一种钻井绞车一键式换挡系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种钻井绞车一键式换挡系统，包括PLC控制器，PLC控制器与电磁阀岛箱中的五个电磁阀分别控制连接，该五个电磁阀均为电控气两位换向阀，输入端分别与气源连接，其中电磁阀Y1输出端与锁档气缸的气腔连接；电磁阀Y2输出端与锁档气缸的杆腔连接；电磁阀Y3输出端与换挡气缸的右腔连通；电磁阀Y4输出端与换挡气缸的中腔连通；电磁阀Y5输出端与换挡气缸的左腔连通；锁档气缸的活塞杆端头与换挡气缸的活塞杆垂直铰接，换挡气缸的活塞杆与换挡机构固定连接，换挡机构设置在减速箱与绞车滚筒的滚筒轴之间。本发明专利技术还公开了一种钻井绞车一键式换挡方法，提高了钻井作业效率和绞车控制的自动化水平。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于石油机械
，涉及一种钻井绞车一键式换挡系统，还涉及到一种钻井绞车一键式换挡方法。
技术介绍
目前石油钻井绞车换挡一般采用手动换挡或者操作气缸进行气动换挡。手动换挡劳动强度大而且操作困难，工作效率低，不能实现远程控制；气动换挡一般由气控阀和气缸操纵换挡机构完成换挡，但是换挡成功率低，常常需要操作人员手动干预，且容易出现故障，甚至发生档位虚挂导致的严重钻井事故。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种钻井绞车一键式换挡系统，解决现有技术中的石油钻机绞车手动换挡难度大、效率低，自动化程度低，钻井作业效率低的问题。本专利技术的另一目的是提供一种钻井绞车一键式换挡方法，完全取消了人工干预，使得换挡更加智能化，保证换挡的成功率和可靠性。本专利技术所采用的技术方案是，一种钻井绞车一键式换挡系统，包括PLC控制器，PLC控制器与电磁阀岛箱中的五个电磁阀分别控制连接，该五个电磁阀均为电控气两位换向阀，输入端分别与气源连接，其中电磁阀Y1输出端与锁档气缸的气腔连接；电磁阀Y2输出端与锁档气缸的杆腔连接；电磁阀Y3输出端与换挡气缸的右腔连通；电磁阀Y4输出端与换挡气缸的中腔连通；电磁阀Y5输出端与换挡气缸的左腔连通；锁档气缸的活塞杆端头与换挡气缸的活塞杆垂直铰接，换挡气缸的活塞杆与换挡机构固定连接，换挡机构设置在减速箱与绞车滚筒的滚筒轴之间。本专利技术所采用的另一种技术方案是，一种钻井绞车一键式换挡方法，依赖于上述的钻井绞车一键式换挡系统，按照以下步骤实施：a)按下盘刹急停开关，绞车电机停机，使得盘刹将绞车滚筒的滚筒轴刹住；b)在触摸屏上点击需要更换的档位D按钮，以下步骤中设置D为高速档，则D’为低速档；PLC控制器判断盘刹已成功刹车且绞车电机已停机，则执行步骤c)；如果没有刹车或者没有停机，触摸屏上的档位D按钮颜色变成红色，同时出现刹车故障的文字报警，提示司钻人员刹车停机；c)PLC控制器检测合格后触摸屏上的档位D按钮颜色变蓝色，表示正在执行换挡程序；程序延时T时间后继续执行步骤d)；d)PLC控制器控制相应的电磁阀操作锁档气缸解锁，PLC控制器在T时间内检测锁档传感器的反馈信号，如果依然有信号，则触摸屏显示锁档故障，提示检修，触摸屏上的档位D按钮颜色变成红色，程序返回开始；如果没有信号则执行步骤e)；e)PLC控制器控制相应电磁阀操作换挡气缸退到空档，PLC控制器在T时间内检测高速档传感器和低速档传感器，采集D档和D’档的传感器反馈信号，如果高速档传感器和低速档传感器中的一个或者两个依然有信号反馈，则触摸屏显示D档或者D’档故障，提示检修，触摸屏上的档位D按钮颜色变成红色，程序返回开始；如果没有信号则执行步骤f)；f)PLC控制器控制电磁阀操作锁档气缸挂锁，PLC控制器在T时间内检测锁档传感器的反馈信号，如果没有信号，则触摸屏显示锁档故障，提示检修，触摸屏上的档位D按钮颜色变成红色，程序返回开始；如果有信号则执行步骤g)；g)PLC控制器控制电磁阀操作锁档气缸再次解锁，PLC控制器在T时间内检测锁档传感器的信号，如果依然有信号，则触摸屏显示锁档故障，提示检修，触摸屏上的档位D按钮颜色变成红色，程序返回开始；如果没有信号则执行步骤h)；h)PLC控制器控制电磁阀操作换挡气缸挂到D档，PLC控制器在T时间内同时检测高速档传感器和低速档传感器，采集D档和D’档的传感器信号，如果D档无信号或者D’档有信号，则触摸屏均显示挂档不成功，程序启动微摆模式转入步骤j)；如果D档有信号且D’档无信号，则执行步骤i)；i)PLC控制器控制电磁阀操作锁档气缸挂锁，PLC控制器在T时间内检测锁档传感器的反馈信号，如果没有信号，触摸屏显示锁档不成功，程序启动微摆模式转入步骤j)；如果有信号则在触摸屏上显示档位D按钮为绿颜色表示换挡成功，程序结束，换挡完成；J)微摆模式：PLC控制器通过旁路控制启动绞车电机并保持零速，PLC控制器控制绞车电机带动输入轴微动旋转，同时换挡气缸继续执行挂档；PLC控制器实时检测所有传感器的信号，如果D档无反馈或者D’档有反馈，则继续循环执行微摆；如果D档有反馈且D’档无反馈，则说明档位已挂上，进一步启动锁档气缸锁住档位，检测锁档传感器有反馈则在触摸屏上显示档位D按钮为绿颜色表示换挡成功，程序结束、换挡完成；微摆循环设置有计时功能，如果实际循环时间T超过预设的时间t’还没有挂档锁住，则微摆失败，触摸屏上的档位D按钮颜色变成红色，程序返回开始。本专利技术的有益效果是，包括以下几点：1)采用PLC程序指令控制电磁阀驱动换挡气缸，气缸带动换挡机构实现绞车的自动换挡。通过触摸屏控制操作更加简单，人性化。2)每个档位设有传感器，通过信号反馈形成闭环控制，实时判断换挡程序的执行情况并指导程序运行，通过程序反馈很容易排除故障，控制系统更加简洁、维护简单。3)当出现变速箱齿轮错位导致档位无法挂合时，PLC控制器自动启用微摆挂档程序，微转动电机实现自动对档，大大提高了换挡的成功率、减少了挂档时人为干预，降低了劳动强度，操作更加智能化。附图说明图1是本专利技术装置的结构及原理图；图2是本专利技术方法的控制流程示意图。图中，1.PLC控制器，2.电磁阀岛箱，3.换挡气缸，4.锁档气缸，5.高速档传感器，6.低速档传感器，7.锁档传感器，8.换挡机构，9.触摸屏，10.减速箱，11.绞车滚筒。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。参照图1，本专利技术装置的结构是，包括PLC控制器1，PLC控制器1与电磁阀岛箱2中的五个电磁阀(图1中的Y1、Y2、Y3、Y4及Y5)分别控制连接，该五个电磁阀均为电控气两位换向阀，输入端分别与气源连接，其中电磁阀Y1输出端与锁档气缸4的气腔连接，用于输出锁档释放控制气；电磁阀Y2输出端与锁档气缸4的杆腔连接，用于输出锁档控制气；电磁阀Y3输出端与换挡气缸3的右腔连通，用于输出高速档控制气；电磁阀Y4输出端与换挡气缸3的中腔连通，用于输出空档控制气；电磁阀Y5输出端与换挡气缸3的左腔连通，用于输出低速档控制气；锁档气缸4的活塞杆端头与换挡气缸3的活塞杆垂直铰接，换挡气缸3的活塞杆与换挡机构8固定连接(直接实现传动或驱动)，换挡机构8设置在减速箱10与绞车滚筒11的滚筒轴之间，用于两者之间的离合挂档；减速箱10采用双电机设置，电机M1和电机M2根据需要同时工作或互为备份；换挡气缸3为三位气缸，锁档气缸4为两位气缸；锁档气缸4的活塞杆上设置有锁档传感器7，换挡气缸3的活塞杆上设置有高速档传感器5和低速档传感器6，高速档传感器5、低速档传感器6、锁档传感器7的信号输出端接回PLC控制器1，PLC控制器1连接有触摸屏9，触摸屏9设置有换挡操作按钮和状态及故障等文字信息显示功能，按钮的颜色根据工作状态不同随动变化。PLC控制器1连接并控制电磁阀岛箱2，电磁阀岛箱2分别操纵换挡气缸3和锁档气缸4；换挡气缸3通过连杆推动换挡机构8执行换挡；锁档气缸4上的活塞杆(相当于档杆)可以对换挡气缸3的档位锁行程执行锁定和解除；高速档传感器5、低速档传感器6、锁档传感器7分别安装在换挡气缸3和锁档气缸4的档位点上，通过气缸的活塞杆标志点触碰而获取气缸的位置信息，实时传递档位信号给PLC控制器1；触摸屏9与PLC控制器1相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻井绞车一键式换挡系统，其特征在于：包括PLC控制器(1)，PLC控制器(1)与电磁阀岛箱(2)中的五个电磁阀分别控制连接，该五个电磁阀均为电控气两位换向阀，输入端分别与气源连接，其中电磁阀Y1输出端与锁档气缸(4)的气腔连接；电磁阀Y2输出端与锁档气缸(4)的杆腔连接；电磁阀Y3输出端与换挡气缸(3)的右腔连通；电磁阀Y4输出端与换挡气缸(3)的中腔连通；电磁阀Y5输出端与换挡气缸(3)的左腔连通；锁档气缸(4)的活塞杆端头与换挡气缸(3)的活塞杆垂直铰接，换挡气缸(3)的活塞杆与换挡机构(8)固定连接，换挡机构(8)设置在减速箱(10)与绞车滚筒(11)的滚筒轴之间。

【技术特征摘要】
1.一种钻井绞车一键式换挡系统，其特征在于：包括PLC控制器(1)，PLC控制器(1)与电磁阀岛箱(2)中的五个电磁阀分别控制连接，该五个电磁阀均为电控气两位换向阀，输入端分别与气源连接，其中电磁阀Y1输出端与锁档气缸(4)的气腔连接；电磁阀Y2输出端与锁档气缸(4)的杆腔连接；电磁阀Y3输出端与换挡气缸(3)的右腔连通；电磁阀Y4输出端与换挡气缸(3)的中腔连通；电磁阀Y5输出端与换挡气缸(3)的左腔连通；锁档气缸(4)的活塞杆端头与换挡气缸(3)的活塞杆垂直铰接，换挡气缸(3)的活塞杆与换挡机构(8)固定连接，换挡机构(8)设置在减速箱(10)与绞车滚筒(11)的滚筒轴之间。2.根据权利要求1所述的钻井绞车一键式换挡系统，其特征在于：所述的减速箱(10)采用双电机设置，电机M1和电机M2根据需要同时工作或互为备份。3.根据权利要求1所述的钻井绞车一键式换挡系统，其特征在于：所述的换挡气缸(3)为三位气缸，锁档气缸(4)为两位气缸；锁档气缸(4)的活塞杆上设置有锁档传感器(7)，换挡气缸(3)的活塞杆上设置有高速档传感器(5)和低速档传感器(6)，高速档传感器(5)、低速档传感器(6)、锁档传感器(7)的信号输出端接回PLC控制器(1)，PLC控制器(1)连接有触摸屏(9)。4.一种钻井绞车一键式换挡方法，其特征在于，依赖于权利要求1-4任一所述的钻井绞车一键式换挡系统，按照以下步骤实施：a)按下盘刹急停开关，绞车电机停机，使得盘刹将绞车滚筒(11)的滚筒轴刹住；b)在触摸屏(9)上点击需要更换的档位D按钮，以下步骤中设置D为高速档，则D’为低速档；PLC控制器(1)判断盘刹已成功刹车且绞车电机已停机，则执行步骤c)；如果没有刹车或者没有停机，触摸屏(9)上的档位D按钮颜色变成红色，同时出现刹车故障的文字报警，提示司钻人员刹车停机；c)PLC控制器(1)检测合格后触摸屏(9)上的档位D按钮颜色变蓝色，表示正在执行换挡程序；程序延时T时间后继续执行步骤d)；d)PLC控制器(1)控制相应的电磁阀操作锁档气缸(4)解锁，PLC控制器(1)在T时间内检测锁档传感器(7)的反馈信号，如果依然有信号，则触摸屏(9)显示锁档故障，提示检修，触摸屏上的档位D按钮颜色变成红色，程序返回开始；如果没有信号则执行步骤e)；e)PLC控制器(1)控制相应电磁阀操作换...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆俊康，侯文辉，黄治湖，樊春明，郭乾坤，
申请(专利权)人：宝鸡石油机械有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61