发电机功率限制的设计与实现

【摘要】陆地电动钻机的动力源来自于发电机。目前陆地电动钻机主要以40、50电动钻机为主，其中50钻机配置3台发电机，70电动钻机配置4台发电机。目前使用的发电机有CAT 3152A、CAT 3512B、还有济柴的190这三种型号。在现场实际打钻时，根据实际的负荷量决定发电机的并网个数。但由于有时现场的突发事件或操作人员的疏忽，当负荷量超过发电机的额定功率时，发电机会跳网，这样会对发电机造成损坏，甚至影响工作的正常进行，所以功率限制是非常必要的。本文以C型发电柜、CAT 3512B发电机为例，利用ModBus转ProfiBus协议总线桥读取发电机的有功功率，并进行PLC编程，当达到发电机额定功率时进行功率限制，以免出现发电机跳闸和影响打钻的现象。

【关键词】功率限制；ProfiBus协议；ModBus协议

0.引言

陆地电动钻机的动力源来自己于发电机，每台发电机都有规定的额定功率，不可能无限提供能量。当发电机所带负荷量超过其额定功率的时候，发电机会自动跳网，以免长时间超负荷工作对发电机造成损坏。发电机跳网和损坏都是我们不愿意看到的现象，跳网会影响钻井的正常进行，严重的话甚至会发生事故，发电机损坏会影响其使用寿命。为避免操作人员的疏忽或其它原因，针对这种现象进行保护，对发电机的功率进行限制。

本文以C型发电柜、CAT 3512B发电机为例，具体分析如何实现发电机的功率限制。C型发电柜上的科迈控制器本身可以读取发电机的实时参数，当然也包括发电机的有功功率。利用ModBus转ProfiBus协议总线桥将发电机的有功功率读取到触摸屏上，并对其进行编程，从而对其进行功率限制。

由于现场负荷量最大的是泥浆泵，所以当发电机的功率大于等于预设值时，首先进行声光报警，提醒操作人员，再将泥浆泵泵冲逐渐的减小，直至发电机功率小于预设值。经现场试验，此种方法可行，且效果明显。

1.功率限制系统的硬件组成

发电机功率限制控制系统硬件组成如图1.1所示。科迈控制器显示发电机功率，并通过ModBus转ProfiBus协议总线桥将发电机功率读取，并显示在触摸屏上。

2.系统软件的实现

2.1发电机功率的读取

利用系统功能函数SFC14读取发电机实时功率，通讯地址为W#16#108，如图2.1所示。

当一号发电机并网时，则读取其功率。MW0为SFC14执行的返回值，当MW0值为0时，说明该系统功能块正确执行，若返回值为非零值，则需查看相应的错误代码。MW2存储的是读取发电机的实时功率值。

总线桥组态如图2.2所示。

如图所示，地址2是以总线桥为主站，科迈控制器为从站的从站地址，地址263为ModBus地址，即发电机有功功率地址，此地址根据产品手册可以查到。若要读取发电机电流值，则需输入相应的ModBus地址252。

2.2 功率限制的实现

功率限制的实现大致分2个步骤：

（1）将读取到的发电机实时功率与设定功率进行比较，若大于等于设定功率，则需对其进行限制；

（2）若满足第一个条件，将泥浆泵的泵冲递减，直至低于设定功率，并报警。

功率比较梯形图如图2.3所示。

如图所示，当发电机实时功率大于等于设定功率时，置位功率超限报警。

当功率超限时，第一要声光报警，以引起操作人员的注意；第二要将泥浆泵的泵冲递减。如图2.4、2.5所示。

如图所示，当功率超限时，泵冲以2秒钟的时间间隔递减，递减数为5冲。当然时间间隔和泵冲递减数可以根据现场的实际情况设定。当泵冲递减到发电机的实时功率小于设定功率时，消除报警。

3.总结

本文主要介绍了陆地电动钻机功率限制的实现方法。经试验，当实际负荷量超过发电机的额定功率时，在PLC程序中有效的对其进行保护，避免了对发电机的损伤，也使现场工作正常进行提供了保障。

【参考文献】

[1]SIEMENS，SMATIC，Manual.System Software for S7-300 and S7-400 Program Design，SIEMENS AG 1996.

[2]汪志峰，苏家健，侯巧红.可编程控制器原理与应用[M].陕西：西安电子科技大学出版社，2004.