基于速度比對的鉆機絞車自動剎車保護裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于速度比對的鉆機絞車自動剎車保護裝置，包括主電機，主電機通過減速箱電動換擋器與滾筒傳動連接，滾筒兩端均設置有盤剎機構，各個盤剎機構均與盤剎液氣控制閥組連通；減速箱電動換擋器還通過電動送鉆離合器與自動送鉆電機傳動連接；在主電機軸端、滾筒軸端、自動送鉆電機軸端分別安裝有一個編碼器，三個編碼器均與PLC控制器的信號輸入端連接，PLC控制器的一個信號輸出端與司鉆操作顯示屏連接，PLC控制器的另一個信號輸出端與盤剎液氣控制閥組控制連接。本發(fā)明還公開了基于速度比對的鉆機絞車自動剎車保護方法。本發(fā)明的裝置結構簡單，控制方法便捷可靠。
【專利說明】
基于速度比對的鉆機絞車自動剎車保護裝置及方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于機械設備控制技術領域，用于在傳動機構故障時的自動應急剎車，涉及一種基于速度比對的鉆機絞車自動剎車保護裝置，本發(fā)明還涉及基于速度比對的鉆機絞車自動剎車保護方法。
【背景技術】
[0002]目前，石油鉆機均配備了絞車盤剎剎車機構以實現鉆機提升裝置位置的有效保護控制;并且基于PLC自動控制技術也可以實現部分狀態(tài)的自動剎車功能，如變頻器故障、通訊故障等狀態(tài)下的自動剎車。
[0003]但對于配備了多檔絞車或獨立自動送鉆裝置的鉆機而言，當主電機換擋機構或自動送鉆掛合機構出現問題，動力無法傳輸到絞車滾筒提升裝置上時，盤剎系統(tǒng)如何能快速自動的投入工作，防止“溜鉆”事故發(fā)生，目前尚未得到有效解決。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供了一種基于速度比對的鉆機絞車自動剎車保護裝置，解決了現有技術鉆機絞車主電機換擋機構或自動送鉆掛合機構故障后，盤剎系統(tǒng)無法實現自動投入工作，系統(tǒng)安全性不足的問題。
[0005]本發(fā)明的另一目的是提供了一種基于速度比對的鉆機絞車自動剎車保護方法。
[0006]本發(fā)明采用的技術方案是，一種基于速度比對的鉆機絞車自動剎車保護裝置，包括主電機，主電機通過第一聯(lián)軸器與減速箱電動換擋器傳動連接，減速箱電動換擋器通過第二聯(lián)軸器與滾筒傳動連接，滾筒兩端均設置有盤剎機構，各個盤剎機構均與盤剎液氣控制閥組連通;減速箱電動換擋器還通過電動送鉆離合器與自動送鉆電機傳動連接;在主電機軸端安裝有主電機編碼器，在滾筒軸端安裝有滾筒編碼器，在自動送鉆電機軸端安裝有自動送鉆編碼器，主電機編碼器、滾筒編碼器、自動送鉆編碼器均與PLC控制器的信號輸入端連接，PLC控制器的一個信號輸出端與司鉆操作顯示屏連接，PLC控制器的另一個信號輸出端與盤剎液氣控制閥組控制連接。
[0007]本發(fā)明采用的另一技術方案是，包括兩種控制方式:
[0008]第一種，一種基于速度比對的鉆機絞車自動剎車保護方法，利用上述的基于速度比對的鉆機絞車自動剎車保護裝置，按照以下步驟實施:
[0009]主電機工作，當減速箱電動換擋器工作在A位置時，為低速檔，減速比為i低;當減速箱電動換擋器工作在B位置時，為空擋；當減速箱電動換擋器工作在C位置時，為高速檔，減速比為i高，
[0010]具體控制過程是:
[0011 ]主電機編碼器實時檢測出當前主電機的旋轉速度提供給PLC控制器;滾筒編碼器實時檢測當前絞車滾筒的實際旋轉速度示提供給PLC控制器；同時，PLC控制器將司鉆人員通過司鉆操作顯示屏發(fā)出的檔位控制命令進行記錄，當司鉆將檔位掛在空擋時，則PLC控制器立即發(fā)送控制命令給盤剎液氣控制閥組，從而控制盤剎機構立即剎車；當司鉆將檔位掛在低速檔時，則PLC控制器立即計算滾筒理論旋轉速度11瀚飄侖=1^5観(7) + i低，隨即進行速度比對，即當η滾.示-1???*侖彡Λ?午時，PLC控制器立即發(fā)送控制命令給盤剎液氣控制閥組，從而控制盤剎機構立即剎車；當司鉆將檔位掛在高速檔擋時，則PLC控制器立即計算滾筒理論旋轉速度η滾m侖+ i高，隨即進行速度比對，即當η滾1；魏!示-η滾m侖彡Λ?午時,PLC控制器立即發(fā)送控制命令給盤剎液氣控制閥組，從而控制盤剎機構立即剎車;在執(zhí)行盤剎剎車命令的同時，PLC控制器自動發(fā)出報警信息給司鉆操作顯示屏；當上述條件不滿足時，PLC控制器不發(fā)送控制命令給盤剎液氣控制閥組，盤剎機構不剎車。
[0012]第二種，一種基于速度比對的鉆機絞車自動剎車保護方法，利用上述的基于速度比對的鉆機絞車自動剎車保護裝置，按照以下步驟實施:
[0013]自動送鉆電機工作模式，當電動送鉆離合器工作在D位置時，自動送鉆電機與減速箱電動換擋器脫離；當電動送鉆離合器工作在E位置時，自動送鉆電機與減速箱電動換擋器掛合，自動送鉆電機以減速比iiM將轉速傳遞到絞車的滾筒上，
[0014]具體控制過程是:
[0015]自動送鉆編碼器實時檢測出當前自動送鉆電機的旋轉速度η邀抽m提供給PLC控制器，滾筒編碼器實時檢測當前滾筒的實際旋轉速度η?Τ_提供給PLC控制器，同時，PLC控制器將司鉆人員通過司鉆操作顯示屏發(fā)出的送鉆電機掛合控制命令進行記錄；當司鉆將檔位掛在脫離空擋位時，即電動送鉆離合器在D位置時，自動送鉆電機與減速箱電動換擋器脫離，則PLC控制器立即發(fā)送控制命令給盤剎液氣控制閥組，從而控制盤剎機構立即剎車；當司鉆將電動送鉆離合器與減速箱電動換擋器掛合時，則PLC控制器立即計算滾筒理論旋轉速度侖=η激甜/I+ i.，隨即進行速度比對，即當侖彡午時，PLC控制器立即發(fā)送控制命令給盤剎液氣控制閥組，從而控制盤剎機構立即剎車;在執(zhí)行盤剎剎車命令的同時，PLC控制器自動發(fā)出報警信息給司鉆操作顯示屏；當上述條件不滿足時，PLC控制器不發(fā)送控制命令給盤剎液氣控制閥組，盤剎機構不剎車。
[0016]本發(fā)明的有益效果是，與傳統(tǒng)當主電機換擋機構或自動送鉆掛合機構故障需手動控制剎車系統(tǒng)相比，I)針對主電機工作模式下?lián)Q檔機構故障或絞車運行過程中出現的“脫檔”事故，盤剎系統(tǒng)可自動投入工作，大大提高系統(tǒng)的安全性。2)針對自動送鉆電機工作模式下掛合機構故障或者運行過程中出現的“離合分離”事故，盤剎系統(tǒng)可自動投入工作，大大提高系統(tǒng)的安全性。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的結構及控制原理示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明方法在主電機工作模式下的工作流程示意圖；
[0019]圖3是本發(fā)明方法在自動送鉆電機工作模式下的工作流程示意圖。
[0020]圖中，1.主電機編碼器，2.滾筒編碼器，3.盤剎液氣控制閥組，4.自動送鉆編碼器，
5.PLC控制器，6.司鉆操作顯示屏，7.主電機，8.自動送鉆電機，9.滾筒，1.減速箱電動換擋器，11.電動送鉆離合器。
【具體實施方式】
[0021 ]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0022]參照圖1，本發(fā)明方法所采用的多檔絞車傳動機構的結構是，包括主電機7，主電機7通過第一聯(lián)軸器與減速箱電動換擋器10傳動連接，減速箱電動換擋器10通過第二聯(lián)軸器與滾筒9傳動連接，滾筒9兩端均設置有盤剎機構，各個盤剎機構均與盤剎液氣控制閥組3連通;減速箱電動換擋器10還通過電動送鉆離合器11與自動送鉆電機8傳動連接;在主電機7軸端安裝有主電機編碼器I，在滾筒9軸端安裝有滾筒編碼器2，在自動送鉆電機8軸端安裝有自動送鉆編碼器4，主電機編碼器1、滾筒編碼器2、自動送鉆編碼器4均與PLC控制器5的信號輸入端連接，PLC控制器5的一個信號輸出端與司鉆操作顯示屏6連接，PLC控制器5的另一個信號輸出端與盤剎液氣控制閥組3控制連接。
[0023]PLC控制器5不需單獨配備，可與常規(guī)鉆機中的PLC共用，僅按上述的方法預置控制程序即可。
[0024]在上述的多檔絞車傳動機構中，主電機7工作時通過減速箱電動換擋器10將電機輸出轉速以不同的減速比傳遞到絞車的滾筒9上，其中當減速箱電動換擋器1工作在A位置時，為低速檔，減速比為i低;當減速箱電動換擋器10工作在B位置時，為空擋，主電機7輸出力矩無法傳遞到滾筒9上，實現與滾筒9的脫離；當減速箱電動換擋器10工作在C位置時，為高速檔，減速比為i高;在配有自動送鉆電機的絞車中，當自動送鉆電機8工作時，此時主電機7不工作，通過電動送鉆離合器11的掛合或分離實現自動送鉆電機8輸出轉速與滾筒9之間的傳遞或脫離，其中當電動送鉆離合器11工作在D位置時，自動送鉆電機8與減速箱電動換擋器10脫離，自動送鉆電機8的力矩無法傳遞到滾筒9上，實現與滾筒9的脫離；當電動送鉆離合器11工作在E位置時，自動送鉆電機8與減速箱電動換擋器10掛合，自動送鉆電機8以減速比iiM將轉速傳遞到絞車的滾筒9上。
[0025]本發(fā)明的方法，利用主電機編碼器I檢測出當前主電機7的旋轉速度提供給PLC控制器5，利用滾筒編碼器2檢測當前絞車的滾筒9實際旋轉速度提供給PLC控制器5，利用自動送鉆編碼器4檢測當前自動送鉆電機8實際旋轉速度提供給PLC控制器5，PLC控制器5根據操作命令識別出當前實際工作的電機類型及其減速箱檔位，同時PLC控制器5將主電機7旋轉速度或自動送鉆電機8旋轉速度通過軟件程序計算出理論的滾筒轉速。正常情況下，該理論的滾筒轉速與滾筒編碼器2檢測得到的當前滾筒實際旋轉速基本一致，當設備出現故障時二者轉速差別較大，此時PLC控制器5自動發(fā)出控制指令給盤剎液氣控制閥組3，從而控制盤剎機構實現自動剎車；同時PLC控制器5自動發(fā)出報警信息給司鉆操作顯示屏6，提醒操作人員進行維修。
[0026]本發(fā)明方法的工作過程是，
[0027]I)絞車工作在主電機7運行模式:
[0028]如圖2所示，安裝在絞車主電機7非傳動端輸出軸的主電機編碼器I實時檢測出當前主電機7的旋轉速度提供給PLC控制器5;安裝在絞車的滾筒9上的滾筒編碼器2實時檢測當前絞車滾筒的實際旋轉速度η?_示提供給PLC控制器5;同時，PLC控制器5將司鉆人員通過司鉆操作顯示屏6發(fā)出的檔位控制命令進行記錄，當司鉆將檔位掛在空擋時，則PLC控制器5立即發(fā)送控制命令給盤剎液氣控制閥組3，從而控制盤剎機構立即剎車；當司鉆將檔位掛在低速檔時，貝1Jplc控制器5立即計算滾筒理論旋轉速度η滾m侖機7+i低，隨即進行速度比對，即當η滾.示-η滾1?*侖彡Λ??午時，(Λ?午根據控制精度的要求可在PLC控制器5中進行預先設定，該數值越小則剎車系統(tǒng)越靈敏)，PLC控制器5立即發(fā)送控制命令給盤剎液氣控制閥組3，從而控制盤剎機構立即剎車；當司鉆將檔位掛在高速檔擋時，則PLC控制器5立即計算滾筒理論旋轉速度侖=]?*機7+ i高，隨即進行速度比對，即當η滾.示-]???*侖彡Λ?午時，PLC控制器5立即發(fā)送控制命令給盤剎液氣控制閥組3，從而控制盤剎機構立即剎車;在執(zhí)行盤剎剎車命令的同時，PLC控制器5自動發(fā)出報警信息給司鉆操作顯示屏6，提醒操作人員對減速箱掛檔機構進行維修檢查；當上述條件不滿足時，PLC控制器5不發(fā)送控制命令給盤剎液氣控制閥組3，盤剎機構不剎車。
[0029]另外，對于多個主電機7及其多個減速箱的鉆機絞車系統(tǒng)，本發(fā)明方法同樣適用。具體過程為:PLC控制器5根據司鉆人員在司鉆操作顯示屏6中的操作記錄判別出當前投入工作的主電機7以及當前減速箱檔位，同樣根據上述過程實現基于速度比對模式下的絞車自動剎車功能。
[0030]2)絞車工作在自動送鉆電機8的運行模式:
[0031]如圖3所示，安裝在自動送鉆電機8非傳動端輸出軸的自動送鉆編碼器4實時檢測出當前自動送鉆電機8的旋轉速度η邀抽m提供給PLC控制器5，滾筒編碼器2實時檢測當前滾筒9的實際旋轉速度nir_提供給PLC控制器5，同時，PLC控制器5將司鉆人員通過司鉆操作顯示屏6發(fā)出的送鉆電機掛合控制命令進行記錄。當司鉆將檔位掛在脫離空擋位時，即電動送鉆離合器11在D位置時，自動送鉆電機8與減速箱電動換擋器10脫離，則PLC控制器5立即發(fā)送控制命令給盤剎液氣控制閥組3，從而控制盤剎機構立即剎車；當司鉆將電動送鉆離合器11與減速箱電動換擋器1掛合時，則PLC控制器5立即計算滾筒9理論旋轉速度nir_=η?；甜/I+ i.，隨即進行速度比對，即當ng麵!示-η滾I?*侖彡Λ?午時，PLC控制器5立即發(fā)送控制命令給盤剎液氣控制閥組3，從而控制盤剎機構立即剎車;在執(zhí)行盤剎剎車命令的同時，PLC控制器5自動發(fā)出報警信息給司鉆操作顯示屏6，提醒操作人員對減速箱電動換擋器10進行維修檢查；當上述條件不滿足時，PLC控制器5不發(fā)送控制命令給盤剎液氣控制閥組3，盤剎機構不剎車。
【主權項】
1.一種基于速度比對的鉆機絞車自動剎車保護裝置，其特征在于:包括主電機(7)，主電機(7)通過第一聯(lián)軸器與減速箱電動換擋器(10)傳動連接，減速箱電動換擋器(10)通過第二聯(lián)軸器與滾筒(9)傳動連接，滾筒(9)兩端均設置有盤剎機構，各個盤剎機構均與盤剎液氣控制閥組(3)連通;減速箱電動換擋器(10)還通過電動送鉆離合器(11)與自動送鉆電機(8)傳動連接;在主電機(7)軸端安裝有主電機編碼器(I)，在滾筒(9)軸端安裝有滾筒編碼器(2)，在自動送鉆電機(8)軸端安裝有自動送鉆編碼器(4)，主電機編碼器(1)、滾筒編碼器(2)、自動送鉆編碼器(4)均與PLC控制器(5)的信號輸入端連接，PLC控制器(5)的一個信號輸出端與司鉆操作顯示屏(6)連接，PLC控制器(5)的另一個信號輸出端與盤剎液氣控制閥組(3)控制連接。2.一種基于速度比對的鉆機絞車自動剎車保護方法，其特征在于，利用權利要求1所述的基于速度比對的鉆機絞車自動剎車保護裝置，按照以下步驟實施: 主電機(7)工作模式 當減速箱電動換擋器(1)工作在A位置時，為低速檔，減速比為i低;當減速箱電動換擋器(10)工作在B位置時，為空擋；當減速箱電動換擋器(10)工作在C位置時，為高速檔，減速比為i高， 具體控制過程是: 主電機編碼器(I)實時檢測出當前主電機(7)的旋轉速度提供給PLC控制器(5);滾筒編碼器(2)實時檢測當前絞車滾筒的實際旋轉速度η?_示提供給PLC控制器(5);同時，PLC控制器(5)將司鉆人員通過司鉆操作顯示屏(6)發(fā)出的檔位控制命令進行記錄，當司鉆將檔位掛在空擋時，則PLC控制器(5)立即發(fā)送控制命令給盤剎液氣控制閥組(3)，從而控制盤剎機構立即剎車；當司鉆將檔位掛在低速檔時，則PLC控制器(5)立即計算滾筒理論旋轉速度nife*侖+ i低，隨即進行速度比對，即當nig馨!示侖彡Λ餅時，PLC控制器(5)立即發(fā)送控制命令給盤剎液氣控制閥組(3)，從而控制盤剎機構立即剎車；當司鉆將檔位掛在高速檔擋時，貝1Jplc控制器(5)立即計算滾筒理論旋轉速度侖高，隨即進行速度比對，即當1????-]???*侖彡Λ?午時，PLC控制器(5)立即發(fā)送控制命令給盤剎液氣控制閥組(3)，從而控制盤剎機構立即剎車;在執(zhí)行盤剎剎車命令的同時，PLC控制器(5)自動發(fā)出報警信息給司鉆操作顯示屏(6);當上述條件不滿足時，PLC控制器(5)不發(fā)送控制命令給盤剎液氣控制閥組(3)，盤剎機構不剎車。3.一種基于速度比對的鉆機絞車自動剎車保護方法，其特征在于，利用權利要求1所述的基于速度比對的鉆機絞車自動剎車保護裝置，按照以下步驟實施: 自動送鉆電機(8)工作模式 當電動送鉆離合器(11)工作在D位置時，自動送鉆電機(8)與減速箱電動換擋器(I O)脫離；當電動送鉆離合器(11)工作在E位置時，自動送鉆電機(8)與減速箱電動換擋器(10)掛合，自動送鉆電機(8)以減速比iiM將轉速傳遞到絞車的滾筒(9)上， 具體控制過程是: 自動送鉆編碼器(4)實時檢測出當前自動送鉆電機(8)的旋轉速度η邀抽m提供給PLC控制器(5)，滾筒編碼器(2)實時檢測當前滾筒(9)的實際旋轉速度η滾筒飯?zhí)峁┙oPLC控制器(5)，同時，PLC控制器(5)將司鉆人員通過司鉆操作顯示屏(6)發(fā)出的送鉆電機掛合控制命令進行記錄；當司鉆將檔位掛在脫離空擋位時，即電動送鉆離合器(11)在D位置時，自動送鉆電機(8)與減速箱電動換擋器(10)脫離，則PLC控制器(5)立即發(fā)送控制命令給盤剎液氣控制閥組(3)，從而控制盤剎機構立即剎車；當司鉆將電動送鉆離合器(11)與減速箱電動換擋器(10)掛合時，則PLC控制器(5)立即計算滾筒(9)理論旋轉速度nife*侖=n激甜/I+ ii^，隨即進行速度比對，即當侖彡午時，PLC控制器(5)立即發(fā)送控制命令給盤剎液氣控制閥組(3)，從而控制盤剎機構立即剎車;在執(zhí)行盤剎剎車命令的同時，PLC控制器(5)自動發(fā)出報警信息給司鉆操作顯示屏(6);當上述條件不滿足時，PLC控制器(5)不發(fā)送控制命令給盤剎液氣控制閥組(3)，盤剎機構不剎車。
【文檔編號】B66D1/54GK106081970SQ201610428521
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】于興軍, 魏培靜, 羅磊, 張彥偉, 朱永慶, 曹曉宇
【申請人】寶雞石油機械有限責任公司