一种用于绳索取心绞车的排绳控制系统技术方案

一种用于绳索取心绞车的排绳控制系统，包括排绳小车、丝杆、伺服电机、两个限位开关、卷筒编码器和控制单元，所述丝杆与卷筒的轴线平行；控制单元通过伺服驱动器与伺服电机连接；伺服电机通过减速机与丝杆构成驱动关系；排绳小车通过螺纹与丝杆配合，绞车的钢丝绳经排绳小车上的导绳机构绕在卷筒上，卷筒编码器安装在卷筒的转轴端部，两个限位开关安装在排绳小车上并分别与丝杆两端的触发块相对应，卷筒编码器和限位开关的输出端接控制单元。本实用新型专利技术通过伺服电机控制丝杆的转速，进而控制排绳小车的移动速度，使钢丝绳在卷筒上整齐排列，避免出现伤绳、咬绳现象，延长钢丝绳使用寿命，从而降低钻探成本，提高钻进效率，保证生产的顺利进行。

【技术实现步骤摘要】
一种用于绳索取心绞车的排绳控制系统
本技术涉及一种在地质深孔钻进取心时使用的绳索取心绞车排绳控制系统，属于绞车

技术介绍
目前，地质深孔钻进取心时大量采用绳索取心钻进技术，为此需配套专用的绳索取心绞车，这种绳索取心绞车一般采用电机或液压驱动，而国内外液压/电驱绳索取心绞车一般都没有排绳功能，造成钢丝绳相互挤压易损坏，即使有的绞车有排绳功能，其排绳装置也都是机械式的，速比不可改变，只能适应一种直径的钢丝绳，如果钢丝绳直径改变，则必须更换一套新的传动链轮，不仅增加了设备本，而且费时费力，严重影响了生产的顺利进行。因此如何确保取心钢丝绳在滚筒上自动紧密且整齐排列，就成为有关技术人员面临的课题。
技术实现思路
本技术的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种用于绳索取心绞车的排绳控制系统，以确保取心钢丝绳在滚筒上紧密且整齐排列。本技术所述问题是以下述技术方案实现的：一种用于绳索取心绞车的排绳控制系统，构成中包括排绳小车、丝杆、伺服电机、两个限位开关、卷筒编码器和控制单元，所述丝杆位于绞车的卷筒上方并与卷筒的轴线平行；所述控制单元通过伺服驱动器与伺服电机连接；所述伺服电机通过减速机与丝杆构成驱动关系；所述排绳小车通过螺纹与丝杆配合，绞车的钢丝绳经排绳小车上的导绳机构绕在卷筒上，所述卷筒编码器安装在卷筒的转轴端部，两个限位开关安装在排绳小车上并分别与丝杆两端的触发块相对应，卷筒编码器和限位开关的输出端接控制单元。上述用于绳索取心绞车的排绳控制系统，构成中还包括显示屏和输入按钮，所述显示屏和输入按钮分别与控制单元的输出、输入端口连接。上述用于绳索取心绞车的排绳控制系统，所述排绳小车上的导绳机构包括上导轮、大导轮和下导轮，上导轮和下导轮分别位于大导轮的上方和下方，绞车的钢丝绳依次绕经上导轮、大导轮和下导轮后缠绕在卷筒上。上述用于绳索取心绞车的排绳控制系统，构成中还包括绳速编码器，所述绳速编码器安装在下导轮的转轴端部，绳速编码器的信号输出端接控制单元的输入端口。上述用于绳索取心绞车的排绳控制系统，构成中还包括称重传感器，所述称重传感器安装在大导轮与排绳小车之间，称重传感器的信号输出端经放大器接控制单元的输入端口。上述用于绳索取心绞车的排绳控制系统，所述控制单元为PLC。本技术通过伺服电机控制丝杆的转速，进而控制排绳小车的移动速度，使不同直径的钢丝绳在卷筒上整齐排列，避免出现伤绳、咬绳现象，延长钢丝绳使用寿命，从而降低钻探成本，提高钻进效率，保证生产的顺利进行。附图说明图1是本技术的结构示意图；图2是排绳小车结构示意图；图3是张力测试示意图，其中图3(a)为钢丝绳受力情况；图3(b)为钢丝绳对称重传感器施加的合力示意图。图中各标号为：1、控制单元，2、伺服驱动器，3、显示屏，4、输入按钮，5、左限位开关，6、右限位开关，7、称重传感器，8、绳速编码器，9、卷筒编码器，10、伺服电机，11、减速机，12、卷筒，13、丝杆，14、放大器，15、钢丝绳，16、排绳小车，17、上导轮，18、大导轮，19、下导轮。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步详述。参看图1，图2和图3，本技术主要包括控制单元1、伺服驱动器2、显示屏3、输入按钮4、左限位开关5、右限位开关6、称重传感器7、绳速编码器8、卷筒编码器9、伺服电机10、减速机11、丝杆13、放大器14、排绳小车16、上导轮17、大导轮18和下导轮19。控制单元1的第一输入端接输入按钮4的输出端，第二输入端接左限位开关5的输出端，第三输入端接右限位开关6的输出端，第四输入端接称重传感器7的输出端，第五输入端接绳速传感器8的输出端，第六输入端接卷筒编码器9输出端，显示屏3接控制单元1的信息输出端；控制单元1的控制信号输出端接伺服驱动器2的输入端；伺服驱动器2的输出端接伺服电机10的输入端；伺服电机10的伺服编码器反馈信号输出端接伺服驱动器2的输入端；称重传感器7、左限位开关5、右限位开关6、绳速编码器8均设置在排绳小车16中。伺服电机10由现场的发电设备(3kW左右)供电，伺服电机10通过减速器11驱动丝杆13旋转，从而使安装在丝杆上的排绳小车16沿丝杆移动；左限位开关5和右限位开关6均为接近开关，分别安装在排绳小车16的左侧和右侧，当排绳小车16靠进丝杆13的一端时，对应侧的接近开关被触发，控制单元1给伺服驱动器2一个信号，使伺服电机10反转，从而使排绳小车16在丝杆上可左右换向移动；安装在卷筒12上的卷筒编码器9可将卷筒的转速信号通过控制单元1传给伺服驱动器2，伺服驱动器2控制伺服电机10输出合理的转速，使排绳小车的左右移动速度与卷筒转动时钢丝绳的缠绕同步，确保钢丝绳在卷筒上排列整齐，通过改变控制单元1的输入参数，可适应不同直径的钢丝绳；安装在排绳小车16上的称重传感器7，将钢丝绳张力信号通过控制单元显示到液晶显示器上；安装在排绳小车上的绳速编码器8，可将钢丝绳的长度与钢丝绳收放速度通过控制单元显示在液晶显示屏3上。工作原理：控制单元1(S7-200PLC)根据卷筒编码器9发出的信号来判断伺服电机10所需的旋转状态(正转或反转、转速的快慢)，控制单元1同时接收伺服电机10的伺服编码器输出的反馈信号，并根据这些信号精确控制伺服电机10的运转状态。在缠绕钢丝绳15的过程中，控制单元1根据卷筒编码器9单位时间输出的脉冲数调节伺服电机10转速的快慢；根据左限位开关5和右限位开关6的输出信号控制伺服电机10的正转或反转；根据称重传感器7所输出信号的大小，计算钢丝绳15的张力大小(图3中，大导轮18两侧钢丝绳的张力分别为F1和F2，显然F1＝F2，钢丝绳对称重传感器7所施加的力F为F1和F2的合力，设F1与F2之间的夹角为2β，则F＝2F1cosβ，由此可计算出钢丝绳15的张力F1的大小)；根据绳速编码器8所输出信号的大小，计算钢丝绳15的长度与绳速。控制单元1将所有信息以数字形式显示在液晶显示屏3上。当控制单元1处于故障状态时或初始状态时，排绳小车16的动作由人工通过输入按钮4来控制。当钢丝绳15的直径发生变化时，通过输入按钮4来更改控制参数，保证钢丝绳在滚筒上自动紧密且整齐排列。上述实施例，只是本技术的较佳实施例，并非用来限制本技术的保护范围，凡以本技术权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本技术的保护范围以内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于绳索取心绞车的排绳控制系统，其特征是，构成中包括排绳小车(16)、丝杆(13)、伺服电机(10)、两个限位开关、卷筒编码器(9)和控制单元(1)，所述丝杆(13)位于绞车的卷筒(12)上方并与卷筒(12)的轴线平行；所述控制单元(1)通过伺服驱动器(2)与伺服电机(10)连接；所述伺服电机(10)通过减速机(11)与丝杆(13)构成驱动关系；所述排绳小车(16)通过螺纹与丝杆(13)配合，绞车的钢丝绳(15)经排绳小车(16)上的导绳机构绕在卷筒(12)上，所述卷筒编码器(9)安装在卷筒(12)的转轴端部，两个限位开关安装在排绳小车(16)上并分别与丝杆(13)两端的触发块相对应，卷筒编码器(9)和限位开关的输出端接控制单元(1)。

【技术特征摘要】
1.一种用于绳索取心绞车的排绳控制系统，其特征是，构成中包括排绳小车(16)、丝杆(13)、伺服电机(10)、两个限位开关、卷筒编码器(9)和控制单元(1)，所述丝杆(13)位于绞车的卷筒(12)上方并与卷筒(12)的轴线平行；所述控制单元(1)通过伺服驱动器(2)与伺服电机(10)连接；所述伺服电机(10)通过减速机(11)与丝杆(13)构成驱动关系；所述排绳小车(16)通过螺纹与丝杆(13)配合，绞车的钢丝绳(15)经排绳小车(16)上的导绳机构绕在卷筒(12)上，所述卷筒编码器(9)安装在卷筒(12)的转轴端部，两个限位开关安装在排绳小车(16)上并分别与丝杆(13)两端的触发块相对应，卷筒编码器(9)和限位开关的输出端接控制单元(1)。2.根据权利要求1所述的用于绳索取心绞车的排绳控制系统，其特征是，构成中还包括显示屏(3)和输入按钮(4)，所述显示屏(3)和输入按钮(4)分别与控制单元(1)的输出、输入端口连接。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：任启伟，刘凡柏，高鹏举，赵远，董靖瑶，伍晓龙，
申请(专利权)人：中国地质科学院勘探技术研究所，
类型：新型
国别省市：天津,12