西門子6SL3244-0BB12-1PA1

　　G120變頻器是西門子推出的用于重載場合變頻器,，功率單元需要配合基本操作面板BOP-2還有智能操作面板IOP-2調試程序,，PM240功率模塊需要掛上控制單元才能使用,，控制單元通訊分為USS/Modbus RTU 版本,，PROFINET 版本，PROFIBUS DP 版本，輸入輸出點位,，編碼器接口的區(qū)分,，用戶可根據(jù)自身需要選擇適合自己的變頻器。

　　公司代理西門子PLC,，西門子變頻器,，西門子觸摸屏，西門子電源,，西門子低壓,，西門子數(shù)控系統(tǒng)，西門子樓宇科技,，西門子燃燒器等工業(yè)自動化與驅動產(chǎn)品,。

　　西門子工業(yè)與驅動化部門保持良好的合作伙伴關系，為客戶提供原裝西門子自動化驅動產(chǎn)品,，在鋼鐵,，石油，化工,，紡織,，環(huán)保，通訊等眾多領域為客戶提供解決方案,。

　　不忘初心,，砥礪奮進！更好的服務于客戶,，為中國制造2025加油,，為中國經(jīng)濟的騰飛插上翅膀。

　　G120的調試有兩種途徑,，一種是用BOP2操作面板去調試，一種是用STARTER在計算機上通過通訊調試,。前者只要有BOP2就可以了,，其它輔助工具不用。自身的功能都滿足調試需求,。缺點是快速性查看參數(shù)不行,，受限顯示器太小。后者功能很強大,，大家都有體會,。

　　1 引言

　　sinamics g120/pm250變頻器是sinamics變頻器系列的新成員，全新的sinamics g120變頻器以其模塊化的設計（功率模塊,、控制單元,、bop）及安全保護功能（集成化的故障安全保護）、通訊能力（profi-bus,、profinet）和能量回饋等各種創(chuàng)新功能而卓爾不群,。

　　sinamics g120主要性能：

　　(1) 完全的模塊化設計,，應用更加靈活，控制單元支持熱插拔,，更換無需重新調試,。

　　(2) 基于集成化的安全保護技術，使設備運行更安全,，操作更簡單,。

　　(3)sinamics g120在集成了profibus和profinet兩種總線通訊，使得通訊有更多的結點,，具有更高的性能,。

　　(4) 全功率段實現(xiàn)換相整流，再生能量回饋,，不產(chǎn)生任何系統(tǒng)干擾,，所需線電流蕞小，與常規(guī)變頻器相比,，降低到80%,。

　　(5) 控制單元可以有多達9個的數(shù)字輸入，集成的安全保護的型號帶有2個安全保護數(shù)字量輸入,。端子為可插拔端子,，使得接線更加方便。

　　(6)控制單元中可以插入mmc卡,，用于保存變頻器的參數(shù)設置,，當應用中的變頻器需要維修時，應用它可以達到方便快捷設置參數(shù)的目的,。例如在更換變頻器時可以進行存儲卡數(shù)據(jù)的傳遞,。

　　根據(jù)油田生產(chǎn)應用與環(huán)境，并且吸取用戶反饋的信息,，開發(fā)了以西門子g120-pm250再生回饋型功率模塊為核心元件的swe-g120型抽油機節(jié)能控制柜,。該控制系統(tǒng)彌補了現(xiàn)有的變頻控制單速運行與電阻式再生能量消耗方式的不足。操作與使用更加簡單可靠,，數(shù)據(jù)采集視窗明了,，沖程調節(jié)方便，是全新一代的油田節(jié)能降耗設備,。

　　在我國廣大的油田采油區(qū)內,，有很多為低滲透的低能、低產(chǎn)油井,，絕大部分要靠注水方式壓油入井,，靠抽油機把油從地下提升上來。以水換油、以電換油是目前我國采油的基本方法,。其中電能消耗在我國的石油開采成本中占了相當大的比例,。如何提高采油效率、提高產(chǎn)量,，降低電耗與采出噸液能耗比例,，以及抽油機再生能量處理方式，使用環(huán)境及地下工況,，抽油機的控制方式與調節(jié)方便等諸多問題,，成為油田節(jié)能設備廠家共同探討的焦點。在油田抽油機設備中,，以游梁式抽油機使用方便,、安全可靠。成為目前油田生產(chǎn)中的主要采油設備,，應用較為普遍,，數(shù)量也多。

　　游梁式抽油機的結構與負載特性：

　　(1)由于配重偏差均大于10%以上,，且在恒速運行下,，負載是變轉矩、變功率特性,。在一個循環(huán)周期內有兩次發(fā)電狀態(tài),，起動力矩大、慣性大,。在國內油田使用的抽油機普遍存在的問題：電機工頻運行時間長,、“大馬拉小車”、配重偏差均大于10%以上,、效率低,、耗能大，沖程和沖次調節(jié)不方便,，時有空抽現(xiàn)象發(fā)生,。

　　(2)抽油機的沖程頻次，可以通過機械的方法調整,，一旦調整好之后，是不可以經(jīng)常改動的,。并且通過皮帶輪直徑調整頻次的方法是有限的,，不能動態(tài)適應油井負荷的需要。而變頻調速則能動態(tài)調整抽油機的轉速,，可無級調節(jié)抽油機的沖次,，從而調整井內提泵的充滿度，提高抽取效率，提高沖次還可增加原液產(chǎn)量,，充分利用電機功率,，實現(xiàn)了節(jié)能目的。

　　(3)在初期油井中,，由于油井剛開采,，儲油量大。為提高采油功效,，我們可以提高抽油機的沖程頻次,，讓變頻器運行至65hz，頻率提高1/3,，相應地電機轉速提高了30%,，其采油量也相應提高。

　　(4)在中,、后期油井采集中,，由于井中原液儲量減少，供液不足,，電機若仍采用工頻運行,，勢必浪費電能，造成不必要的損耗,。我們采用調整抽油機的沖程頻次和選用上快下慢的控制方式,，一般將變頻器的頻率控制在35hz～45hz之間，這樣電機平均轉速下降20%,，加之采油設備一般負荷較輕,，其節(jié)電率可達30%。

　　本變頻柜可根據(jù)井下供液情況,，人工調整抽油機工作沖程,，實現(xiàn)游梁式抽油機的選定速度調節(jié)疊加可根據(jù)泵的充滿負荷度微量調節(jié)速度的動態(tài)調整，提高泵充滿系數(shù)及排量系數(shù),，達到更加節(jié)能與增產(chǎn)的運行效果,。

　　設備介紹：

　　抽油機組：cyjy10-3-53hb 游梁式抽油機

　　電機型號：yzr350m1-8 抽油機專用繞線轉子三相異步電動機

　　額定功率：30kw

　　額定電流：63.4a

　　額定轉速：720rpm

　　額定頻率：50hz

　　工作機制：s1

　　絕緣等級：f

　　轉動慣量：152kg/m2

　　調整后平衡率：90%

　　西門子變頻器：sinamics g120

　　控制單元：cu240s dp

　　再生回饋功率模塊：pm250

　　swe-g120抽油機控制系統(tǒng)，采用德國原裝g120四象限再生回饋型變頻器,調節(jié)抽油機的沖程頻次和上,、下行程的動態(tài)速度控制,。變頻器內置式濾波器的電路設計杜絕了電網(wǎng)諧波干擾?？刂茷樗南笙拊偕芰炕仞侂娋W(wǎng)的運行模式,，從而達到y(tǒng)ouxiu的節(jié)能運行工況，提高采油效率,，降低了采油成本,。

　　根據(jù)抽油機載荷的特殊性和野外工作特點,，按照嚴格的電磁兼容（emc）規(guī)則設計、制造了抽油機專用的變頻柜,。把防雷擊裝置,、高速熔斷器等保護措施集成到柜體中，雙回路控制互鎖設計,，以備變頻出現(xiàn)故障時切換到工頻,，增強整機的可靠性。全計量的電量顯示,，方便油井數(shù)據(jù)采集與評古,。

　　（2）控制回路構成

　　端子5,、6分別設為啟動,、故障復位端子，由電位器控制電機速度,，無級調節(jié)抽油機沖次,。模擬輸出1#口為輸出電機速度，模擬輸出2#口為輸出電機電流,，顯示當前電機電流,，狀態(tài)信號顯示變頻停止信號、變頻故障信號,，

　　抽油機一個沖程周期電機電流會出現(xiàn)兩個高點和兩個低點電流,，抽油機在各點時的運行狀態(tài)如圖6所示：

　　a點：上沖程，抽油機平衡塊（見圖2）處于蕞高位置,，而懸繩器（見圖2）則在蕞低位置,，此時電機向上提升抽油桿，把油抽出地面,。

　　c點：下沖程,，和a點情況正好抽油機平衡塊（見圖2）處于蕞低位置，而懸繩器（見圖2）則在蕞高位置,，此時電機向上提升平衡塊,。平衡率低時，抽油機在下沖程時會出現(xiàn)抽油機運轉速度大于電機對它的驅動速度,，這時抽油機就會拖動電機發(fā)電,，由于本臺試驗機的平衡率調整的比較好，電機基本不處于發(fā)電狀態(tài),，變頻器輸入電流在此時接近0a,。

　　b點和d點：此時抽油桿和平衡塊處于平衡位置，只要電機有一點力就可以帶動抽油機旋轉,，此時電流小,。此時測得變頻器輸入電流為0a左右。

　　本機平衡率為90%,，發(fā)電現(xiàn)象并不明顯,，平衡率低時，抽油機在下沖程時會出現(xiàn)抽油機運轉速度大于電機對它的驅動速度,，這時抽油機就會拖動電機發(fā)電,。

　　游梁式抽油機是一種變形的四連桿機構，其整機結構特點像一架天平,，一端是抽油載荷,，另一端是平衡配重載荷。對于支架來說,，如果抽油載荷和平衡載荷形成的扭矩相等或變化*,，那么用很小的動力就可以使抽油機連續(xù)不間斷地工作。在平衡率為100％時電動機提供的動力僅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力等,，平衡率越低,，則需要電動機提供的動力越大。

　　應用效果：項目現(xiàn)已正常運行3個多月,，期間測得數(shù)據(jù)如下：

　?。?）工頻運行測試

　　運行一個沖程周期電機電流變化：13.5-20.3a，電機電壓：410v ,；

　　24小時工頻耗電約127.36度,，5.3度/小時。

　?。?）變頻運行

　　運行一個周期電機電流變化：a,，電機電壓：255-280v；

　　24小時控制柜前端計量耗電約 88.77度,，3.7度/小時,。

　　根據(jù)以上數(shù)據(jù)計算結果，采用西門子pm250變頻運行節(jié)電率達30.3%,，自運行3個多月以來,，按100天計算，大約節(jié)電3840度電,，按每度電0.5元算,，節(jié)約1920元，如果每口井上都使用了變頻器,，則綜合效益就更加突出,。

　　在此期間，我們又對原來用普通變頻器加制動電阻的控制方式,，在同一油井進行測試,，其結果如下：

　　普通變頻37hz運行輸入電流月平均值26.8a,。輸出電流月平均值24.5a。

　　西門子變頻37hz運行輸入電流月平均值25.7a,。輸出電流月平均值21.55a,。

　　普通變頻37hz運行產(chǎn)液量月平均值32.6m3d。

　　西門子變頻37hz運行產(chǎn)液量月平均值36.3m3d,。

　?。?）對比計算：西門子pm250再生回饋型變頻器系統(tǒng)比普通加制動電阻型變頻器系統(tǒng)：

　　 月輸入電流平均降低：4.1 % 。

　　 月輸出電流平均降低：12.04 %,。

　　 月產(chǎn)液量平均增加：11.35 % ,。

　　（1）西門子pm250再生回饋型變頻器的軟啟動方式,，可提高電網(wǎng)效率,，減小由于工頻啟動對電網(wǎng)影響。抽油機工頻啟動時,，啟動沖擊電流達高達83.5a,，對供電電網(wǎng)沖擊很大，影響電網(wǎng)質量,。

　?。?）節(jié)能潛力。一方面,，油田抽油機為克服大的起動轉矩,，采用的電動機遠遠大于實際所需功率，工作時電動機利用率一般為20%～30%,，蕞高不會超過50%,，電動機常處于輕載狀態(tài)，造成資源浪費,。另一方面,，抽油機工作負荷情況的連續(xù)變化，取決于地下的狀態(tài),。若始終處于工頻運行,，定會造成不必要的電能浪費。為了節(jié)能,，提高電動機工作效率,，需進行變頻改造。

　?。?）保護設備,。電動機的功率因數(shù)大大提高，可達 0.8以上,。實現(xiàn)了真正意義上的軟啟動,，使啟動電流大大降低,，減小了對電網(wǎng)的沖擊，降低了線損,，避免了對電動機,、變速箱等設備過大的機械沖擊，提高了設備的使用壽命,，減少了維修費用，提高了生產(chǎn)效率,。

　　變頻器的參數(shù)設置

　　變頻器的設定參數(shù)多,，每個參數(shù)均有一定的選擇范圍，使用中常常遇到因個別參數(shù)設置不當,，導致變頻器不能正常工作的現(xiàn)象,。

　　控制方式：即速度控制、轉距控制,、PID控制或其他方式,。采取控制方式后，一般要根據(jù)控制精度,，需要進行靜態(tài)或動態(tài)辨識,。

　　*低運行頻率：即電機運行的*小轉速，電機在低轉速下運行時,，其散熱性能很差,，電機長時間運行在低轉速下，會導致電機燒毀,。低速時,，其電纜中的電流也會增大，也會導致電纜發(fā)熱,。

　　*運行頻率：一般的變頻器*頻率到60Hz,，有的甚至到400 Hz，高頻率將使電機高速運轉,，這對普通電機來說,，其軸承不能長時間的超額定轉速運行，電機的轉子是否能承受這樣的離心力,。

　　載波頻率：載波頻率設置的越高其高次諧波分量越大,，這和電纜的長度，電機發(fā)熱,，電纜發(fā)熱變頻器發(fā)熱等因素是密切相關的,。

　　電機參數(shù)：變頻器在參數(shù)中設定電機的功率、電流,、電壓,、轉速 頻率,，這些參數(shù)可以從電機銘牌中直接得到。

　　跳頻：在某個頻率點上,，有可能會發(fā)生共振現(xiàn)象，特別在整個裝置比較高時,；在控制壓縮機時,，要避免壓縮機的喘振點。

　　西門子S120變高性能單,、多機驅動變頻器無論是對于用在定位任務中的單機驅動系統(tǒng),、用在要求苛刻的單機或多機應用中的靈活而模塊化的驅動系統(tǒng)，還是對于傳動控制解決方案,，西門子的 SINAMICS S 系列產(chǎn)品都可以提供合適的解決方案,。

　　西門子S120變頻器

　　西門子S120裝機裝柜型變頻器分為：整流裝置，逆變裝置,，控制單元,，操作面板。

　　西門子S120裝機裝柜型整流裝置分為：基本整流裝置,，回饋整流裝置,，有源整流裝置。

　　整流裝置具體參數(shù)如下：

　　1.基本整流裝置：基本整流裝置適用于無需能量回饋電網(wǎng)的場合,。

　　基本整流裝置帶下列標準接口：

　　1 組輸入電源連接

　　1 組 DC 24 V 電源接口

　　1 組直流母排（DCP,， DCN），用于逆變裝置供電

　　1 組直流母排（DCPA,， DCNA）,，用于連接制動裝置

　　3 個 插口

　　1 路溫度傳感器輸入（KTY84-130、PTC 或 Pt100）

　　1 個 PE/ 保護性導體接口

　　西門子6SL3244-0BB12-1PA1經(jīng)銷商整流裝置接線圖

　　備注：（基本整流裝置需要一個個 DC 24 V 直流電源給基本整流裝置控制回路供電）

　　2.回饋整流裝置：回饋整流裝置是非受控的整流/ 再生回饋裝置,，具有 100 % 能量回饋功能,。

　　使用萬用表對西門子變頻器中的整流橋、IGBT模塊等功率部件進行檢查并注意查看西門子變頻器中是否有明顯的燒毀痕跡,。在使用萬用表對功率部件進行檢查時,，將萬用表打到1K的電阻檔，將黑表筆與西門子變頻器的直流（-）極連接,，而后使用萬用表的紅表筆分別連接西門子變頻器的三項輸入,、輸出端來測量電阻，測量所得出的電阻值應當在5-10K之間且輸入,、輸出三相之間要相互一致,，輸出端的三相電阻值要略小于輸入電阻值，完成了（-）測的電阻測量后繼續(xù)將黑表筆放置在（+）測繼續(xù)進行三相測量，測量方法與上述一致,，如測量電阻值正常其并未有充放電現(xiàn)象則表明西門子變頻器能夠上電測量,，如若不然則意味著西門子變頻器功率部件損壞需要對測量存在問題的部件進行更換，尤其是西門子變頻器中的功率部件上存在明顯燒毀痕跡的不得將西門子變頻器直接上電,。

　　有源整流裝置：有源整流裝置為受控的整流/ 回饋裝置（整流和回饋均采用 IGBT元件）,，它產(chǎn)生可調節(jié)的直流母線電壓。所連接的逆變裝置不會受到電網(wǎng)電壓的影響,，電網(wǎng)電壓在允許范圍內的波動不會影響到輸出側,。

　　有源整流裝置帶下列標準接口：

　　1 組輸入電源連接

　　1 組 DC 24 V 電源接口

　　1 組直流母排（DCP， DCN）,，用于逆變裝置供電

　　1 組直流母排（DCPA,， DCNA），用于連接制動裝置

　　3 個 插口

　　1 路溫度傳感器輸入（KTY84-130,、PTC 或 Pt100）

　　2 個 PE/ 保護導體連接

　　有源整流回饋裝置接線圖

　　備注：（有源整流裝置總是與匹配的有源濾波裝置一起運行。它包括所需的預充電電路和一個電網(wǎng)凈化濾波器,。）

　　變頻器參數(shù)設置

　　西門子6SL3244-0BB12-1PA1經(jīng)銷商對于寫變頻器的數(shù)據(jù)是與變頻器的k3001～k3016(參見變頻器使用大全功能圖120)建立對應關系,，讀變頻器的數(shù)據(jù)則是與變頻器的參數(shù)P734建立對應關系。

　　即DB15.DBW12～DB15.DBW22對應P734的W01～W06,。B15.DBW0～DB15.DBW11對應k3001～k3012,。PLC讀取變頻器的數(shù)據(jù)可以通過設置參數(shù)P734的值來實現(xiàn)，PLC寫給變頻器的數(shù)據(jù)存放在變頻器數(shù)據(jù)k3001～k3012中,，在變頻器的參數(shù)設置里可以進行調用,，從而建立了彼此的對應關系,。

　　下面看下三線控制方式是如何工作的,。

　　1、3線控制方式：P0727=2,，設置P700=2,P0701=2,P0702=12,P703=1,

　　這里要注意的是停止信號要一直常為1,當給正轉啟動脈沖信號（DI1的輸入從0變?yōu)?在變?yōu)?）,電機正轉到設定頻率（P1040）,，當給反轉啟動脈沖信號（DI2的輸入從0變?yōu)?在變?yōu)?），電機先減速停止反轉到設定頻率,，當停止信號變?yōu)?（DI3的輸入從1變?yōu)?）,電機停止,。如下圖所示

　　2、三線控制：P0727=3,，設置P700=2,P0701=1,P0702=12,P703=2,

　　工作原理如下圖所示：這里要注意的是停止信號要一直常為1,當給啟動脈沖信號（DI1的輸入從0變?yōu)?在變?yōu)?）,電機正轉到設定頻率（P1040），當給反轉啟動脈沖信號（DI2的輸入從0變?yōu)?在變?yōu)?）,，電機先減速停止反轉到設定頻率,，這時再給啟動脈沖時不起作用的。當停止信號變?yōu)?（DI3的輸入從1變?yōu)?）,電機停止。

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