專利名稱：帶式剎車自動(dòng)送鉆裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及石油鉆井設(shè)備技術(shù)，具體是一種帶式剎車自動(dòng)送鉆裝置。
背景技術(shù)：
鉆井作業(yè)中，為實(shí)時(shí)檢測(cè)鉤載物的懸重值，石油鉆機(jī)都配備有一鋼絲繩繞過鉆柱與大鉤之間的滑輪，一端連接在絞車滾筒剎帶上，另一端通過死繩固定器固定在機(jī)架上，測(cè)量懸重的拉力傳感器安裝在鋼絲繩上接近死繩固定器處，拉力傳感器采集的拉力信號(hào)以懸重值體現(xiàn)，由于懸重值與鉆壓值有一定的換算關(guān)系，儀表盤上可直接顯示懸重值，而算得鉆壓?，F(xiàn)有的帶式剎車自動(dòng)送鉆裝置，是司鉆根據(jù)鉆頭與地層巖石情況給出設(shè)定的鉆壓值，再根據(jù)儀表盤顯示的懸重所計(jì)算的鉆壓值與設(shè)定的鉆壓值進(jìn)行比較，比較后的鉆壓差值轉(zhuǎn)換成氣訊號(hào)，再通過功率放大器后控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制帶式剎車的剎車力矩達(dá)到控制鉆井速度的目的。該自動(dòng)送鉆方式的主要特征是機(jī)械控制，而且必須有絞車置于鉆臺(tái)上時(shí)方可使用，常常會(huì)產(chǎn)生鉆壓波動(dòng)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種帶式剎車自動(dòng)送鉆裝置，具有平穩(wěn)準(zhǔn)確地控制剎帶松緊及鉆柱下放，實(shí)現(xiàn)恒壓及恒速自動(dòng)鉆進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種帶式剎車自動(dòng)送鉆裝置，一鋼絲繩繞過鉆柱與大鉤之間的滑輪一端連接在絞車滾筒剎帶上，另一端通過死繩固定器固定在機(jī)架上，拉力傳感器安裝在鋼絲繩上接近死繩固定器處，其特征在于還包括操作面板、PLC控制裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述操作面板上安裝有作為上位監(jiān)視用的觸摸屏，操作面板上還安裝有電源指示燈、操作箱內(nèi)加熱器工作指示燈、報(bào)警指示燈、分別用于故障復(fù)位、解除剎車、系統(tǒng)在重大故障或危險(xiǎn)情況下急停操作的按鈕、用于自動(dòng)送鉆的工作模式切換的旋鈕開關(guān)、加熱器旋鈕開關(guān)、電源切換旋鈕開關(guān)、PLC供電旋鈕開關(guān)。所述驅(qū)動(dòng)裝置采用伺服驅(qū)動(dòng)器；所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)、剎車鋼絲繩、剎緊彈簧構(gòu)成，伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)電纜連接，剎車鋼絲繩連接于伺服電機(jī)輸出軸端和剎把部位，剎緊彈簧與剎車鋼絲繩呈相反方向一端固定于剎把部位，另一端固定于機(jī)架；所述觸摸屏通過通訊線與PLC控制裝置通訊口連接，各按鈕、各旋鈕開關(guān)分別與 PLC控制裝置的數(shù)字量輸入模塊連接，各指示燈分別與PLC控制裝置的數(shù)字量輸出模塊連接，拉力傳感器與PLC控制裝置的模擬量輸入模塊連接，伺服驅(qū)動(dòng)器通過通訊線與PLC控制裝置通訊接口連接。工作原理操作面板控制各種功能轉(zhuǎn)換、參數(shù)的設(shè)置，并實(shí)現(xiàn)可視化、舒適性操作界面。通過拉力傳感器實(shí)時(shí)測(cè)得鉆柱懸重?cái)?shù)據(jù)，對(duì)懸重的數(shù)據(jù)采集相當(dāng)于得到對(duì)鉆壓實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，采集的懸重?cái)?shù)據(jù)輸入給PLC控制裝置，用于自動(dòng)控制的參數(shù)采集計(jì)算。PLC控制裝置對(duì)采集的懸重?cái)?shù)據(jù)做實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)運(yùn)算、分析和處理，以控制驅(qū)動(dòng)裝置及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī)，通過剎車鋼絲繩作用于帶剎剎把部分，與剎緊彈簧成相反的平衡拉力，對(duì)絞車的懸持負(fù)荷進(jìn)行控制。PLC控制裝置和伺服驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)的步進(jìn)，伺服驅(qū)動(dòng)器通過脈沖輸入接口來接受從PLC控制裝置發(fā)來的脈沖序列，進(jìn)行速度和位置的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)伺服電機(jī)精確定位控制，具有較高的響應(yīng)速度。通過數(shù)字量接口信號(hào)來完成伺服驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行的控制和實(shí)時(shí)狀態(tài)的輸出，控制剎車鋼絲繩與剎車彈簧的反作用扭矩及位移，實(shí)現(xiàn)帶剎松緊度的平穩(wěn)準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，快速精確的調(diào)整帶剎剎車力矩，實(shí)現(xiàn)智能制動(dòng)和均勻送鉆。將拉力傳感器采集到的鉆具實(shí)際懸重(PV)，經(jīng)與懸重設(shè)定值(SV)進(jìn)行比較后求出偏差e=SV_PV，對(duì)e微分de/dt求得偏差變化率ec，將e和ec輸入模糊控制環(huán)節(jié)FUUY， 計(jì)算出調(diào)節(jié)值U，將該值作為伺服機(jī)構(gòu)控制速度的源，籍此對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行定位控制。伺服電機(jī)拉動(dòng)剎車鋼絲繩的拉力拉動(dòng)剎把產(chǎn)生相應(yīng)的剎車力，使鉆具的實(shí)際懸重發(fā)生改變，形成懸重的閉環(huán)控制。正常情況下，當(dāng)擾動(dòng)因素作用到鉆具上使PV值較大程度地偏離SV值時(shí)，模糊控制調(diào)節(jié)器產(chǎn)生一適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)量u將PV值重新拉回到SV值附近，這樣便實(shí)現(xiàn)了恒懸重鉆進(jìn)。由于鉆壓值總等于鉆具凈懸重與實(shí)際懸重之差，因而恒懸重鉆進(jìn)與恒鉆壓鉆進(jìn)在效果上是相同的。有益效果1.鉆進(jìn)控制通過PLC控制裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制鉆壓，保持恒鉆壓，均勻送鉆，取得了連續(xù)、平滑的送鉆效果，同時(shí)提高了機(jī)械鉆速。2.操作面板操作各種操作功能的轉(zhuǎn)換，設(shè)置各種參數(shù)，并提供了良好的可視化、 舒適性監(jiān)控顯示操作界面。3.操作面板上配置有系統(tǒng)在重大故障或危險(xiǎn)情況下急停操作的按鈕，司鉆可隨時(shí)手動(dòng)剎車，控制游車的下放和鉆進(jìn)，大大減小了司鉆的工作強(qiáng)度。

圖1是本實(shí)用新型總體構(gòu)成示意圖。圖2是PLC自動(dòng)控制原理圖。圖3是操作面板構(gòu)成示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1、圖3所示，鋼絲繩1繞過鉆柱13與大鉤之間的滑輪2，一端連接在絞車滾筒10的剎車帶11上，另一端通過死繩固定器3固定在機(jī)架上，拉力傳感器4安裝在鋼絲繩 1上接近死繩固定器3處。拉力傳感器4與PLC控制裝置5的模擬量輸入模塊AI連接，拉力傳感器4采集的懸重信號(hào)送入PLC控制裝置。伺服驅(qū)動(dòng)器6與伺服電機(jī)7電纜連接，剎車鋼絲繩8連接于伺服電機(jī)7輸出軸端和剎把部位12，剎緊彈簧9與剎車鋼絲繩8呈相反方向一端固定于剎把部位12，另一端固定于機(jī)架上。伺服驅(qū)動(dòng)器6通過通訊線與PLC控制裝置5通訊接口連接。[0024]如圖2、圖3所示，操作面板上安裝有作為上位監(jiān)視用的觸摸屏，操作面板上還安裝有電源指示燈、操作箱內(nèi)加熱器工作指示燈、報(bào)警指示燈、分別用于故障復(fù)位、解除剎車、 系統(tǒng)在重大故障或危險(xiǎn)情況下急停操作的按鈕，用于自動(dòng)送鉆的工作模式切換的旋鈕開關(guān)、加熱器旋鈕開關(guān)、電源切換的旋鈕開關(guān)、PLC供電旋鈕開關(guān)。觸摸屏通過通訊線與PLC控制裝置通訊接口連接，各按鈕、各旋鈕開關(guān)分別與PLC控制裝置的數(shù)字量輸入模塊DI連接， 各指示燈分別與PLC控制裝置的數(shù)字量輸出模塊DO連接。圖3所示，PLC控制裝置分別與拉力傳感器、觸摸屏、各指示燈、各按鈕、各旋鈕開關(guān)、伺服驅(qū)動(dòng)器建立工業(yè)通訊及控制運(yùn)算，整個(gè)自動(dòng)送鉆裝置的控制運(yùn)算及指令發(fā)布、數(shù)模轉(zhuǎn)換處理、上位傳輸、驅(qū)動(dòng)伺服由PLC控制裝置完成，PLC控制裝置由24V直流電源供電， CPU處理控制預(yù)算，DI/D0完成數(shù)字量信號(hào)的采集與輸出，ΑΙ/Α0完成模擬量信號(hào)的采集與輸出，通過程序算法，控制輸出指令下的模擬量給定與限制，模擬量0 100%對(duì)應(yīng)CPU內(nèi)部 0 27648，具有高精度條件下的分辨率，因此其處理系統(tǒng)的功能可輕松地達(dá)到自動(dòng)送鉆系統(tǒng)控制的工藝要求。應(yīng)用時(shí)，按照剎車扭矩要求，選擇適合伸長(zhǎng)量要求的剎緊彈簧，并按照機(jī)械安全系數(shù)及有效力矩最大化設(shè)計(jì)出剎車手把的長(zhǎng)度及支點(diǎn)。剎車鋼絲繩連接剎車手把，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的安放位置應(yīng)使其上剎車鋼絲繩在拉直時(shí)，垂直于剎車手把，這樣有效力矩最大。機(jī)械部分安裝完成后，連接電氣部分，PLC控制裝置經(jīng)通訊線連接伺服驅(qū)動(dòng)裝置，用以給定伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速及扭矩。接線完成后通電，按實(shí)際工況通過操作面板進(jìn)行操作。
權(quán)利要求1. 一種帶式剎車自動(dòng)送鉆裝置，一鋼絲繩繞過鉆柱與大鉤之間的滑輪一端連接在絞車滾筒剎帶上，另一端通過死繩固定器固定在機(jī)架上，拉力傳感器安裝在鋼絲繩上接近死繩固定器處，其特征在于還包括操作面板、PLC控制裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述操作面板上安裝有作為上位監(jiān)視用的觸摸屏，操作面板上還安裝有電源指示燈、操作箱內(nèi)加熱器工作指示燈、報(bào)警指示燈、分別用于故障復(fù)位、解除剎車、系統(tǒng)在重大故障或危險(xiǎn)情況下急停操作的按鈕、用于自動(dòng)送鉆的工作模式切換的旋鈕開關(guān)、加熱器旋鈕開關(guān)、電源切換旋鈕開關(guān)、PLC供電旋鈕開關(guān)； 所述驅(qū)動(dòng)裝置采用伺服驅(qū)動(dòng)器；所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)、剎車鋼絲繩、剎緊彈簧構(gòu)成，伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)電纜連接，剎車鋼絲繩連接于伺服電機(jī)輸出軸端和剎把部位，剎緊彈簧與剎車鋼絲繩呈相反方向一端固定于剎把部位，另一端固定于機(jī)架；所述觸摸屏通過通訊線與PLC控制裝置通訊口連接，各按鈕、各旋鈕開關(guān)分別與PLC控制裝置的數(shù)字量輸入模塊連接，各指示燈分別與PLC控制裝置的數(shù)字量輸出模塊連接，拉力傳感器與PLC控制裝置的模擬量輸入模塊連接，伺服驅(qū)動(dòng)器通過通訊線與PLC控制裝置通訊接口連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及帶式剎車自動(dòng)送鉆裝置，一鋼絲繩繞過鉆柱與大鉤之間的滑輪一端連接在滾筒剎帶上，另一端固定于機(jī)架，拉力傳感器安裝在鋼絲繩上；還包括操作面板、PLC控制裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，操作面板上安裝有觸摸屏和若干指示燈、按鈕、旋鈕開關(guān)；驅(qū)動(dòng)裝置采用伺服驅(qū)動(dòng)器；執(zhí)行機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)、剎車鋼絲繩、剎緊彈簧構(gòu)成，伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)電纜連接，剎車鋼絲繩連接于伺服電機(jī)輸出軸端和剎把部位，剎緊彈簧與剎車鋼絲繩呈相反方向一端固定于剎把部位，另一端固定于機(jī)架；PLC分別與拉力傳感器、觸摸屏、各指示燈、按鈕、旋鈕開關(guān)、伺服驅(qū)動(dòng)器建立工業(yè)通訊。本實(shí)用新型具有平穩(wěn)準(zhǔn)確地控制剎帶松緊及鉆柱下放，實(shí)現(xiàn)恒壓及恒速自動(dòng)鉆進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21B19/084GK202090863SQ20102067571
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者伊志紅, 劉海偉, 李冬玲, 段繼國(guó), 趙輝, 齊然 申請(qǐng)人:南陽(yáng)二機(jī)石油裝備(集團(tuán))有限公司