專(zhuān)利名稱(chēng)：剎車(chē)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鉆探機(jī)械的自動(dòng)送鉆系統(tǒng)，特別是涉及石油鉆機(jī)上利用剎車(chē)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)送鉆系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在石油開(kāi)采過(guò)程中，石油鉆機(jī)的輔助剎車(chē)是鉆機(jī)的必配設(shè)備之一。伊頓剎車(chē)是石油鉆機(jī)上的一種新型的輔助剎車(chē)，而且，伊頓剎車(chē)正在逐漸取代目前普遍使用的電磁渦流剎車(chē)。發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型過(guò)程中發(fā)現(xiàn)目前針對(duì)伊頓剎車(chē)的自動(dòng)送鉆系統(tǒng)還沒(méi)有一個(gè)完備且成熟的產(chǎn)品，而現(xiàn)有的自動(dòng)送鉆系統(tǒng)并不能很好的適用于伊頓剎車(chē)中；因此，目前急需一種以伊頓剎車(chē)為控制對(duì)象的低成本且易操作的自動(dòng)送鉆系統(tǒng)。有鑒于目前對(duì)伊頓剎車(chē)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)的需求，發(fā)明人基于從事此類(lèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造多年豐富的實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)及專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并配合學(xué)理的運(yùn)用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新型結(jié)構(gòu)的剎車(chē)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)，能夠滿(mǎn)足目前對(duì)伊頓剎車(chē)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)的需求，使其更具實(shí)用性。經(jīng)過(guò)不斷的研究設(shè)計(jì)，并經(jīng)過(guò)反復(fù)試作樣品及改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實(shí)用價(jià)值的本實(shí)用新型。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，滿(mǎn)足目前市場(chǎng)對(duì)伊頓剎車(chē)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)的需求，而提供一種剎車(chē)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，使剎車(chē)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)具有低成本且易操作的特性。本實(shí)用新型的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題可采用以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本實(shí)用新型提出的一種剎車(chē)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)，包括一控制網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，該控制網(wǎng)絡(luò)包括上位機(jī)、數(shù)據(jù)處理模塊、電控箱、氣控箱、懸重變送器、兩個(gè)溫度傳感器、流量傳感器、速度編碼器和剎車(chē)；其中，上位機(jī)、數(shù)據(jù)處理模塊、氣控箱、懸重變送器、兩個(gè)溫度傳感器、流量傳感器、速度編碼器和剎車(chē)均與電控箱連接；數(shù)據(jù)處理模塊接收外部輸入信號(hào)，并通過(guò)電控箱向氣控箱輸出閥島動(dòng)作控制信號(hào)；所述懸重變送器設(shè)置于現(xiàn)場(chǎng)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(cè)信號(hào)；兩個(gè)溫度傳感器均向電控箱輸出溫度檢測(cè)信號(hào)，其中一個(gè)溫度傳感器設(shè)置于所述剎車(chē)的冷卻水的入口處，另一個(gè)溫度傳感器設(shè)置于所述剎車(chē)的冷卻水的出口處；所述流量傳感器設(shè)置于冷卻水管道處，所述流量傳感器向電控箱輸出冷卻水流量檢測(cè)信號(hào)；所述速度編碼器設(shè)置于絞車(chē)滾筒處，速度編碼器向所述電控箱輸出滾筒速度檢測(cè)信號(hào)；所述剎車(chē)與氣控箱連接。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題還通過(guò)以下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)前述的剎車(chē)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)處理模塊包括可編程邏輯控制器PLC。前述的剎車(chē)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)，其中所述控制網(wǎng)絡(luò)還包括兩個(gè)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(hào)，其中一個(gè)電磁閥為常通電磁閥，另一個(gè)為常斷電磁閥，常通電磁閥關(guān)斷且常斷電磁閥導(dǎo)通，形成一條緊急剎車(chē)通道。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。由以上技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型通過(guò)上述部件可以成功構(gòu)建恒壓送鉆控制網(wǎng)和安全保護(hù)控制網(wǎng)，從而針對(duì)剎車(chē)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)送鉆，且具有實(shí)現(xiàn)成本低以及易操作等特性。綜上所述，本實(shí)用新型在技術(shù)上有顯著的進(jìn)步，并具有明顯的積極技術(shù)效果，成為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。上述說(shuō)明僅是本實(shí)用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚的了解本實(shí)用新型的技術(shù)手段，而可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本實(shí)用新型的上述和其他目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說(shuō)明如下。

圖1是控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2A是控制系統(tǒng)氣路原理圖。圖2B是控制系統(tǒng)的一個(gè)電路原理圖。圖2C是控制系統(tǒng)的另一個(gè)電路原理圖。圖2D是控制系統(tǒng)的第三個(gè)電路原理圖。
具體實(shí)施方式
為更進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，
以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本實(shí)用新型提出的剎車(chē)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)其具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說(shuō)明如后。如圖1所示，本實(shí)用新型提出的剎車(chē)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)包括一控制網(wǎng)絡(luò)，該控制網(wǎng)絡(luò)主要包括上位機(jī)20、數(shù)據(jù)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(chē)29 ;其中，上位機(jī)20、數(shù)據(jù)處理模塊、氣控箱23、懸重變送器24、兩個(gè)溫度傳感器、流量傳感器27、速度編碼器28和伊頓剎車(chē)29均與電控箱22連接。上位機(jī)20主要用于為用戶(hù)提供友好的人機(jī)交互界面，以使用戶(hù)能夠方便的對(duì)伊頓剎車(chē)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)進(jìn)行控制，并向用戶(hù)顯示伊頓剎車(chē)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)的當(dāng)前工作狀態(tài)。該上位機(jī)20可以為計(jì)算機(jī)設(shè)備。數(shù)據(jù)處理模塊主要用于接收外部輸入信號(hào),并向電控箱22輸出對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，如閥島動(dòng)作控制信號(hào)等，該控制信號(hào)經(jīng)過(guò)電控箱22傳輸至向氣控箱23。數(shù)據(jù)處理模塊可以具體為PLC21或者單片機(jī)等可以運(yùn)行程序代碼的元件。在下面的描述中，以數(shù)據(jù)處理模塊為PLC21為例對(duì)本實(shí)用新型的伊頓剎車(chē)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。懸重變送器24主要用于獲得鉤懸重檢測(cè)信號(hào)(如獲得大鉤懸重檢測(cè)信號(hào))，并向電控箱22傳輸其獲得的鉤懸重檢測(cè)信號(hào)。懸重變送器24可以設(shè)置于現(xiàn)場(chǎng)死繩固定器處。入口溫度傳感器25和出口溫度傳感器26主要用于檢測(cè)溫度，并向電控箱22傳輸其檢測(cè)獲得的溫度檢測(cè)信號(hào)。入口溫度傳感器25可以設(shè)置于伊頓剎車(chē)的冷卻水的入口處，出口溫度傳感器26可以設(shè)置于伊頓剎車(chē)的冷卻水的出口處。[0026]流量傳感器27主要用于檢測(cè)流量，并向電控箱22輸出其檢測(cè)獲得的流量檢測(cè)信號(hào)。流量傳感器27可以設(shè)置于冷卻水管道處，從而流量傳感器27可以向電控箱22提供冷卻水流量檢測(cè)信號(hào)。速度編碼器28主要用于檢測(cè)被檢測(cè)對(duì)象的轉(zhuǎn)速，并向電控箱22輸出其檢測(cè)到的滾筒速度檢測(cè)信號(hào)。速度編碼器28可以設(shè)置于絞車(chē)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(cè)信號(hào)。氣控箱23主要用于對(duì)伊頓剎車(chē)29進(jìn)行控制。伊頓剎車(chē)29主要用于根據(jù)氣控箱23的控制執(zhí)行相應(yīng)的操作。下面結(jié)合圖1以及圖2A-2D對(duì)本實(shí)用新型的伊頓剎車(chē)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。請(qǐng)參閱圖1和2C所示，上位機(jī)20與PLC21通過(guò)Profibus-DP組成的網(wǎng)絡(luò)是系統(tǒng)的控制核心部分，主要用于完成數(shù)據(jù)的優(yōu)化、計(jì)算、控制以及管理工作。上位機(jī)20所顯示的畫(huà)面主要包括模擬量顯示畫(huà)面，送鉆操作畫(huà)面、高度顯示畫(huà)面等等。利用模擬量顯示畫(huà)面可以對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)矩、泵壓、伊頓剎車(chē)主氣源壓力、大氣缸壓力、小氣缸壓力、冷卻水流量、冷卻水進(jìn)口溫度、冷卻水出口溫度、滾筒實(shí)際速度、大鉤懸重以及實(shí)際鉆壓等進(jìn)行監(jiān)控。送鉆操作畫(huà)面主要供司鉆投入自動(dòng)送鉆時(shí)使用，一個(gè)具體的例子，第一步，鉆頭到達(dá)井底位置時(shí)鉆壓校零；第二步，鉆壓設(shè)定、下放速度限制設(shè)定以及大氣缸初始?jí)毫x值；第三步，閉合轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)B231投入自動(dòng)送鉆過(guò)程，然后，松開(kāi)盤(pán)剎，完全進(jìn)入自動(dòng)送鉆模式。利用高度顯示畫(huà)面可以監(jiān)控大鉤的當(dāng)前高度，從而完成上碰下砸功能。請(qǐng)參閱圖2B所示，通過(guò)上位機(jī)20的送鉆操作畫(huà)面人工輸入鉆壓設(shè)定值作為給定值，PLC的模擬量模塊224采集懸重變送器24輸出的大鉤懸重信號(hào)，PLC21將其優(yōu)化處理成鉆壓實(shí)際反饋值，鉆壓給定值與鉆壓實(shí)際反饋值同時(shí)賦予西門(mén)子標(biāo)準(zhǔn)PID程序塊SFB58，構(gòu)成鉆壓閉環(huán)控制。鉆壓環(huán)的輸出取反后，通過(guò)上位機(jī)20的送鉆操作畫(huà)面人工給出下放速度限制設(shè)定值，經(jīng)限幅處理后作為小氣缸壓力環(huán)的給定值，PLC的模擬量模塊224采集壓力變送器B2111送出的伊頓剎車(chē)小氣缸壓力信號(hào)通過(guò)PLC21處理成壓力實(shí)際反饋值，壓力給定值與反饋值同時(shí)賦予西門(mén)子標(biāo)準(zhǔn)PID程序塊SFB58構(gòu)成小氣缸壓力閉環(huán)控制。通過(guò)上位機(jī)20送鉆操作畫(huà)面中人工輸入的大氣缸初始?jí)毫υO(shè)定值與壓力變送器C2112送出的大氣缸壓力實(shí)際值構(gòu)成大氣缸壓力閉環(huán)控制。壓力環(huán)以小氣缸為控制核心，大氣缸僅在小氣缸壓力超限時(shí)如小氣缸壓力大于8KG、滾筒速度大于零或者小于4KG、滾筒速度等于零的情況協(xié)調(diào)動(dòng)作。請(qǐng)參閱圖2B和2C所示，PLC的模擬量模塊224采集壓力變送器E222輸出的轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)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(jìn)口溫度、出口溫度傳感器26輸出的冷卻水出口溫度等信號(hào)，與設(shè)定值進(jìn)行比較，完成異?，F(xiàn)象時(shí)對(duì)硬件的及時(shí)診斷保護(hù)。如自動(dòng)送鉆過(guò)程中轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)矩與泵壓不滿(mǎn)足鉆井工藝要求時(shí)信號(hào)燈B234點(diǎn)亮；伊頓剎車(chē)?yán)鋮s水流量低于20m3/h時(shí)信號(hào)燈C236點(diǎn)亮；伊頓剎車(chē)進(jìn)出口冷卻水溫差高于10°C時(shí)信號(hào)燈D237點(diǎn)売。請(qǐng)參閱圖2C所示，速度編碼器28的輸出信號(hào)通過(guò)對(duì)西門(mén)子標(biāo)準(zhǔn)頻率計(jì)數(shù)程序塊SFB47的賦值處理后，完成對(duì)大鉤當(dāng)前高度監(jiān)控以及滾筒實(shí)際速度的采集，其中高度監(jiān)控可完成上碰下砸功能，滾筒實(shí)際速度便于司鉆參考限制自動(dòng)送鉆時(shí)的機(jī)械鉆速，并與給定值比較實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)送鉆時(shí)的超速、溜鉆等失控現(xiàn)象保護(hù)。請(qǐng)參閱圖2A、2B和2D所示，小氣缸壓力環(huán)的輸出通過(guò)PLC的CPU模塊225驅(qū)動(dòng)小氣缸比例閥218動(dòng)作，大氣缸壓力環(huán)的輸出通過(guò)PLC的CPU模塊225、經(jīng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)A223轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)大氣缸比例閥216動(dòng)作，大氣缸比例閥216、小氣缸比例閥218的輸出氣壓分別經(jīng)繼動(dòng)器A217、繼動(dòng)器B219放大后控制伊頓剎車(chē)大、小氣缸的壓力，達(dá)到合理下放鉆具，完成自動(dòng)送鉆功能。另外，伊頓剎車(chē)的手動(dòng)操作與自動(dòng)送鉆通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)A223切換，互為聯(lián)鎖，其中僅在自動(dòng)送鉆運(yùn)行時(shí)信號(hào)燈A233點(diǎn)亮，手動(dòng)剎車(chē)通過(guò)操縱器241人工控制，實(shí)現(xiàn)伊頓剎車(chē)29作為輔助剎車(chē)的功能。請(qǐng)參閱圖2A和2C所示，大氣缸還設(shè)置旁路回路，當(dāng)自動(dòng)送鉆過(guò)程中有故障發(fā)生時(shí)，信號(hào)燈B234、信號(hào)燈C236、信號(hào)燈D237點(diǎn)亮，此時(shí)大氣缸的繼動(dòng)器A217輸出通道常通電磁閥2110截止，防止空氣倒灌，大氣缸的旁路回路通過(guò)常斷電磁閥214導(dǎo)通，主氣源壓力直接加至大氣缸，實(shí)現(xiàn)緊急剎車(chē)。同時(shí)，PLC 21輸出信號(hào)使繼電器235吸合，驅(qū)動(dòng)盤(pán)剎抱閘，實(shí)現(xiàn)雙重緊急剎車(chē)。以上所述，僅是本實(shí)用新型的典型實(shí)施方式而已，并非對(duì)實(shí)用新型作任何形式上的限制，但凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上設(shè)計(jì)框架所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種配套于石油鉆機(jī)上的剎車(chē)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)，包括一控制網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，該控制網(wǎng)絡(luò)包括上位機(jī)、數(shù)據(jù)處理模塊、電控箱、氣控箱、懸重變送器、兩個(gè)溫度傳感器、流量傳感器、速度編碼器和剎車(chē)；其中，上位機(jī)、數(shù)據(jù)處理模塊、氣控箱、懸重變送器、兩個(gè)溫度傳感器、流量傳感器、速度編碼器和剎車(chē)均與電控箱連接；所述數(shù)據(jù)處理模塊接收外部輸入信號(hào)，并通過(guò)電控箱向氣控箱輸出閥島動(dòng)作控制信號(hào);所述懸重變送器設(shè)置于現(xiàn)場(chǎng)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(cè)信號(hào)；兩個(gè)溫度傳感器均向電控箱輸出溫度檢測(cè)信號(hào)，其中一個(gè)溫度傳感器設(shè)置于所述剎車(chē)的冷卻水的入口處，另一個(gè)溫度傳感器設(shè)置于所述剎車(chē)的冷卻水的出口處；所述流量傳感器設(shè)置于冷卻水管道處，所述流量傳感器向電控箱輸出冷卻水流量檢測(cè)信號(hào);所述速度編碼器設(shè)置于絞車(chē)滾筒處，所述速度編碼器向所述電控箱輸出滾筒速度檢測(cè)信號(hào)；所述剎車(chē)與氣控箱連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的剎車(chē)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)，其特征在于其中所述數(shù)據(jù)處理模塊包括可編程邏輯控制器PLC。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的剎車(chē)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)，其特征在于其中所述控制網(wǎng)絡(luò)還包括兩個(gè)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(hào)，其中一個(gè)電磁閥為常通電磁閥，另一個(gè)為常斷電磁閥，常通電磁閥關(guān)斷且常斷電磁閥導(dǎo)通，形成一條緊急剎車(chē)通道。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型關(guān)于配套于石油鉆機(jī)上的剎車(chē)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)，系統(tǒng)中的控制網(wǎng)絡(luò)包括上位機(jī)、數(shù)據(jù)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(chē)；其中的電控箱與控制網(wǎng)絡(luò)中的其他各部件均連接；數(shù)據(jù)處理模塊接收外部輸入信號(hào)，并通過(guò)電控箱向氣控箱輸出閥島動(dòng)作控制信號(hào)；懸重變送器設(shè)置于現(xiàn)場(chǎng)死繩固定器處并向電控箱輸出鉤懸重檢測(cè)信號(hào)；兩個(gè)溫度傳感器均向電控箱輸出溫度檢測(cè)信號(hào)；流量傳感器設(shè)置于冷卻水管道處，并向電控箱輸出冷卻水流量檢測(cè)信號(hào)；速度編碼器設(shè)置于絞車(chē)滾筒處，并向電控箱輸出滾筒速度檢測(cè)信號(hào)；剎車(chē)與氣控箱連接。本實(shí)用新型針對(duì)伊頓剎車(chē)的自動(dòng)送鉆控制系統(tǒng)具有低成本且易操作等特性。
文檔編號(hào)E21B44/02GK202882881SQ20122036939
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者趙建平, 張正輝, 王剛, 高賀 申請(qǐng)人:北京中興天傳電氣技術(shù)有限公司