一种保护石油钻机提升系统钢丝绳的控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于保护石油钻机提升系统钢丝绳的控制系统及方法，其包括与可编程控制器PLC通过通讯线连接的触摸屏，PLC分别与载荷传感器、滚筒编码器、绞车调速器连接；载荷传感器安装在绞车滚筒的死绳固定器上，实时采集绞车载荷实际值并传输至PLC；滚筒编码器安装在绞车滚筒轴上，实时采集绞车滚筒实际旋转脉冲数并传输至PLC；经PLC处理后得出绞车实际速度给定值向绞车调速器发出信号去控制绞车主电机，本发明专利技术实现了绞车柔性启动、加减速和实现软停车，避免钢丝绳的过载冲击和过度放绳而引起的钢丝绳乱绳、夹绳、断丝、变形、过载等现象发生。

A control system and method for protecting the wire rope of the hoisting system of the oil drilling rig

The invention discloses a control system for the protection of oil drilling rig hoisting system of wire rope and method, which comprises a programmable controller PLC connected by the communication line of the touch screen, PLC are respectively connected with the load sensor, encoder, drum winch speed; load sensor installed on the dead line anchor winch drum, real-time acquisition the winch load actual value and transmitted to the PLC; the drum encoder is mounted on the winch drum shaft, real-time acquisition of winch drum actual rotation pulse number and transmitted to PLC; after PLC treatment the winch actual speed setpoint signal to the governor to control the main motor winch winch, the invention realizes flexible starting, acceleration and winch soft stop, to avoid overloading impact of wire rope and rope and wire rope caused by excessive disorderly rope, rope, wire breaking, deformation and overload phenomenon Happen.

【技术实现步骤摘要】
一种保护石油钻机提升系统钢丝绳的控制系统及方法
本专利技术属于石油钻井
，涉及石油钻机提升系统钢丝绳，具体涉及一种用于石油钻机提升系统钢丝绳保护的控制方法。
技术介绍
目前，在石油电动钻机提升系统中，钢丝绳运动频繁、速度快，并承受弯曲、扭转、挤压、冲击振动等复杂应力的作用，不可避免会出现乱绳、夹绳、断丝、变形、过载等现象。在现场，钢丝绳的保护主要通过倒绳机、引绳机、排绳机和稳绳器等设备，保证钢丝绳在绳槽匹配状态下，在绞车滚筒上保持排绳整齐，有效防止由于“挤咬”而产生对钢丝绳的意外损坏；对于断丝、变形等情况，一般是凭经验观察在一定范围内钢丝绳外层钢丝的断丝数，观察钢丝绳变细情况或钢丝绳在滚筒上的缠绕情况等进行判断；针对过载只能通过司钻的经验依据大钩高度、负载大小，手动控制绞车的速度来满足钢丝绳的安全拉力允许值。基于以上措施，钢丝绳的安全性能得到提高，但使用过程中因钢丝绳的损伤或破断而产生的重大事故时有发生。
技术实现思路
为了解决石油钻机提升系统中的钢丝绳出现夹绳、乱绳、断丝、变形、过载现象等问题，提供了一种用于石油钻机提升系统中钢丝绳保护的控制系统。为了解决上述问题，本专利技术采用如下技术方案：一种用于保护石油钻机提升系统钢丝绳的控制系统，包括触摸屏，该触摸屏与可编程控制器PLC通过通讯线连接；可编程控制器PLC分别与载荷传感器、滚筒编码器、绞车调速器连接；所述载荷传感器安装在绞车死绳固定器上，实时采集绞车载荷实际值并传输至PLC模拟量输入模板AI；所述滚筒编码器安装在绞车滚筒轴上，实时采集绞车滚筒实际旋转脉冲数并传输至PLC计数模板FM350；绞车调速器安装在绞车控制柜内，其包括速度调节器、转矩调节器和功率转换器，接收来自可编程控制器PLC发出的速度给定信号，去控制绞车主电机的转速，绞车主电机在绞车调速器的控制下升速或者降速来调节绞车的速度和转矩。所述触摸屏为设有钻机最大载荷Q最大、载荷限制阀值Q限制、载荷报警阀值Q报警、有效绳数Z、下停车点S下停、下减速点S下减、上减速点S上减、上停车点S上停、绞车电机功率P、绞车传动总效率η、绞车滚筒直径平均值D平均、绞车传动比i、绞车滚筒编码器每圈脉冲数C脉冲输入域的触摸屏。所述触摸屏用带显示屏的操作面板替代。本专利技术的另一目的在于提供一种能够实现所述用于石油钻机提升系统钢丝绳保护的控制方法，具体包括以下步骤：步骤（1）：在设备正式使用前，通过触摸屏设置钻机最大载荷Q最大、载荷限制阀值Q限制、载荷报警阀值Q报警、有效绳数Z、下停车点S下停、下减速点S下减、上减速点S上减、上停车点S上停、绞车电机功率P、绞车传动总效率η、绞车滚筒直径平均值D平均、绞车传动比i基础计算参数；步骤（2）：根据最大载荷Q最大、载荷限制阀值Q限制、载荷报警阀值Q报警、有效绳数Z、游车效率η游，可编程控制器PLC依据公式1计算出钢丝绳的各拉力，包括载荷最大拉力F最大、载荷限制拉力F限制、载荷报警拉力F报警、载荷限制拉力F实际,并且F最大>F限制>F报警>F实际；当钻机载荷超过80%时，报80%过载警告信息，绞车速度给定置为零，在确认此报警信息后绞车可以继续低速上提，依据公式2和公式3得到公式4，计算出电机实际转速n，将公式4代入公式5，计算出绞车速度给定GD；当钻机载荷超过95%时，报95%过载警告信息，绞车速度给定置为零，确认此报警信息后，绞车只允许下放，不允许上提；步骤（3）：根据钻机绞车滚筒编码器的脉冲数T脉冲与绞车滚筒编码器每圈脉冲数C脉冲计算出从零点开始滚筒实际圈数，依据公式6计算出大钩实际高度H，根据绞车电机实际转速n电机计算出大钩实际速度V钩；大钩高度H和绞车运行方向判断，当绞车上提时根据大钩位置、下停车点与下减速点的距离，依据公式9计算出钩速，依据公式8计算出绞车速度给定，使其从零速自动加速到最大速度对应的转速给定；当游车高度大于上减速点时，绞车自动开始减速，当游车高度到达上停车点时，速度给定自动减到零，实现低位软停车；当绞车下放时根据大钩位置、上停车点与上减速点的距离，依据公式9计算出钩速，依据公式8计算出绞车速度给定，使其从零速自动加速到最大速度对应的转速给定；当游车高度小于下减速点时，绞车自动开始减速，当游车高度到达下停车点时，速度给定自动减到零，实现高位软停车；步骤（4）：取由大钩高度H计算出的绞车速度给定GD2、由载荷计算出的绞车速度给定GD1和绞车手柄给定GD3的最小值，将最小值作为绞车运行的控制速度给定GD去控制绞车，避免钢丝绳的过载冲击和过度放绳。所述载荷限制阀值Q限制=95%、载荷报警阀值Q报警=80%。本专利技术的有益效果在于：本专利技术从电气控制出发，利用实时检测的游车位置、负载重量，并计算出相应规格化的速度给定，取手柄给定与规格化速度给定的最小值作为绞车的速度给定，使绞车柔性启动、加减速和实现在上停车点和下停车点的软停车，避免钢丝绳的过载冲击和过度放绳而引起的钢丝绳乱绳、夹绳、断丝、变形、过载等现象发生。滚筒编码器安装在绞车滚筒轴上用于滚筒速度反馈，向可编程控制器PLC实时反馈绞车滚筒实际转速，去控制绞车电机的实际速度和转矩，减少了钢丝绳的过度放绳、疲劳和过载破坏程度，降低了因为钢丝绳疲劳、断裂发生事故的概率。附图说明图1为用于石油钻机提升系统钢丝绳保护的控制系统图；图2为用于石油钻机提升系统钢丝绳保护的控制方法的流程图。具体实施方式一种用于石油钻机提升系统钢丝绳保护的控制系统，该系统包括：可编程控制器PLC、滚筒编码器、载荷传感器、绞车调速器、速度反馈编码器、一个触摸屏或者一个带显示屏的操作面板；触摸屏或者一个带显示屏的操作面板，包括钻机最大载荷Q最大、载荷限制阀值Q限制、载荷报警阀值Q报警、有效绳数Z、下停车点S下停、下减速点S下减、上减速点S上减、上停车点S上停、绞车电机功率P、绞车传动总效率η、绞车滚筒直径平均值D平均、绞车传动比i、绞车滚筒编码器每圈脉冲数C脉冲等输入域，它与可编程控制器PLC电连接，用于设定设置相关参数；滚筒编码器，它安装在绞车滚筒上，实时采集绞车滚筒实际旋转脉冲数；载荷传感器，它安装在绞车死绳固定器上，实时采集绞车载荷的实际值；可编程控制器PLC与载荷传感器连接，通过其模拟量输入模板AI采集由载荷传感器传递来的负载实际值，根据绞车载荷与速度曲线，计算出速度给定信号GD1；可编程控制器PLC与滚筒编码器连接，通过其计算模板FM350采集滚筒实际旋转脉冲数，根据有效绳数Z、绞车滚筒直径平均值D平均、绞车传动比i计算出大钩的实际高度及规格化计算绞车速度给定信号GD2；取绞车速度给定GD1、绞车速度给定GD2和绞车手柄给定GD3的最小值，将最小给定值GD作为绞车实际速度给定；绞车调速器，包括速度调节器、转矩调节器和功率转换器，它接收来自可编程控制器PLC发出的速度给定信号，去控制绞车主电机的转速；绞车主电机在绞车调速器的控制下升速或者降速，从而调节绞车的速度和转矩；其中，所述速度反馈编码器，安装在绞车主电机轴上，向可编程控制器PLC实时反馈绞车主电机的实际转速。一种采用上述系统对石油钻机提升系统钢丝绳进行保护的控制方法，具体包括以下步骤：步骤（1）：在设备正式使用前，通过触摸屏设置钻机最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于保护石油钻机提升系统钢丝绳的控制系统，其特征在于：包括触摸屏，该触摸屏与可编程控制器PLC通过通讯线连接；可编程控制器PLC分别与载荷传感器、滚筒编码器、绞车调速器连接；所述载荷传感器安装在绞车滚筒的死绳固定器上，实时采集绞车载荷实际值并传输至PLC模拟量输入模板AI；所述滚筒编码器安装在绞车滚筒轴上，实时采集绞车滚筒实际旋转脉冲数并传输至PLC计数模板FM350；绞车载荷实际值经可编程控制器PLC处理后得出绞车速度给定值GD1，绞车滚筒实际旋转脉冲数经可编程控制器PLC处理后计算出得出绞车速度给定值GD2、和绞车手柄给定GD3比较取三者中的最小值作为绞车实际速度GD给定信号向绞车调速器发出，根据该速度GD去控制绞车主电机的转速，绞车主电机在绞车调速器的控制下升速或者降速来调节绞车的速度和转矩。

【技术特征摘要】
1.一种用于保护石油钻机提升系统钢丝绳的控制系统，其特征在于：包括触摸屏，该触摸屏与可编程控制器PLC通过通讯线连接；可编程控制器PLC分别与载荷传感器、滚筒编码器、绞车调速器连接；所述载荷传感器安装在绞车滚筒的死绳固定器上，实时采集绞车载荷实际值并传输至PLC模拟量输入模板AI；所述滚筒编码器安装在绞车滚筒轴上，实时采集绞车滚筒实际旋转脉冲数并传输至PLC计数模板FM350；绞车载荷实际值经可编程控制器PLC处理后得出绞车速度给定值GD1，绞车滚筒实际旋转脉冲数经可编程控制器PLC处理后计算出得出绞车速度给定值GD2、和绞车手柄给定GD3比较取三者中的最小值作为绞车实际速度GD给定信号向绞车调速器发出，根据该速度GD去控制绞车主电机的转速，绞车主电机在绞车调速器的控制下升速或者降速来调节绞车的速度和转矩。2.根据权利要求1所述的一种用于保护石油钻机提升系统钢丝绳的控制系统，其特征在于：绞车调速器安装在绞车控制柜内，其包括速度调节器(216)、转矩调节器(217)和功率转换器(218)，绞车主电机(220)安装有转矩/电流传感器219，实时采集绞车转矩的实际值输出至所述的转矩调节器(217)，绞车主电机（220）轴上安装有速度编反馈码器（221），实时反馈电机的实际转速输出至所述的速度调节器(216)。3.根据权利要求1所述的一种用于保护石油钻机提升系统钢丝绳的控制系统，其特征在于：触摸屏为设有钻机最大载荷Q最大、载荷限制阀值Q限制、载荷报警阀值Q报警、有效绳数Z、下停车点S下停、下减速点S下减、上减速点S上减、上停车点S上停、绞车电机功率P、绞车传动总效率η、绞车滚筒直径平均值D平均、绞车传动比i、绞车滚筒编码器每圈脉冲数C脉冲输入输出域；大钩高度输出域和钢丝绳拉力输出域的触摸屏。4.根据权利要求1所述的一种用于保护石油钻机提升系统钢丝绳的控制系统，其特征在于：所述触摸屏用带显示屏的操作面板替代。5.一种根据权利要求1或2所述系统用于保护石油钻机提升系统钢丝绳的控制方法，其特征在于：可编程控制器PLC接收来自触摸屏上的设置值根据绞车载荷实际值Q实际先计算出绞车载荷实际拉力F实际，再算出绞车主电机实际转速n，最后得出绞车速度给定GD1；采集滚筒编码器脉冲数，计算出大钩高度实际H，计算出绞车速度给定GD2、然后和绞车手柄给定GD3比较，取三者中的最小值作为绞车实际速度GD发给速度调节器去控制绞车主电机升速或者降速来调节绞车的速度和转矩。6.根据权利要求5所述的一种用于保护石油钻机提升系统钢丝绳的控制方法，其特征在于：安装在绞车主电机(220)上的转矩/电流传感器（219）实时采集绞车主电机转矩的实际值，安装在绞车主电机轴上的速度编反馈码器...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯忠奎，冯益强，高琛，刘志臻，赵宏，
申请(专利权)人：天水电气传动研究所有限责任公司，
类型：发明
国别省市：甘肃,62