摘要：提出了双电机同步系统对硬件的基础要求及变频钻机绞车主从控制的实现方法，试探性分析了绞车双电机同步调速的实现方式以及在现场应用中的注意事项。结果表明，绞车常见的同步故障及排除方略，可保证在同一个给定速度下，各个变频器输出的频率误差控制在0.1HZ以内，输出电压误差也较小，能够满足钻机绞车控制系统的要求。
关键词：变频钻机绞车变频器速度控制转矩控制
一、双电机同步拖动系统
在变频钻机绞车控制系统中引入了主从控制模式，拟将M1作为主令(MASTER)电机，M2作为从动(SLAVE)电机，对变频电机M1采用速度控制，由手柄进行速度给定，电机M1编码器作为速度反馈信号，形成闭环控制，而对电机M2采用转矩控制，使M1的转矩输出作为M2的转矩(电流)给定，而控制电机M2的变频器计算出实际转矩，如实际转矩低于给定转矩，则升速，反之，则减速，这样当电机M1的给定转速增大时，其负载转矩将增大，同时电机M1将增大了的转矩值传给从动电机M2，使得M2给定转矩大于实际测得的转矩，M2将在很短的时间内升速直到其转矩与给定转矩平衡，这样两电机间的线速度和转矩就可以实时的达到平衡。
二、变频钻机绞车主从控制的实现方法
(1)主从控制硬件构成。变频钻机采用主从控制在理论上可以解决同步传动的问题，但要在现场应用中实现还要克服一些关键的技术问题，其一就是如何把主传动的转矩信号高速和精确地传送到从传动变频器，实现方法因产品规格型号不同会有所差别，并且在各种应用场合中由于传动控制精度的要求不同也可以通过不同的方法来实现。以主流的70DB钻机为例，在绞车传动系统中采用了西门子6SE7138变频器，且利用其“主从控制”方式选择，在控制绞车电机的两变频器之间引入了内部SIMOLINK网络，SIMOLINK通讯接口可实现两个(或多个)传动设备之间的数据快速、准确的交换，其通讯板SLB板可以直接插在6SE70变频器的CUVC控制板的扩展槽上，然后通过光缆来连接成闭合环形回路。在主从应用中可以把主传动的SLB板设置成主站，另外设置为从站，主从传动的速度或转矩分配由主站的变频器来完成。
(2)SIMOLINK控制网络特点。SIMOLINK(Siemens?Motion?Link)是以光纤电缆位传输介质的通讯方式，其特点是响应速度快捷，抗干扰能力强，在每一个周期内依靠其精确的时间间隔和无偏差的同步功能使所连接的变频器在极快的数据传输中保持高性能的适时性和同步性，SIMOLINK有11Mbit/S的数据传输速率，可以传输32位的数据，总线循环周期为0.2～6.5Ms。在主从控制中通过SIMOLINK通讯方式可以使得两台电机的控制精度和响应速度方面都达到很高的性能。这样就能够很好的实现绞车主令(MASTER)电机和从动(SLAVE)电机间控制信号和转矩传递，给绞车电机同步系统提供了有力保障。
(3)绞车电机主从控制同步启停的实现。同步启停是在变频器接收到外部控制系统发出的启动或者停机信号后，主从控制网内的变频器同步的启动或者停机，同步启停在无主从控制功能的变频器多机随动中是无法实现的。而绞车主从控制系统中针对钻井工况中绞车负载变化幅度大和节能等因素，在外部控制系统中设置了绞车A(电机M1)驱动方式、绞车B(M2电机)驱动方式和绞车AB共同驱动方式(主从控制模式)，前两中方式中两变频器为单独的速度闭环控制方式，而双绞车驱动方式即所说的主从控制方式中我们通过电气控制系统直接设定绞车A为主令电机，绞车B为从动电机，当控制系统有启动或者停机指令通过PROFIBUS总线发送过来首先给主令(MASTER)变频器后，接收到信号后立即执行该指令，并与此同时把相应的指令通过SIMOLINK高速通讯的方式传送给的启停控制字，使得主从变频器同时启动或者停机，同时将主令(MASTER)变频器的输出转矩传送给从动(SLAVE)变频器，从而实现主从控制达到同步控制的要求。
三、双电机同步系统对硬件的基础要求
(1)交流变频电机的配对。在主从控制体统中选取相同型号、规格的变频电机是必要的。因为同一型号、规格的变频电机在生产过程中，由于各种因素的影响，最终生产出的电动机的负载特性曲线(电流-转速特性)不可能完全一致。分析表明，两台电动机的负载特性有误差，2号电动机特性较软。在同一个转速运转下。担负的负载就要比1号少一些。应该选取定转差率误差最小的电动机为一组。这样就可以把不平衡负载的误差程度减到最小，达到可以允许得程度。
(2)变频器的配对。我们应该选取同种型号的变频器，同时还要保证两变频器从同一个交流电网(母排)上取电，我们都知道变频调速装置中广泛的应用了全数字技术的模块化通用产品，因此他本身在一定程度上就能达到精确配合，此外我们在变频器的订货之初，就可以要求供货方在生产和出厂调试中注意这些问题，让其针对多电机拖动的负载平衡问题提供一些有力的技术保障，以免对后期的系统设计和运行埋下后患。
(3)编码器的配对和安装。编码器作为双电机绞车系统中速度反馈信号发生器，在变频器输出校正上起着至关重要的作用，对他的选型除了满足同规格、型号外，还应该在安装时注意一下几点而且编码器信号连接线的走线也必须符合要求：①编码器信号线应与动力线分开走线。由于变频器等设备运行事会产生大量的高次谐波，会对编码器输出的模拟信号造成干扰，为了减少模拟量受来自变频器和其它设备的干扰，应将信号线与强电回路(主回路及顺控回路)分开走线，距离应在30cm以上。②编码器信号线应使用多芯屏蔽线，在插接件焊接时要保证屏蔽层可靠接地，以防止屏蔽线与其它设备接触引入干扰。
③编码器与被测电机输出轴间的连接，应采用弹性软连接，不能采用刚性连接，以避免因电机轴的串动、跳动而造成编码器轴系、码盘的损坏，以及引起的反馈信号的抖动而使同步系统失稳。④保证支撑座牢固误差较小，编码器联轴器安装牢靠，其轴应与被测电机主轴保持同心，误差不能过大。
四、绞车常见的同步故障及排除
(1)SIMOLINK通讯故障。SIMOLINK通讯板正常工作时上面的红黄绿三个LED指示灯应该闪烁，如有灯不亮说明SIMOLINK板本身有故障或者是通讯没有建立。在西门子6SE70型变频器中关于的故障号有F087和，F087是在初始化SLB板时出现的故障，此时应将其更换再试启动，而报F056时应检查光纤电缆环是否损坏;检查环中的SLB上是否有电压;检查P741。
(2)编码器导致的同步故障。编码器安装导致的同步故障。编码器属于精密旋转测量期间，两绞车电机编码器安装不到位肯定会产生同步问题，因此当出现双电机不同步时首先要检查编码器安装是否符合要求。编码器损毁导致的同步故障，一般来说，与编码器有关的故障号有F053、F054和F091等，如果双变频器中有一台报这些故障的话，肯定会导致双电机不同步或减速箱发出异响，这时就应该更换编码器，并严格按照以上叙述的编码器安装要求进行安装再调试。如果在应急情况下可以通过控制方式选择(P100)而取掉编码器，用开环控制方式以满足钻井工况的要求。
(3)变频器参数设置导致的故障。在同步控制中的两台变频器除了与SIMOLINK板通讯有关的一些参数外其余参数设置应该保持基本的一致，特别是双电机优化中一定要注意基本参数的设置，否则同步控制中两电机中如有一台优化不良就会出现一台承担负荷大，一台吃不上负荷的情况，同样系统也会出现同步问题而发出异响，这时只要将两电机回复出厂设置之后重新优化，且保证参数设置一致后就能正常运行。
五、结束语
实践表明，由准确高效的SIMOLINK通讯网络实现的双电机甚至多电机变频调速同步系统是成功有效的，同时这种同步系统大大简化了结构，降低了成本，满足了钻井设备对可靠性的要求，应该在变频钻机乃至其他行业广泛的推广和应用，以克服传统多电机直流传动同步系统逐渐暴露出很多的缺点，从而推动变频调速系统的发展和普及。
参考文献：
陈荣振.石油钻采设备及工艺概论李继志，石油大学出版社出版.