刘 浩，党怀东，方建熙

（1.天水电气传动研究所有限责任公司，甘肃 天水741020，2.黄河水利水电开发总公司，河南 郑州471000）

1 引言

石油钻井大部分在野外作业，且钻井设备随开采井位的不同频繁移动，因此其供电系统一般都采用自备柴油发电机组供电，整个电传动系统是由发电、传动及配电等部分组成的一个复杂的小电网系统。小电网抗冲击能力小，所以在钻机上对加重泵、灌注泵等大电机（37kW、55kW和75kW）的启动一般都采取一拖四（1台软启动器控制4台电机的启动）的软启动控制方式，以减小对电网的冲击，确保小电网运行可靠稳定。

传统的软启动方案多采用继电器组成控制部分，实现电机的相互连锁及启停控制，线路复杂、故障点多、综合费用高。采用LOGO！控制器省去了软启动控制柜，优化了柜体之间的接线，降低了设备和生产成本，且系统变得更加可靠、简洁，方便了现场的运行维护。

2 设备功能描述

LOGO!是一种小型通用逻辑控制模块。主机集成8个数字量输入（包括2路AI 在12/24V DC状态下）和4路数字量输出，具有灵活的扩展功能，最大配置可达到：24DI、16DO、8AI、2AO；集成了与、或、非等8个基本功能块和定时器、计数器、模拟量处理器等31个特殊功能块来实现各种逻辑控制任务，提供了130个用于建立线路程序的功能块存储容量；编程软件LOGO!Soft Comfort简洁、灵活、易用，编辑控制逻辑灵活；具有密码保护功能，可保护用户的专有知识；集成了数据保持功能，可确保在设备突然掉电的情况下，安全保存数据；操作面板、带背光的显示器和电源集成一体。

3 系统组成

电传动石油钻机MCC软启动一拖四控制柜中包括一个软启动控制抽屉ST-0和4个电机控制抽屉ST-1至ST-4，软启动控制抽屉中主要元器件为：软启动器、LOGO！控制器、断路器、熔断器等，每个电机控制抽屉主要元器件有断路器、软启动接触器、旁路接触器、热继电器、指示灯以及启/停按钮等。软启动器和LOGO！的配置如表1所示。

表1 软启动器和LOGO！配置表

软启动器选用ATS48系列中的产品，是由6个晶闸管组成的软启／软停单元，功能丰富，性能可靠；控制器LOGO！选用230V AC型，主要完成电动机的启/停控制、互锁保护等。MCC软启动控制柜一次电路图如图1所示。

4 控制原理

MCC 软启动控制中LOGO！控制模块数字量I/O点分配如表2所示。

表2 LOGO！数字量I/O点分配表

MCC软启动控制柜二次电路图如图2所示。

单元抽屉控制电源由各自的控制变压器提供（380V/220V，主断路器后级取电），主断路器合闸后，控制柜处于待机准备状态。当任意一个电机启动按钮被按下时，LOGO！控制器输入信号（CPU模块I2、I4，扩展模块I2、I4）有效（为逻辑“1”），进入该台电机的启动程序，首先置位控制器“电机软启”数字量输出点（CPU模块Q1、Q3，扩展模块Q1、Q3），对应软启接触器（KM12、KM22、KM32、KM42）吸合，同时将启动信号送给软启动器，软启动器开始工作，电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升。启动结束后，软启动器发出旁路合闸（软启动器R2A、R2C触点）控制信号给LOGO！控制器（CPU模块I8），置位控制器“电机旁路”数字量输出点（CPU模 块Q1、Q3，扩 展 模 块Q1、Q3），旁 路 接 触 器（KM11、KM21、KM31、KM41）吸合，软启接触器断开，完成电机的启动运行。

图1 MCC软启动控制柜一次电路图

图2 MCC软启动控制柜二次电路图

反之，当按下停止按钮时，控制器输入信号“电机停止”（CPU模块I1、I3，扩展模块I1、I3）有效（为逻辑“0”），如果此时该台电机处于旁路运行状态，相应旁路接触器断开，电机停止；如果该台电机正处于软启动状态，软启动接触器断开，电机停止。图3所示为1号电动机软启控制程序功能逻辑图，2、3、4号电机的控制逻辑与1号相同。

图3 1号电动机软启控制程序功能逻辑图

程序功能块设计的其他功能：

①控制程序功能块设计了联锁保护，当任意1台电机处于软启动阶段时，其他3台都不能进行启动控制；②设计了软启动阶段的定时功能，如果在设定的时间20s内（时间可更改）电机没有启动，则自动断开软启接触器。

在实际应用中，为了增强系统运行的可靠性，在电机具有软启动功能的同时增加了电机直接启动控制方式，保证在软启动器有故障时，电机可正常启动运行，详细控制电路见图2。通过切换“软启/直启”转换开关（SA1、SA2、SA3、SA4）控制对应继电器（K1、K2、K3、K4），继电器吸合后电机的启动、停止控制信号与LOGO！控制器完全脱离，切入到电机直接启动的控制回路，控制对应电机的旁路接触器，实现电机直启控制。

5 控制功能扩展

该软启动控制方案具有很强的灵活性，在此基础上稍作改动，可扩展实现多种组合的软启动控制功能。如实现电机的“软启/直启”与“手动/自动启动”、“远控/近控启动”的组合控制方式，完成远程手动软启控制、远程自动软启控制、本地自动软启控制、本地自动直启控制等不同的控制功能。

6 结束语

LOGO！可编程控制器具有微型化、系统实现简单、可靠性高、灵活性强等优点，使用其替代继电控制，不但省略了许多繁琐的中间控制环节，减少了二次接线、器件使用量和后续运行维护量，降低了系统造价，还大大提高了整套系统的可靠性和稳定性。按此方案设计的MCC软启动控制系统已在多套石油电控钻机上应用，达到了理想的控制效果。此方案可推广应用到其它需要软启动控制的领域中。

［1］西门子电气传动有限公司.LOGO！手册［Z］.2003.

［2］施耐德电气公司.Altistart 48软启动－软停止单元用户手册［Z］.2004.