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
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
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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 • • • • • • •
•
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
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。
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
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
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
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
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
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
LOGO
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
பைடு நூலகம்
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
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。
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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
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。
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
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
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。