一种钻机和修井机低位区域智能安全管理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种钻机和修井机低位区域智能安全管理系统，包括低位防碰管理系统，低位防碰管理系统的内部包括DC电源、PLC控制器和网关，低位防碰管理系统中的网关与人机界面通过并行或串行总线互联；低位防碰管理系统的网关还分别与铁钻工控制单元、钻台机械手控制单元、泥浆盒控制单元、缓冲机械手控制单元通过以太网电缆互联。本发明专利技术的系统很好的实现了自动化钻机和修井机在钻台面低位安装设备之间的防碰保护。间的防碰保护。间的防碰保护。

【技术实现步骤摘要】
一种钻机和修井机低位区域智能安全管理系统


[0001]本专利技术属于电气控制及智能安全管理
，涉及一种钻机和修井机低位区域智能安全管理系统。

技术介绍

[0002]随着机械自动化设备的应用日益成熟，新型钻机和修井机中配置了大量自动化设备，钻台区的自动化设备主要包括铁钻工、钻台机械手、泥浆收集盒、缓冲机械手、鹰爪机以及常规游吊设备。上述设备全部由两名司钻人员以及部分钻台面人员远程操控，实现了减轻劳动强度、改善工作环境的基本目标，但同时也出现了新的问题，即设备间交叉作业过程中的意外碰撞问题。
[0003]针对上述问题目前依靠操作人员观察的方式实现防碰，或仅部分设备之间具有防碰功能。针对多厂商配套的自动化设备暂无系统级防碰保护，存在较大的安全风险。因此，目前还没有一种适用于钻机和修井机钻台面低位区域智能安全管理系统。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种钻机和修井机低位区域智能安全管理系统，解决现有钻机和修井机在钻台面低位区域配套的多种不同厂家自动化设备之间、及其与常规游吊系统之间无系统级防碰保护措施的问题。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是，一种钻机和修井机低位区域智能安全管理系统，包括井口和钻台面，钻台面上绕井口分别设置有钻台机械手、铁钻工、缓冲机械手、泥浆盒，井口上方设置防碰区，防碰区内设置智能安全管理系统，系统包括低位防碰管理系统，低位防碰管理系统包括DC电源、PLC控制器和网关，网关互联有人机界面；
[0006]网关通过以太网还分别互联有铁钻工控制单元、钻台机械手控制单元、泥浆盒控制单元、缓冲机械手控制单元。
[0007]本专利技术的特点还在于：
[0008]其中井口上方绕井口中心线延伸一个三维空间区域即低位防碰区；
[0009]其中铁钻工控制单元连接有铁钻工位移传感器、铁钻工角度传感器、铁钻工升降传感器，铁钻工位移传感器、铁钻工角度传感器、铁钻工升降传感器均靠近铁钻工设置；
[0010]其中钻台机械手控制单元连接有钻台机械手位移传感器和钻台机械手角度传感器，钻台机械手位移传感器和钻台机械手角度传感器靠近钻台机械手设置；
[0011]其中泥浆盒控制单元连接有泥浆盒伸缩传感器和泥浆盒角度传感器，泥浆盒伸缩传感器和泥浆盒角度传感器连接泥浆盒；
[0012]其中缓冲机械手控制单元连接有缓冲机械手位移传感器，缓冲机械手位移传感器连接缓冲机械手；
[0013]其中网关通过并行或串行总线互联有人机界面，网关用于与现场设备连接的总线协议转换、数据汇总、网络数据传输管理；低位防碰管理系统的功能区具体包括控制程序运
行、各设备实时数据处理、设定参数处理和程序运算结果对外发送。
[0014]本专利技术的有益效果是：
[0015]本专利技术的一种钻机和修井机低位区域智能安全管理系统实现了钻机和修井机在钻台面低位安装设备之间的防碰；实现钻台面低位安装设备与常规游吊系统之间防碰保护措施；同时可兼容任意厂家配套的设备；每个防碰空间的边界值可根据实际工况调整
附图说明
[0016]图1是本专利技术的一种钻机和修井机低位区域智能安全管理系统中钻台低位区安装设备的现场布局示意图；
[0017]图2是本专利技术的一种钻机和修井机低位区域智能安全管理系统中针对钻台低位防碰区的规划示意图；
[0018]图3是本专利技术的一种钻机和修井机低位区域智能安全管理系统的控制架构框图；
[0019]图4是本专利技术的一种钻机和修井机低位区域智能安全管理系统中采用的空间位置解算原理示意图；
[0020]图5是本专利技术的一种钻机和修井机低位区域智能安全管理系统中控制过程中安全位置与速度控制曲线图；
[0021]图6是本专利技术的一种钻机和修井机低位区域智能安全管理系统中人机界面实施例采用的控制面板的布局示意图。
[0022]图中，1.钻台面，2.井口，3.铁钻工，4.钻台机械手，5.泥浆盒，6.缓冲机械手，7.井口中心线，8.低位防碰区，9.人机界面，10.低位防碰管理系统，11.参数设置区，12.状态显示区，13.DC电源，114.PLC控制器，15.网关，16.铁钻工控制单元，17.钻台机械手控制单元，18.泥浆盒控制单元，19.缓冲机械手控制单元，20.控制面板，21.铁钻工防碰开关，22.钻台机械手防碰开关，23.泥浆盒防碰开关，24.缓冲手防碰开关，25.铁钻工防碰指示灯，26.钻台机械手防碰指示灯，27.泥浆盒防碰指示灯，28.缓冲手防碰指示灯。
具体实施方式
[0023]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。
[0024]如图1所示，为现有钻机和修井机钻台面自动化设备的现场安装布局，图1中箭头所指的“前”和“后”是指常规钻机和修井机的前向和后向。在钻台面1上，围绕井口2分别设置有钻台机械手3、铁钻工4、缓冲机械手5、泥浆盒6(该四组设备又合称为自动化设备)；在钻台面1的低位区域设备碰撞风险主要来自于井口区域的自动化设备交叉作业；游吊系统沿井口中心线7下降至接近钻台井口区域时与钻台面上述自动化设备的碰撞风险；针对上述碰撞风险，亟需一种钻台面低位区域智能安全管理系统进行自动化设备运动轨迹安全管理，彻底规避碰撞风险。
[0025]如图2所示，基于上述碰撞风险按空间区域进行划分，构建本专利技术的钻机和修井机低位区域智能安全管理系统，即为本专利技术的低位防碰区规划，图2中箭头所指“前”与“后”分别表示钻台面1的前向和后向，在钻台面1之上划出低位防碰区8，即在井口2的上方围绕井口中心线7向外延伸一个三维空间区域，该三维空间区域称为低位防碰区8，l
d
表示低位防碰区8的长度，l
w
表示低位防碰区8的宽度，l
h
表示低位防碰区8的高度。
[0026]本专利技术提供了一种钻机和修井机低位区域智能安全管理系统，如图3所示，本专利技术系统的结构是，包括以低位防碰管理系统10为核心，低位防碰管理系统10的内部包括24V的DC电源13、PLC控制器14和网关15，低位防碰管理系统10中的网关15与人机界面9通过并行或串行总线互联；低位防碰管理系统10的功能是三维空间区域中控制程序运行、各设备实时数据处理、设定参数处理、程序运算结果对外发送；网关15的功能是与现场设备连接的总线协议转换、数据汇总、网络数据传输管理；人机界面9的功能是用于显示各设备的当前状态、提示消息以及发送操作指令、设定参数；
[0027]其中，图3中1S1表示铁钻工位移传感器，1S2表示铁钻工角度传感器，1S3表示铁钻工升降传感器；2S1表示钻台机械手位移传感器，2S2表示钻台机械手角度传感器；3S1表示泥浆盒伸缩传感器，3S2表示泥浆盒角度传感器；4S1表示缓冲机械手位移传感器；
[0028]DC电源13通过两根供电线缆与PLC控制器14和网关15供电端连接，PLC控制器14与网关15之间采用以太网电缆连接；
[0029]低位防碰管理系统10的网关15还分别与铁钻工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻机和修井机低位区域智能安全管理系统，包括井口(2)和钻台面(1)，钻台面(1)上绕井口(2)分别设置有钻台机械手(3)、铁钻工(4)、缓冲机械手(5)、泥浆盒(6)，其特征在于，井口(2)上方设置防碰区，防碰区内设置智能安全管理系统，所述系统包括低位防碰管理系统(10)，低位防碰管理系统(10)包括DC电源(13)、PLC控制器(14)和网关(15)，网关(15)互联有人机界面(9)；网关(15)通过以太网还分别互联有铁钻工控制单元(16)、钻台机械手控制单元(17)、泥浆盒控制单元(18)、缓冲机械手控制单元(19)。2.根据权利要求1所述的一种钻机和修井机低位区域智能安全管理系统，其特征在于，所述井口(2)上方绕井口中心线(7)延伸一个三维空间区域即低位防碰区。3.根据权利要求1所述的一种钻机和修井机低位区域智能安全管理系统，其特征在于，所述铁钻工控制单元(16)连接有铁钻工位移传感器、铁钻工角度传感器、铁钻工升降传感器，铁钻工位移传感器、铁钻工角度传感器、铁钻工升降传感器均靠近铁钻工(4)设置。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：杨双业，夏辉，谭昌兵，罗磊，樊勇利，常飞，杨斌，
申请(专利权)人：宝鸡石油机械有限责任公司中国石油天然气集团有限公司中国石油集团川庆钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：