石油钻井；振动筛；变频技术；泥浆；制动停车；振动筛效率；热管散热石油钻井作业中使用的振动筛是一种处理泥浆固相含量的固控设备，主要用于清除钻井液中的岩屑和其它固相颗粒，要求尽可能多地清除钻进过程中钻井液中的固相颗粒，且处理量要大，最大限度地回收成本较高的钻井液。由于振动筛一般在超共振点工作，当通过共振点时会产生共振现象，给固定设施造成较大的动负荷和相关连接部件的巨大磨损。尤其是振动筛在停机过程中出现的剧烈抖动，且该抖动现象会持续一段时间，其振动能释放的冲击力严重损坏振动机构，造成设备故障率上升，极大地缩短了振动筛的使用寿命，增加了企业的成本。
为此设计了一种基于变频器的控制系统。通过设置三段速调节，使振动筛的泥浆处理速度与泥浆返出量相匹配，提高了振动筛处理效率和泥浆分离效果。该系统在振动筛启动时通过设置调频点跳过振动筛的固有频率来躲过振动筛的共振区；停机时通过变频器输出制动停车命令使振动筛越过共振点并快速停下来，以电能的形式消耗停车时产生的振动能。
1振动筛控制系统介绍振动筛控制系统总体机构的振动系统由两台2.2kW（1.86kW）的振动电机作为动力源，筛体工作时两台电机转速相同但方向相反。
振动筛的控制器和三相交流变频器镶嵌在一个密闭的金属防爆外壳内。该外壳米用铝合金板封装并配以防爆型热管散热器和散热风扇，既能满足防爆要求又能达到散热的效果。系统工作时通过控制器来控制振动筛电机的正反转运行和实现对振动筛的速度调节。
由于钻井工艺的特殊要求，振动筛的电机需要同时反方向运行。实际应用中为了防止跑浆现象和振动筛发生空转，设置了三段速调节，可以人为地根据泥浆返出量的多少来调节振动筛的转速，从而提高振动筛的利用率。
2传统振动筛问题分析由于振动筛要超共振点工作，在启动过程中会产生共振现象。但随着振动电机的转速加大，振动筛的振动频率也在相应地加大。由于加速时间短，在启动过程中振动筛的共振现象并不明显，变频器调频点的设置效果也不太明显。
传统的电气控制中，停机后由于机械惯性原因，振动筛不会立即停止而是逐渐减速，当转速到达共振频率时振动筛剧烈抖动并持续一段时间。其振动能释放出的冲击力严重损坏振动机构和振动筛本体，造成设备故障率上升，极大缩短了振动筛的使用寿命，增加了企业的生产成本。
此外，由于振动电机是工频电压直接启动，其启动电流较大，对电气设备有一定损害。在实践中，一个钻井平台有多台振动筛同时工作，启停过程中产生的大电流会对电网造成一定冲击。：孟庆海（1971），男，河北秦皇岛人，研究员，主要研究方向为电气安全及变频技术。
传统的振动筛处理泥浆的速度是固定的，而实际应用中泥浆返出量是变化的。振动筛的处理速度不能因泥浆返出量的变化进行调节，将导致跑浆现象和振动筛空转，振动筛的处理效率未达到最佳，造成了能源的浪费。
3振动筛控制系统的控制过程本设计以变频器技术为核心，为保证启动时有足够的转矩，变频器采用转矩提升方式和加大启动频率的方式进行设置。降低启动的中间频率和增加中间电压，把V/F曲线设置成高启动转矩曲线。
变频器采用外接I/O端子的方式进行控制，电气控制原理图如。当按下停止按钮时，控制器发出一个高电平信号送入变频器的微处理器。CPU收到信号后根据设定的制动起始频率和停车时间发出相应的命令，控制逆变元件IGBT的导通关断顺序，改变逆变器输出的交流电压相序。当反相序的电压加到电机定子绕组时，产生的电磁转矩将变成制动转矩并迫使电机在设定的时间内迅速停下来。
停车制动起始频率和停车制动时间等参数的设置以现场调试的最佳效果为准。变频器的输入端R、S、T接入三相380V工业电压，输出端采取反相序接法接到振动筛的两个振动电机上，保证两电机以相同的转速做反向转动。
为实现根据泥浆泵入量的多少来调节振动筛的处理速度，避免跑浆现象和振动筛空转，频率的主设方式采用模拟量电压外部给定的方式设定，不同的模拟量电压对应相应的频率，从而达到控制电机转速的目的。速度调节旋钮分为启停控制采用外接I/O端子的方式，CPU通过检查对应端子高低电平的变化发出相应的控制命令，控制逆变单元的开通关断从而达到控制电机启停的目的。通常情况下正转为默认启动方式，仅在个别情况下才用反转启动。
当温度检测单元检测到IGBT温度过高时，向变频器CPU发出高温信号。CPU收到后发出相应的命令输出24V直流电压驱动风扇转动进行散热；温度降到报警点以下后，输出0V电压，风扇停止转动。风扇转动时加快了防爆腔内空气的流动，使热量能够快速地通过热管散热器释放到外界环境中，确保防爆腔内温度在电子器件正常工作下可承受范围内。
4运行效果现场调试过程中发现振动筛的共振频率出现在电源频率20Hz左右，当设置调频点跳过20Hz时共振现象有所减缓。停车时设置停车起始制动频率25Hz，制动时间0.5s时，振动筛不再出现以前的剧烈抖动现象。停机时的振动能几乎全部被电能平衡，消除了共振现象，极大地减少了日常维护量。经过反复验证，设备参数基本满足所有S250系列平动椭圆振动筛。
由于变频器具有软启动的效果，可以消除电机启动过程中电流较大的现象，避免了对电网的冲击。该套装置体积和原来的控制箱体积接近，便于安装，操作简单，连续工作时稳定可靠，运行效果显著，得到了现场工程师和操作工人的认可。
5结论本控制系统结合现场工艺需求，采用注入反向电流的方式进行电机制动，以电能的形式平衡振动筛停机时产生的振动能，消除了振动筛停机过程中对设备的巨大冲击。同时，操作工人还可根据泥浆泵入量的多少来调节振动筛的处理速度，避免了跑浆现象和振动筛空转，提高了振动筛的工作效率，降低了电能消耗。