剎車自動送鑽系統的製作方法
2023-05-21 21:29:16
專利名稱：剎車自動送鑽系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鑽探機械的自動送鑽系統，特別是涉及石油鑽機上利用剎車實現的自動送鑽系統。
背景技術：
在石油開採過程中，石油鑽機的輔助剎車是鑽機的必配設備之一。伊頓剎車是石油鑽機上的一種新型的輔助剎車，而且，伊頓剎車正在逐漸取代目前普遍使用的電磁渦流剎車。發明人在實現本實用新型過程中發現目前針對伊頓剎車的自動送鑽系統還沒有一個完備且成熟的產品，而現有的自動送鑽系統並不能很好的適用於伊頓剎車中；因此，目前急需一種以伊頓剎車為控制對象的低成本且易操作的自動送鑽系統。有鑑於目前對伊頓剎車自動送鑽系統的需求，發明人基於從事此類產品設計製造多年豐富的實務經驗及專業知識，並配合學理的運用，積極加以研究創新，以期創設一種新型結構的剎車自動送鑽系統，能夠滿足目前對伊頓剎車自動送鑽系統的需求，使其更具實用性。經過不斷的研究設計，並經過反覆試作樣品及改進後，終於創設出確具實用價值的本實用新型。
發明內容本實用新型的目的在於，滿足目前市場對伊頓剎車自動送鑽系統的需求，而提供一種剎車自動送鑽系統，所要解決的技術問題是，使剎車自動送鑽系統具有低成本且易操作的特性。本實用新型的目的及解決其技術問題可採用以下的技術方案來實現。依據本實用新型提出的一種剎車自動送鑽系統，包括一控制網絡，其特徵在於，該控制網絡包括上位機、數據處理模塊、電控箱、氣控箱、懸重變送器、兩個溫度傳感器、流量傳感器、速度編碼器和剎車；其中，上位機、數據處理模塊、氣控箱、懸重變送器、兩個溫度傳感器、流量傳感器、速度編碼器和剎車均與電控箱連接；數據處理模塊接收外部輸入信號，並通過電控箱向氣控箱輸出閥島動作控制信號；所述懸重變送器設置於現場死繩固定器處，且所述懸重變送器向電控箱輸出鉤懸重檢測信號；兩個溫度傳感器均向電控箱輸出溫度檢測信號，其中一個溫度傳感器設置於所述剎車的冷卻水的入口處，另一個溫度傳感器設置於所述剎車的冷卻水的出口處；所述流量傳感器設置於冷卻水管道處，所述流量傳感器向電控箱輸出冷卻水流量檢測信號；所述速度編碼器設置於絞車滾筒處，速度編碼器向所述電控箱輸出滾筒速度檢測信號；所述剎車與氣控箱連接。本實用新型解決其技術問題還通過以下技術措施來實現前述的剎車自動送鑽系統，其中所述數據處理模塊包括可編程邏輯控制器PLC。前述的剎車自動送鑽系統，其中所述控制網絡還包括兩個電磁閥，均與所述氣控箱連接，所述電磁閥接收氣控箱輸出的電磁閥通/斷控制信號，其中一個電磁閥為常通電磁閥，另一個為常斷電磁閥，常通電磁閥關斷且常斷電磁閥導通，形成一條緊急剎車通道。本實用新型與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。由以上技術方案可知，本實用新型通過上述部件可以成功構建恆壓送鑽控制網和安全保護控制網，從而針對剎車實現了自動送鑽，且具有實現成本低以及易操作等特性。綜上所述，本實用新型在技術上有顯著的進步，並具有明顯的積極技術效果，成為一新穎、進步、實用的新設計。上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚的了解本實用新型的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本實用新型的上述和其他目的、特徵以及優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。
圖1是控制系統的結構示意圖。圖2A是控制系統氣路原理圖。圖2B是控制系統的一個電路原理圖。圖2C是控制系統的另一個電路原理圖。圖2D是控制系統的第三個電路原理圖。
具體實施方式
為更進一步闡述本實用新型為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，
以下結合附圖及較佳實施例，對依據本實用新型提出的剎車自動送鑽系統其具體實施方式
、結構、特徵及其功效，詳細說明如後。如圖1所示，本實用新型提出的剎車自動送鑽系統包括一控制網絡，該控制網絡主要包括上位機20、數據處理模塊(如可編程邏輯控制器21，即PLC21)、電控箱22、氣控箱23、懸重變送器24、溫度傳感器(即入口溫度傳感器25)、溫度傳感器(即出口溫度傳感器26)、流量傳感器27、速度編碼器28和伊頓剎車29 ;其中，上位機20、數據處理模塊、氣控箱23、懸重變送器24、兩個溫度傳感器、流量傳感器27、速度編碼器28和伊頓剎車29均與電控箱22連接。上位機20主要用於為用戶提供友好的人機互動界面，以使用戶能夠方便的對伊頓剎車自動送鑽系統進行控制，並向用戶顯示伊頓剎車自動送鑽系統的當前工作狀態。該上位機20可以為計算機設備。數據處理模塊主要用於接收外部輸入信號,並向電控箱22輸出對應的控制信號，如閥島動作控制信號等，該控制信號經過電控箱22傳輸至向氣控箱23。數據處理模塊可以具體為PLC21或者單片機等可以運行程序代碼的元件。在下面的描述中，以數據處理模塊為PLC21為例對本實用新型的伊頓剎車自動送鑽系統進行說明。懸重變送器24主要用於獲得鉤懸重檢測信號(如獲得大鉤懸重檢測信號)，並向電控箱22傳輸其獲得的鉤懸重檢測信號。懸重變送器24可以設置於現場死繩固定器處。入口溫度傳感器25和出口溫度傳感器26主要用於檢測溫度，並向電控箱22傳輸其檢測獲得的溫度檢測信號。入口溫度傳感器25可以設置於伊頓剎車的冷卻水的入口處，出口溫度傳感器26可以設置於伊頓剎車的冷卻水的出口處。[0026]流量傳感器27主要用於檢測流量，並向電控箱22輸出其檢測獲得的流量檢測信號。流量傳感器27可以設置於冷卻水管道處，從而流量傳感器27可以向電控箱22提供冷卻水流量檢測信號。速度編碼器28主要用於檢測被檢測對象的轉速，並向電控箱22輸出其檢測到的滾筒速度檢測信號。速度編碼器28可以設置於絞車滾筒處，從而速度編碼器28可以向電控箱22輸出滾筒速度檢測信號。氣控箱23主要用於對伊頓剎車29進行控制。伊頓剎車29主要用於根據氣控箱23的控制執行相應的操作。下面結合圖1以及圖2A-2D對本實用新型的伊頓剎車自動送鑽系統進行說明。請參閱圖1和2C所示，上位機20與PLC21通過Profibus-DP組成的網絡是系統的控制核心部分，主要用於完成數據的優化、計算、控制以及管理工作。上位機20所顯示的畫面主要包括模擬量顯示畫面，送鑽操作畫面、高度顯示畫面等等。利用模擬量顯示畫面可以對轉盤轉矩、泵壓、伊頓剎車主氣源壓力、大氣缸壓力、小氣缸壓力、冷卻水流量、冷卻水進口溫度、冷卻水出口溫度、滾筒實際速度、大鉤懸重以及實際鑽壓等進行監控。送鑽操作畫面主要供司鑽投入自動送鑽時使用，一個具體的例子，第一步，鑽頭到達井底位置時鑽壓校零；第二步，鑽壓設定、下放速度限制設定以及大氣缸初始壓力賦值；第三步，閉合轉換開關B231投入自動送鑽過程，然後，鬆開盤剎，完全進入自動送鑽模式。利用高度顯示畫面可以監控大鉤的當前高度，從而完成上碰下砸功能。請參閱圖2B所示，通過上位機20的送鑽操作畫面人工輸入鑽壓設定值作為給定值，PLC的模擬量模塊224採集懸重變送器24輸出的大鉤懸重信號，PLC21將其優化處理成鑽壓實際反饋值，鑽壓給定值與鑽壓實際反饋值同時賦予西門子標準PID程序塊SFB58，構成鑽壓閉環控制。鑽壓環的輸出取反後，通過上位機20的送鑽操作畫面人工給出下放速度限制設定值，經限幅處理後作為小氣缸壓力環的給定值，PLC的模擬量模塊224採集壓力變送器B2111送出的伊頓剎車小氣缸壓力信號通過PLC21處理成壓力實際反饋值，壓力給定值與反饋值同時賦予西門子標準PID程序塊SFB58構成小氣缸壓力閉環控制。通過上位機20送鑽操作畫面中人工輸入的大氣缸初始壓力設定值與壓力變送器C2112送出的大氣缸壓力實際值構成大氣缸壓力閉環控制。壓力環以小氣缸為控制核心，大氣缸僅在小氣缸壓力超限時如小氣缸壓力大於8KG、滾筒速度大於零或者小於4KG、滾筒速度等於零的情況協調動作。請參閱圖2B和2C所示，PLC的模擬量模塊224採集壓力變送器E222輸出的轉盤轉矩、壓力變送器D221輸出的泵壓、壓力變送器A213輸出的主氣源壓力、流量傳感器27輸出的冷卻水流量、入口溫度傳感器25輸出的冷卻水進口溫度、出口溫度傳感器26輸出的冷卻水出口溫度等信號，與設定值進行比較，完成異常現象時對硬體的及時診斷保護。如自動送鑽過程中轉盤轉矩與泵壓不滿足鑽井工藝要求時信號燈B234點亮；伊頓剎車冷卻水流量低於20m3/h時信號燈C236點亮；伊頓剎車進出口冷卻水溫差高於10°C時信號燈D237點売。請參閱圖2C所示，速度編碼器28的輸出信號通過對西門子標準頻率計數程序塊SFB47的賦值處理後，完成對大鉤當前高度監控以及滾筒實際速度的採集，其中高度監控可完成上碰下砸功能，滾筒實際速度便於司鑽參考限制自動送鑽時的機械鑽速，並與給定值比較實現對自動送鑽時的超速、溜鑽等失控現象保護。請參閱圖2A、2B和2D所示，小氣缸壓力環的輸出通過PLC的CPU模塊225驅動小氣缸比例閥218動作，大氣缸壓力環的輸出通過PLC的CPU模塊225、經轉換開關A223轉換後驅動大氣缸比例閥216動作，大氣缸比例閥216、小氣缸比例閥218的輸出氣壓分別經繼動器A217、繼動器B219放大後控制伊頓剎車大、小氣缸的壓力，達到合理下放鑽具，完成自動送鑽功能。另外，伊頓剎車的手動操作與自動送鑽通過轉換開關A223切換，互為聯鎖，其中僅在自動送鑽運行時信號燈A233點亮，手動剎車通過操縱器241人工控制，實現伊頓剎車29作為輔助剎車的功能。請參閱圖2A和2C所示，大氣缸還設置旁路迴路，當自動送鑽過程中有故障發生時，信號燈B234、信號燈C236、信號燈D237點亮，此時大氣缸的繼動器A217輸出通道常通電磁閥2110截止，防止空氣倒灌，大氣缸的旁路迴路通過常斷電磁閥214導通，主氣源壓力直接加至大氣缸，實現緊急剎車。同時，PLC 21輸出信號使繼電器235吸合，驅動盤剎抱閘，實現雙重緊急剎車。以上所述，僅是本實用新型的典型實施方式而已，並非對實用新型作任何形式上的限制，但凡是依據本實用新型的技術實質對以上設計框架所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本實用新型技術方案的範圍內。
權利要求1.一種配套於石油鑽機上的剎車自動送鑽系統，包括一控制網絡，其特徵在於，該控制網絡包括上位機、數據處理模塊、電控箱、氣控箱、懸重變送器、兩個溫度傳感器、流量傳感器、速度編碼器和剎車；其中，上位機、數據處理模塊、氣控箱、懸重變送器、兩個溫度傳感器、流量傳感器、速度編碼器和剎車均與電控箱連接；所述數據處理模塊接收外部輸入信號，並通過電控箱向氣控箱輸出閥島動作控制信號;所述懸重變送器設置於現場死繩固定器處，且所述懸重變送器向電控箱輸出鉤懸重檢測信號；兩個溫度傳感器均向電控箱輸出溫度檢測信號，其中一個溫度傳感器設置於所述剎車的冷卻水的入口處，另一個溫度傳感器設置於所述剎車的冷卻水的出口處；所述流量傳感器設置於冷卻水管道處，所述流量傳感器向電控箱輸出冷卻水流量檢測信號;所述速度編碼器設置於絞車滾筒處，所述速度編碼器向所述電控箱輸出滾筒速度檢測信號；所述剎車與氣控箱連接。
2.根據權利要求1所述的剎車自動送鑽系統，其特徵在於其中所述數據處理模塊包括可編程邏輯控制器PLC。
3.根據權利要求1所述的剎車自動送鑽系統，其特徵在於其中所述控制網絡還包括兩個電磁閥，均與所述氣控箱連接，所述電磁閥接收氣控箱輸出的電磁閥通/斷控制信號，其中一個電磁閥為常通電磁閥，另一個為常斷電磁閥，常通電磁閥關斷且常斷電磁閥導通，形成一條緊急剎車通道。
專利摘要本實用新型關於配套於石油鑽機上的剎車自動送鑽系統，系統中的控制網絡包括上位機、數據處理模塊、電控箱、氣控箱、懸重變送器、溫度傳感器、流量傳感器、速度編碼器和剎車；其中的電控箱與控制網絡中的其他各部件均連接；數據處理模塊接收外部輸入信號，並通過電控箱向氣控箱輸出閥島動作控制信號；懸重變送器設置於現場死繩固定器處並向電控箱輸出鉤懸重檢測信號；兩個溫度傳感器均向電控箱輸出溫度檢測信號；流量傳感器設置於冷卻水管道處，並向電控箱輸出冷卻水流量檢測信號；速度編碼器設置於絞車滾筒處，並向電控箱輸出滾筒速度檢測信號；剎車與氣控箱連接。本實用新型針對伊頓剎車的自動送鑽控制系統具有低成本且易操作等特性。
文檔編號E21B44/02GK202882881SQ20122036939
公開日2013年4月17日 申請日期2012年7月27日 優先權日2012年7月27日
發明者趙建平, 張正輝, 王剛, 高賀 申請人:北京中興天傳電氣技術有限公司