摘" " 要：西門子大型傳動裝置是目前海洋鉆井平臺中鉆井關(guān)鍵設(shè)備配套最多的裝置，傳動裝置與電機的匹配性越好，控制就越平滑、越精準(zhǔn)，這對鉆井設(shè)備的平穩(wěn)運行至關(guān)重要。對西門子傳動裝置與鉆井絞車、頂驅(qū)和泥漿泵電機的匹配性進(jìn)行了優(yōu)化研究，以海洋鉆井平臺采用最多的西門子S120系列傳動裝置與電機匹配性優(yōu)化研究為實例，詳細(xì)分析了傳動裝置與電機匹配性優(yōu)化的意義、目的、必要條件、實現(xiàn)思路、優(yōu)化方法、途徑和流程，并結(jié)合傳動裝置與電機匹配性優(yōu)化處理的具體實例進(jìn)行探討，以期為鉆井關(guān)鍵設(shè)備的平穩(wěn)運行提供技術(shù)指導(dǎo)和參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：傳動裝置；電機；匹配性優(yōu)化；辨識；西門子S120系列

Motor matching optimization based on Siemens transmission device

QI Funing，WANG Xilu， LIU Wei， FENG Chunfei

Drilling Branch of China" Petroleum Offshore Engineering Company Limited， Tianjin 300451， China

Abstract：Siemens large transmission device is currently the most widely equipped device for key drilling equipment on offshore drilling platforms. If the transmission device and motor match better， control will be smoother and more precise， which is crucial for the smooth operation of drilling equipment. Therefore， optimization analysis was conducted on the matching between Siemens transmission device and drilling winches， top drives， as well as mud pump motors. Matching optimization analysis between the Siemens S120 series transmission device， the most commonly used typeon offshore platforms，and the motor was taken as an example to illustrate the significance， purpose， necessary conditions， implementation ideas， methods， approaches， and processes of matching optimization between Siemens transmissiondevice and motors in detail. Besides， the discussion was carried out with specific examples of matching optimization between transmissiondevices and motors to provide technical guidance and a reference basis for the smooth operation of key drilling equipment.

Keywords：transmission device; motor; matchingoptimization; identification; Siemens S120 series

隨著海洋裝備自動化程度越來越高，鉆井關(guān)鍵設(shè)備使用的電機功率越來越大，對控制的要求越來越多。為了實現(xiàn)更加平滑和精準(zhǔn)的控制效果，多數(shù)采用大型變頻傳動裝置和變頻交流電機的組合方式。目前海洋鉆井平臺中鉆井關(guān)鍵設(shè)備大多采用主流的西門子S120系列變頻傳動裝置，以實現(xiàn)精準(zhǔn)控制電機速度、轉(zhuǎn)矩和位置等運行參數(shù)的目的，使電機輸出的功率和效率達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。如何通過西門子變頻傳動裝置實現(xiàn)對電機的匹配性優(yōu)化，使其精準(zhǔn)和平穩(wěn)地控制電機，保障鉆井生產(chǎn)順利進(jìn)行，是本文研究的主要目標(biāo)。為此需要掌握西門子傳動裝置優(yōu)化電機的原理、優(yōu)化方法和注意事項，通過優(yōu)化能夠更加有效地控制電機，從而提高電機的性能和穩(wěn)定性，這對于做好鉆井關(guān)鍵設(shè)備的維護(hù)工作至關(guān)重要。

1" " 電機匹配性優(yōu)化的必要性及原理

1.1" " 電機匹配性優(yōu)化的必要性

電機的工作環(huán)境和負(fù)載特性會影響電機的運行參數(shù)，而這些參數(shù)的變化會直接影響電機的控制效果和性能。因此，通過西門子變頻裝置，對配套電機的參數(shù)進(jìn)行匹配性優(yōu)化是非常重要的。通過對電機匹配性優(yōu)化，實現(xiàn)對電機參數(shù)的測量和分析，測量電機的電氣特性、機械特性及靜態(tài)和動態(tài)參數(shù)等。這些參數(shù)是電機設(shè)計和調(diào)試的重要依據(jù)，也是電機維護(hù)和故障診斷的重要參考數(shù)據(jù)。通過電機匹配性優(yōu)化，西門子變頻傳動裝置可以更好地控制電機的速度、轉(zhuǎn)矩和位置等參數(shù)，使電機達(dá)到最佳狀態(tài)，提高電機的穩(wěn)定性和精準(zhǔn)性能。西門子變頻傳動系統(tǒng)控制電機回路如圖1所示。

1.2" " 電機匹配性優(yōu)化原理

任何電控系統(tǒng)都可以看成一個具有輸入和輸出參數(shù)的模型，而且真實系統(tǒng)嚴(yán)格來說是非線性且時變的。西門子變頻傳動裝置的電氣控制其實也是一種模型。在絕大多數(shù)情況下，通過機理分析很難獲得真實模型，即使能夠獲得，也極其復(fù)雜且無法使用。在這種情況下，通過對電機的匹配性辨識優(yōu)化，構(gòu)建一個虛擬電機等效模型，該模型的復(fù)雜度在可接受范圍內(nèi)，能夠基本反映真實系統(tǒng)的特征，且通過構(gòu)建該等效模型，可實現(xiàn)對電機性能的穩(wěn)定、精準(zhǔn)、平順控制，這就是對電機進(jìn)行匹配性優(yōu)化的最終目的。

采用西門子變頻器傳動裝置，對電機進(jìn)行匹配性優(yōu)化的基本原理是：通過建立一個由電機功率模塊、電纜的阻抗感抗、電機等部件構(gòu)成的虛擬電機等效模型，從而實現(xiàn)對電機的匹配性優(yōu)化。電機匹配性優(yōu)化等效模型如圖2所示。

2" " 優(yōu)化條件、方法和途徑

2.1" " 電機匹配性優(yōu)化的條件

采用西門子變頻傳動裝置，對電機進(jìn)行匹配性優(yōu)化需要基于一定條件和前提。明確這些條件與前提十分重要，可以避免一些不必要的問題和故障，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更好的電機控制效果。

1）新配置變頻器及電機。對于新配置的變頻器和電機，在控制系統(tǒng)中必須要按照流程逐步開展電機匹配性優(yōu)化，此外還需要在電機優(yōu)化前進(jìn)行必要的程序參數(shù)設(shè)置，而后才能開始電機優(yōu)化流程。

2）更換不同規(guī)格型號的變頻器或者同一型號變頻器的控制參數(shù)改變較大。如果更換變頻器，無論是更換不同型號變頻器，還是使用相同型號而參數(shù)改變較大，例如輸出電壓、頻率、V/F曲線等參數(shù)發(fā)生較大改變時，建議重新進(jìn)行電機優(yōu)化。因為變頻器的參數(shù)設(shè)定會直接影響到電機的運行，如果電機的參數(shù)與變頻器設(shè)定的參數(shù)不匹配，那么依據(jù)原變頻器或參數(shù)構(gòu)建的電機等效模型已經(jīng)不適用，此時如果不進(jìn)行匹配性優(yōu)化而直接運行，可能會導(dǎo)致電機運行不穩(wěn)定，從而危及整體設(shè)備的正常運行，甚至發(fā)生機械事故。

3）更換不同型號的電機，或者維修后的電機內(nèi)部繞組、轉(zhuǎn)子組件和參數(shù)有較大變動。如果更換不同型號的電機，或者維修改變內(nèi)部組件而導(dǎo)致參數(shù)有了較大變動，那么需要重新進(jìn)行電機優(yōu)化。因為不同型號的電機在轉(zhuǎn)矩特性、電阻、電感、慣量等方面存在差異，如果不重新進(jìn)行電機辨識，則可能導(dǎo)致電機的運行效果不佳，甚至出現(xiàn)設(shè)備運行故障。

4）影響等效電機模型的其他因素也應(yīng)作為必須對電機重新進(jìn)行匹配性優(yōu)化的考慮點。比如當(dāng)電機或變頻器進(jìn)行較大范圍的相對移位，導(dǎo)致其所使用的電纜長度有較大變化時，等效模型中電纜阻抗和感抗參數(shù)則有明顯變化，此時建議重新進(jìn)行電機優(yōu)化；如果電機配有編碼器作為速度環(huán)反饋信號，那么當(dāng)因更換不同類型的編碼器而導(dǎo)致速度環(huán)控制環(huán)節(jié)參數(shù)有明顯變化時，也要進(jìn)行電機匹配性優(yōu)化，以實現(xiàn)更好的控制效果。

2.2" " 電機匹配性優(yōu)化的基本方法

基于西門子變頻傳動裝置電機匹配性優(yōu)化的基本過程分為兩步：第一步，通過對電機的測量，以及對動態(tài)運行數(shù)據(jù)的分析來獲得電機的各種參數(shù)值，主要包括電機的電感、電阻、轉(zhuǎn)動慣量和摩擦系數(shù)等參數(shù)。這些參數(shù)值對于電機的控制至關(guān)重要，因為電機的運行狀態(tài)和控制效果都與這些參數(shù)密切相關(guān)。第二步，在測試中，通過對這些動態(tài)運行參數(shù)值進(jìn)行不斷優(yōu)化識別，構(gòu)建出匹配性高的等效模型。

對電機匹配性進(jìn)行優(yōu)化的方法很多，目前在海洋鉆井作業(yè)現(xiàn)場關(guān)鍵設(shè)備上使用的方法主要分為模型法和非模型法兩種。其中，模型法是指先對關(guān)鍵設(shè)備電機建立動態(tài)模型，再利用實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化；非模型法則是指先將電機作為一個黑盒進(jìn)行測試，而后通過實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行專項內(nèi)容的參數(shù)優(yōu)化。無論采用哪種方法，都需要通過大量的實驗和數(shù)據(jù)處理才能得到準(zhǔn)確的參數(shù)值。目前海洋鉆井關(guān)鍵設(shè)備主要采用模型法進(jìn)行電機匹配性優(yōu)化，另外根據(jù)現(xiàn)場需求，在傳動裝置基于轉(zhuǎn)速控制的矢量模式下，必要時通過對速度環(huán)參數(shù)等專項參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，由此進(jìn)行特殊優(yōu)化，從而使電機輸出更加符合現(xiàn)場使用需求。變頻傳動裝置對電機的控制模式及邏輯關(guān)系如圖3所示。

2.3" " 電機匹配性優(yōu)化的途徑

基于西門子變頻傳動裝置的電機匹配性優(yōu)化需要通過控制終端來實現(xiàn)優(yōu)化命令，通過控制系統(tǒng)完成由功率單元、電纜、電機及編碼器等組件構(gòu)成等效電機模型。目前現(xiàn)場較多使用西門子S120系列變頻傳動裝置，可采用以下兩種途徑實現(xiàn)對電機的匹配性優(yōu)化。

1）使用西門子S120系列逆變控制單元上的本地操作面板AOP30（見圖4）。這種控制面板是通過RS232串行通訊方式連接到控制裝置上，實現(xiàn)對變頻傳動裝置的參數(shù)設(shè)定、狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示、調(diào)試維修、控制驅(qū)動和診斷故障報警等功能。電機匹配性優(yōu)化是通過該控制面板的調(diào)試維修選項，使變頻傳動裝置進(jìn)入設(shè)備調(diào)試狀態(tài)來實現(xiàn)。需要注意的是，在激活操作鎖或參數(shù)設(shè)置鎖后，AOP會自動執(zhí)行一次“從RAM復(fù)制到ROM”，將已經(jīng)完成的優(yōu)化參數(shù)設(shè)置備份在西門子變頻裝置控制器CU320的存儲卡中。

2）安裝使用西門子Starter軟件的PC端。Starter軟件（見圖5）是西門子變頻驅(qū)動裝置的專業(yè)調(diào)試軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)在線監(jiān)控、修改裝置參數(shù)、故障檢測和復(fù)位，以及跟蹤記錄功能[1]。在實際調(diào)試時，推薦使用Starter軟件進(jìn)行電機匹配性優(yōu)化，該軟件能較好地實現(xiàn)西門子傳動系統(tǒng)對電機進(jìn)行匹配性優(yōu)化的實時監(jiān)測和記錄，對優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比，判斷優(yōu)化結(jié)果是否達(dá)到控制要求。

3" " 電機匹配性優(yōu)化的調(diào)試要點及實現(xiàn)過程分析

3.1" " 前置條件和調(diào)試環(huán)境

根據(jù)海洋鉆井平臺傳動配置的特點，絞車、頂驅(qū)配置直剎車系統(tǒng)和速度反饋，泥漿泵無剎車系統(tǒng)和速度反饋。針對現(xiàn)場配置情況，實際工作中進(jìn)行電機匹配性優(yōu)化時需要注意，對絞車和頂驅(qū)電機進(jìn)行匹配性優(yōu)化的電氣硬件前置條件是：電機處于冷態(tài)、電機無抱閘或者抱閘必須強制松開（可通過Starter軟件將調(diào)試參數(shù)p1215設(shè)置為2，實現(xiàn)抱閘的強制松開），以確保機械系統(tǒng)無危險。電機在進(jìn)行優(yōu)化過程中，可能會引起某些部件轉(zhuǎn)動而造成人員受傷，應(yīng)禁止無關(guān)人員在電機周圍逗留，并確保轉(zhuǎn)動部件無松動，同時必須保證緊急停機功能運行正常。

電機靜態(tài)優(yōu)化測量應(yīng)該在尚未啟動運行的電機上執(zhí)行。估算執(zhí)行測量時電機的環(huán)境溫度，并輸入到p0625中；如果使用的是KTY傳感器，需設(shè)置p0600、p0601，并讀取r0035，該值是熱電機模型和熱RS/RR適配的參考值。

對于控制系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，需要提前將電機銘牌信息輸入至控制系統(tǒng)對應(yīng)的電機額定信息參數(shù)項中。另外，需要明確進(jìn)行電機匹配性優(yōu)化的變頻器工作模式，這將決定優(yōu)化控制參數(shù)的不同選擇，否則將出現(xiàn)優(yōu)化問題[2]。目前海洋鉆井平臺通常設(shè)置的變頻器工作模式有兩種，頂驅(qū)和絞車變頻器工作模式p1300=21（轉(zhuǎn)速控制，帶編碼器形式），泥漿泵的變頻器工作模式p1300=20（轉(zhuǎn)速控制，采用無編碼器運行模式，見圖6）。

在進(jìn)行電機匹配性優(yōu)化前，應(yīng)確認(rèn)使用西門子變頻傳動裝置時的模式設(shè)置是功率單元模式還是工藝應(yīng)用模式。目前針對海洋鉆井平臺推薦功率單元模式設(shè)置p0205=0、工藝應(yīng)用模式設(shè)置p0500=0。

功率單元模式設(shè)置p0205=0，變頻器為重過載工作模式，用于矢量驅(qū)動。如圖7所示，即在一個工作周期中，達(dá)到150%的基本負(fù)載電流時變頻器過載60 s，達(dá)到160%時過載10 s。一旦修改該參數(shù)，所有電機參數(shù)和閉環(huán)控制單元都會根據(jù)所選應(yīng)用自動設(shè)定。該參數(shù)不會影響到熱過載的計算。

設(shè)置工藝應(yīng)用模式p0500=0為標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動（矢量），如圖8所示，該參數(shù)會影響p0578觸發(fā)的開環(huán)控制和閉環(huán)控制參數(shù)的計算。

p0500=0時，設(shè)置以下參數(shù)觸發(fā)計算：p1574=10 V（他勵同步電機：20 V），設(shè)置一個動態(tài)電壓裕量；p1750.2=0，設(shè)置電機模型的配置；p1802=4（RZM/FLB無過調(diào)制），設(shè)置調(diào)制模式；p1803=106%，定義最大的占空比。

3.2" " 調(diào)試要點

根據(jù)目前海洋鉆井平臺采用西門子S120變頻傳動裝置的特點，通常完成電機的匹配性優(yōu)化分為四步，首先是確認(rèn)運行環(huán)境和條件滿足優(yōu)化要求，然后進(jìn)行電機靜態(tài)優(yōu)化和動態(tài)優(yōu)化，最后測試運行效果，若還需要進(jìn)一步精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，可對個別參數(shù)進(jìn)行特定優(yōu)化。整個調(diào)試過程中，最關(guān)鍵的是電機靜態(tài)和動態(tài)優(yōu)化過程。所謂靜態(tài)優(yōu)化也可以稱為靜態(tài)計算，就是把電機銘牌數(shù)據(jù)輸入作為變頻控制器參數(shù)，并進(jìn)行電機等效模型建立和計算。在這個過程中電機不通電，只是進(jìn)行控制器的參數(shù)計算；電機動態(tài)優(yōu)化，是在電機通電啟動并運行時進(jìn)行電機電流測試，且通過測試結(jié)果確定系統(tǒng)摩擦與慣性數(shù)據(jù)，確定電機運行狀態(tài)磁化曲線，確定控制系統(tǒng)速度調(diào)節(jié)器PI時間常數(shù)，從而對電機等效模型進(jìn)行計算修正。

綜上所述，對西門子傳動控制的調(diào)試，在進(jìn)行靜態(tài)優(yōu)化時建議以電機轉(zhuǎn)子軸空軸測試為最佳，以便更好地對電機控制參數(shù)進(jìn)行識別，建立更加符合電機參數(shù)的模型；而在進(jìn)行動態(tài)優(yōu)化時建議帶上電機轉(zhuǎn)子軸傳動系，空載模式下測試最佳。如果電機輸出軸懸空，沒有帶上傳動系，在電機匹配性優(yōu)化的摩擦、慣性、速度調(diào)節(jié)器PI參數(shù)的識別上就會出現(xiàn)差別，進(jìn)而對控制的精度和平順度產(chǎn)生影響。

經(jīng)過實測，帶上電機輸出軸負(fù)載進(jìn)行動態(tài)優(yōu)化的效果會更好。前提是機械傳動部分允許電機自由轉(zhuǎn)動，且能夠承受急加速。如機械方面不允許脫掉負(fù)載，電機靜態(tài)優(yōu)化帶載后，手動優(yōu)化速度環(huán)參數(shù)，也可以達(dá)到控制要求。

3.3" " 電機靜態(tài)優(yōu)化的數(shù)據(jù)項點和實現(xiàn)過程

為了獲取更加精準(zhǔn)的優(yōu)化數(shù)據(jù)，在現(xiàn)場進(jìn)行電機靜態(tài)優(yōu)化前需要特別注意以下幾點：第一，由于銘牌數(shù)據(jù)是用于電機識別的初始化值，所以為確定電機信息參數(shù)，應(yīng)正確、一致地輸入銘牌數(shù)據(jù)，并采用正確的連接方式（星形/三角形）。第二，如果電機動力線的電阻已知，最好在靜態(tài)測量（p1910）開始前輸入該電阻（p0352），這樣在計算定子電阻p0350時，便可以將其從測得的總電阻中扣除。并且在輸入該電阻后，較長電纜上熱電阻的適配精度也會有所提高。尤其在無編碼器的矢量控制中，該精度會影響低轉(zhuǎn)速時的特性。第三，如果具備一個輸出濾波器（參見p0230）或串聯(lián)電感（p0353），同樣也應(yīng)在靜態(tài)測量開始前輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)。該電感會因此從測得的總漏電感中扣除。如果采用的是正弦濾波器，則只測量定子電阻、閥門閾值電壓和閥門閉鎖時間即可。

在進(jìn)行電機靜態(tài)優(yōu)化時（見圖9、圖10），采用p1910的電機數(shù)據(jù)識別在靜止?fàn)顟B(tài)下測定的電機參數(shù)：等效電路圖數(shù)據(jù)p1910=1，勵磁特性曲線p1910=3。電機靜態(tài)優(yōu)化完成后p1910自動復(fù)位為“0”（識別成功），或輸出故障信息F07990。執(zhí)行p1910過程需要使用變頻器，在電機靜態(tài)優(yōu)化識別過程中，變頻器有輸出電壓、輸出電流；電機可能會略微轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動最大90°；軸端無轉(zhuǎn)矩[3]。

為滿足控制技術(shù)方面的需要，建議進(jìn)行電機數(shù)據(jù)優(yōu)化識別，因為從銘牌數(shù)據(jù)上僅可估算等效電路圖數(shù)據(jù)和電機電纜電阻[4]。例如，如果要使無編碼器的矢量控制保持穩(wěn)定，或者要在V/F曲線控制中升高電壓，則定子的電阻尤其重要。如果電源線較長，或者使用其他廠家的電機，就必須執(zhí)行電機數(shù)據(jù)識別。在開始第一次電機數(shù)據(jù)識別時，會根據(jù)銘牌數(shù)據(jù)（額定數(shù)據(jù)）使用P1910=1或3，確定如表1所示的電機優(yōu)化數(shù)據(jù)。

除了通過p1910=1得到等效電路圖數(shù)據(jù)，還要通過電機數(shù)據(jù)識別（p1910=3），確定異步電機的勵磁特性曲線。由于該特性曲線的精度較高，所以應(yīng)盡量在電機動態(tài)優(yōu)化中確定該特性曲線（不帶編碼器時，p1960=1，3；帶編碼器時：p1960=2，4）；對于需要弱磁工作的電機，在有編碼器的矢量控制VC方式下，可以選擇電機磁化曲線，計算p1910=3（計算磁化曲線磁通和勵磁電流p0362～p0369），當(dāng)驅(qū)動在弱磁范圍中運行，尤其在矢量控制中，應(yīng)確定該特性曲線。借助勵磁特性曲線，可以更精確地計算出弱磁運行范圍中的場電流，并由此獲得更高的轉(zhuǎn)矩精度。與靜態(tài)測量（p1910）相比，通過電機動態(tài)優(yōu)化旋轉(zhuǎn)測量（p1960），能夠更精準(zhǔn)地確定異步電機的額定勵磁電流及飽和特性曲線[5]，如圖11所示。

3.4" " 電機動態(tài)優(yōu)化的數(shù)據(jù)項點和實現(xiàn)過程

與電機靜態(tài)數(shù)據(jù)優(yōu)化相比，電機動態(tài)優(yōu)化的主要區(qū)別在于，會對轉(zhuǎn)速控制器優(yōu)化，在優(yōu)化中會確定驅(qū)動的轉(zhuǎn)動慣量并設(shè)置轉(zhuǎn)速控制器。此外，電機動態(tài)優(yōu)化還會確定異步電機的飽和特性曲線和額定勵磁電流。

在電機動態(tài)優(yōu)化期間，驅(qū)動不會加速到額定轉(zhuǎn)速（p0310），而是加速到在p1965中設(shè)置的某個額定轉(zhuǎn)速百分比值，該值的出廠設(shè)置為40%。在開始測量之前，可對該參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，此時推薦設(shè)置較高的轉(zhuǎn)速。同樣也可以修改p1961中的轉(zhuǎn)速，飽和特性曲線的確定和編碼器測試將在該轉(zhuǎn)速下進(jìn)行。

在進(jìn)行異步電機動態(tài)優(yōu)化時應(yīng)采取以下步驟：在接入負(fù)載前，應(yīng)執(zhí)行完整的“電機動態(tài)識別”；p1960=1（不帶編碼器）或p1960=2（帶編碼器）。由于此時異步電機空載，因此可以得到更準(zhǔn)確的飽和特性曲線和額定勵磁電流；接入負(fù)載后，應(yīng)基于已經(jīng)改變的總轉(zhuǎn)動慣量，再次執(zhí)行電機轉(zhuǎn)速控制器優(yōu)化。選擇參數(shù)p1960=3（不帶編碼器）或p1960=4（帶編碼器），便可以執(zhí)行電機轉(zhuǎn)速控制優(yōu)化。在執(zhí)行轉(zhuǎn)速控制器優(yōu)化時，會自動取消參數(shù)p1959中的飽和特性曲線記錄功能，如圖12、圖13所示。

通過電機動態(tài)優(yōu)化執(zhí)行p1960，動作完成后，以下數(shù)據(jù)會被測試優(yōu)化：第一，編碼器測試，配備轉(zhuǎn)速編碼器時會檢查編碼器旋轉(zhuǎn)方向和線數(shù)；第二，測量飽和特性曲線（p0362～p0369），測量勵磁電流（p0320）和確定變頻器相對于偏移補償?shù)钠齐妷海瑴y量異步電機上漏電感的飽和特性，設(shè)置電流控制器適配（p0391～p0393）；第三，轉(zhuǎn)速控制器優(yōu)化p1470和p1472（p1960=1，無編碼器運行）、p1460和p1462（p1960=2，帶編碼器運行），實現(xiàn)速度環(huán)參數(shù)優(yōu)化；第四，加速度前饋控制設(shè)置（p1496）實現(xiàn)更好的加速度預(yù)先控制；第五，對于總轉(zhuǎn)動慣量與電機轉(zhuǎn)動慣量之比的設(shè)置（p0342），實現(xiàn)轉(zhuǎn)動慣量相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化。

如果在電機動態(tài)優(yōu)化的測量期間發(fā)現(xiàn)輸入的驅(qū)動動態(tài)系數(shù)無法使驅(qū)動穩(wěn)定運行或者使轉(zhuǎn)矩波動幅度太大，動態(tài)響應(yīng)將自動降低，結(jié)果顯示在R1968中，應(yīng)檢查驅(qū)動動態(tài)系數(shù)在整個設(shè)定范圍內(nèi)是否運行平穩(wěn)，必要時應(yīng)降低動態(tài)系數(shù)，或者設(shè)定合適的轉(zhuǎn)速控制器Kp_n/Tn_n適配，如圖14所示。

需要特別指出的是，通過電機靜態(tài)和動態(tài)優(yōu)化，系統(tǒng)完成自動檢測、辨識和優(yōu)化，但受多種因素影響，可能需要經(jīng)過多次電機匹配性優(yōu)化測試才能達(dá)到符合控制精度和平穩(wěn)的要求。如果經(jīng)過多次優(yōu)化還不能達(dá)到滿意的控制效果，對于配置西門子S120系列的變頻傳動裝置來講，比較合適的解決辦法是人為干預(yù)轉(zhuǎn)速控制參數(shù)，通過對速度環(huán)參數(shù)進(jìn)行微調(diào)來測試優(yōu)化效果。可通過調(diào)整p1967（速度環(huán)動態(tài)響應(yīng)因子），當(dāng)要求系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)快時，該值需＞100%，P1960優(yōu)化結(jié)束后，加速度預(yù)控p1496設(shè)置為100%，若速度給定變化比較大或者齒輪傳動時，建議取消加速度預(yù)控[6-8]。

4" " 電機匹配性優(yōu)化的故障實例

4.1" " 絞車在速度控制手柄零位時出現(xiàn)溜車現(xiàn)象

對于鉆井絞車手柄處于零位在未給定速度的情況下出現(xiàn)溜車情況，如圖15（a）所示，可通過電機優(yōu)化處理。通過電機組合、監(jiān)測參數(shù)發(fā)現(xiàn)，只要絞車B電機參與，就會出現(xiàn)速度未給定情況下的絞車異常運行，其余電機組合時絞車運行穩(wěn)定。經(jīng)過對相關(guān)因素進(jìn)行排查，未發(fā)現(xiàn)異常，考慮B電機存在需要優(yōu)化的問題，經(jīng)過對B電機優(yōu)化處理，絞車運行穩(wěn)定，相關(guān)組合運行正常，如圖15（b）所示。

在海洋平臺鉆井過程中，鉆井絞車作為處理鉆具的關(guān)鍵設(shè)備，其平穩(wěn)運行至關(guān)重要，當(dāng)電機匹配性優(yōu)化出現(xiàn)問題時，就會在實際運行中反映出來。引起絞車速度手柄未規(guī)定時絞車卻加減速的異常情況的原因很多，編碼器故障、干擾或電機優(yōu)化問題都會導(dǎo)致該情況發(fā)生，需要通過監(jiān)測系統(tǒng)參數(shù)的異常來進(jìn)行進(jìn)一步排查處理；若是硬件配置改變或是新調(diào)試的電機，則需要優(yōu)先考慮電機優(yōu)化，嘗試通過電機優(yōu)化來解決該問題。

4.2" " 頂驅(qū)電機編碼器更換不同型號后出現(xiàn)電機運行不穩(wěn)定現(xiàn)象

海洋鉆井平臺頂驅(qū)編碼器損壞，在更換新編碼器后控制系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)報警編碼器差速故障，導(dǎo)致變頻器跳閘，無法正常進(jìn)行作業(yè)生產(chǎn)，如圖16（a）所示。經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)，頂驅(qū)原編碼器和新更換的編碼器為不同品牌型號，經(jīng)過測試，發(fā)現(xiàn)新編碼器功能正常，接線一致，排除了新編碼器故障問題，安裝測試時出現(xiàn)編碼器差速報警，分析原因為更換編碼器導(dǎo)致其與電機原優(yōu)化參數(shù)不匹配，重新進(jìn)行電機優(yōu)化后該頂驅(qū)電機運行平穩(wěn)，再無報警情況發(fā)生，如圖16（b）所示。

在現(xiàn)場故障處理中經(jīng)常會出現(xiàn)備件升級或采用其他品牌型號替換舊備件的情況，在維修過程中要充分考慮配件更換對設(shè)備運行產(chǎn)生的影響，對于配件更換后的異常情況要分析其影響因素。在電機匹配性優(yōu)化時，功率單元、電機、編碼器等更換不同規(guī)格型號可能會與原電機優(yōu)化建立的等效模型不匹配，必要情況下需要考慮重新進(jìn)行電機匹配性優(yōu)化，以便達(dá)到需要的控制精度和平順度，這種情況在實際設(shè)備維修維護(hù)中應(yīng)引起注意[9-10]。

5" " 結(jié)束語

本文是對目前中油海主力鉆井平臺上采用的西門子S120系列變頻傳動裝置控制電機，進(jìn)行匹配性優(yōu)化研究工作的總結(jié)。通過對現(xiàn)場故障進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)對配置變頻傳動系統(tǒng)的電機進(jìn)行優(yōu)化是在實際故障處理中經(jīng)常遇到的問題。這要求現(xiàn)場裝備維護(hù)人員需精準(zhǔn)掌握這項專業(yè)技術(shù)，并在實際工作中熟練應(yīng)用。本文參考相關(guān)資料，結(jié)合海洋平臺頂驅(qū)絞車、泥漿泵電機配置的相關(guān)情況，針對配置了變頻傳動系統(tǒng)的電機，給出了一些維護(hù)、維修方面的建議，以期給現(xiàn)場工作人員提供一些有益參考。

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作者簡介：

齊賦寧（1982—），男，河北石家莊人，工程師，2007年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)，目前從事海洋石油電氣管理與技術(shù)工作。Email：qifn.cpoe@cnpc.com.cn

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