一种泥浆泵控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种泥浆泵控制系统，属于泥浆泵控制技术领域。本发明专利技术的泥浆泵控制系统，包括泥浆泵（１）和缸套（２），所述缸套（２）连接于泥浆泵（１）上，其特征在于：该控制系统还包括ＨＭＩ、ＰＬＣ、变频器和压力传感器（３），所述ＨＭＩ与ＰＬＣ连接，所述ＰＬＣ与变频器连接，所述变频器与泥浆泵（１）连接，所述压力传感器（３）设置于缸套（２）内且连接于ＰＬＣ上。本发明专利技术的泥浆泵控制系统，结构简单，操作简便，成本低廉，能够迅速有效地对泵压进行监控和报警处理，压力波动小，钻具损坏少，泥浆泵寿命长，节约成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种泥浆泵控制技术，特别是一种泥浆泵控制系统。
技术介绍
泥浆泵是钻探过程中，向钻孔里输送泥浆或水等冲洗液的机械。泥浆泵是钻探设 备的重要组成部分，在常用的正循环钻探中，它是将地表冲洗介质——清水、泥浆或聚合物 冲洗液在一定的压力下，经过缸套、水龙头及钻杆柱中心孔直送钻头的底端，以达到冷却钻 头、将切削下来的岩屑清除并输送到地表的目的。常用的泥浆泵是活塞式或柱塞式的，由动 力机带动泵的曲轴回转，曲轴通过十字头再带动活塞或柱塞在泵缸中做往复运动。在吸入 和排出阀的交替作用下，实现压送与循环冲洗液的目的。目前使用的泥浆泵，其在使用的过程中，需要根据实际需要，提供不同的泵压。由 于不同的缸套所能够承受的压力是不同的，因此在需要提供不同泵压时，需要跟换缸套，同 时调整动力机所提供的动力，以满足所需泵压，频繁地更换缸套和调节动力机，一方面使得 操作繁多，工作效率低下，另一方面使得缸套之间的配合因多次拆卸而不紧密。一般情况 下，泥浆泵是采用汽油机或者动力机等动力装置作为动力，带动叶轮转动使泥浆泵进行工 作，采用该类传动装置的泥浆泵，主要通过泥浆泵上的空气包控制缸套内的压力，采用空气 包控制泵压，缸套内的压力波动大，且所需缸套级数多，更换缸套操作繁琐，效率低下。更先 进一点的泥浆泵，其动力采用的是变频电机，由变频电机通过皮带轮等传动机构，将动力传 递至缸泵带动泥浆泵运行。由于在动力传递中采用了皮带轮等传动装置，一方面通过传动 装置，使得泥浆泵的的反应迟缓，无法迅速地进行控制，另一方面采用皮带轮传递，皮带容 易打滑，无法精确地控制缸套内的泵压，不能够有效地减少所需缸套的级数。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于针对上述存在的问题，提供一种结构简单、操作简便、缸 套级数少、成本低廉、便于维护、能够迅速有效地对泵压进行监控和报警处理的泥浆泵控制 系统，该泥浆泵控制系统，压力波动小，泥浆泵寿命长。本专利技术采用的技术方案如下本专利技术的泥浆泵控制系统，包括泥浆泵和缸套，所述缸套连接于泥浆泵上，该控制系统 还包括HMI、PLC、变频器和压力传感器，所述HMI与PLC连接，所述PLC与变频器连接，所述 变频器与泥浆泵连接，所述压力传感器设置于缸套内且连接于PLC上。由于采用了上述结构，形成一个完整的控制系统。由于该控制系统是与机电融合 设计的结果，没有皮带轮等其他传动附件，使得泵压和电机的转矩形成一个很简单的一元 线性关系。在具体操作时，操作者首先在HMI上输入所需工作泵压值和缸套直径，IMF将工 作泵压值传递至PLC上，PLC控制系统自动计算出工作泵压、缸套和电机扭矩的对应关系， 然后PLC将控制信号传递至变频器上，从而控制变频器对泥浆泵的供电的多少，控制泥浆 泵的扭矩，所述泥浆泵由电机与泵缸连接组成，电机只能输出工作泵压时所需要的扭矩，当3泵压产生的力和电机扭矩产生的力达到平衡时，电机再也不能提供高于工作泵压的扭矩， 准确地控制泵压不超限，从而对整个液力端的工作过程进行实时的安全保护，有效地避免 了安全事故的发生，且便于操作。由于在缸套内设置有压力传感器，并利用立管压力作为 压力回馈，和工作立管压力做比较，如遇到压力异常，压力传感器将信号传递至PLC控制系 统上，控制系统做出迅速反应降低泵冲或提出报警等，报警上下限值可以手工在HMI上设 置也通过PLC的程序中根据一元线性关系自动生成。一般情况下，PLC的循环周期能控制 在IOOms以内，收到信号后处理器能及时的做出指令，避免事故发生。由于采用了上述技 术，仅需要选择较大级数的缸套即可，可做到在5000psi压力以内不换缸套，所以在很宽的 压力范围内可以忽略缸套的因素，如果需要考虑缸套因素则直接在HMI上选择缸套型号即 可。由于采用了上述技术，大大地减少了所需的缸套，从而降低了成本，减少了更换缸套的 时间，提高了工作效率。本专利技术的泥浆泵控制系统，所述泥浆泵为直驱式泥浆泵。由于采用了上述结构，泥浆泵为直驱式泥浆泵，便于控制泥浆泵的转速，且启动平 稳，无冲击，工作平顺。本专利技术的泥浆泵控制系统，所述泥浆泵为直驱式五缸泥浆泵。由于采用了上述结构，泥浆泵为直驱式五缸泥浆泵，使得泥浆泵在工作过程中不 会产生瞬时高压，工作平稳，且更利于泥浆泵转速的控制。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是1、本专利技术的泥浆泵控制系统，结构简单、操作便捷、成本低廉；2、本专利技术的泥浆泵控制系统，无中间环节的动力传递装置，直接控制驱动电 机，能够对泥浆泵进行精确控制，反应迅速；3、本专利技术的泥浆泵控制系统，采用机电一体化设计，从而对泥浆泵液力端的 工作过程进行实时的安全保护，有效地避免了安全事故的发生；4、本专利技术的泥浆泵控制系统，所需缸套级数少，便于维修，大大地节约了成 本，较少了缸套更换时间，提高了效率；5、本专利技术的泥浆泵控制系统，工作过程中不会产生瞬时高压，压力波动小， 对泥浆泵的震动小，寿命长，降低成本。附图说明图1是本专利技术的泥浆泵控制系统的结构示意图； 图2是本专利技术的泥浆泵控制系统的工作原理图。图中标记1_泥浆泵、2-缸套、3-压力传感器、①-实际电机扭矩值、②-实际泵 压值。具体实施例方式下面结合附图，对本专利技术作详细的说明。为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并 不用于限定本专利技术。4如图1、图2所示，本专利技术的泥浆泵控制系统，包括泥浆泵1和缸套2、HMI、PLC、变 频器和压力传感器3，所述缸套2连接于泥浆泵1上，所述HMI是Human Machine Interface 的缩写，叫做“人机接口 ”，也叫人机界面，是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介， 它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。所述PLC为Programmable logic Controller的缩写，即可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境 应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控 制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类 型的机械或生产过程。所述HMI与PLC连接，所述PLC与变频器连接，所述变频器与泥浆泵 1连接，所述压力传感器3设置于缸套2内且连接于PLC上。所述泥浆泵1为直驱式五缸泥 浆泵。本专利技术的泥浆泵控制系统，在操作时，首先在HMI上输入所述工作泵压值，视情 况而定可以同时输入缸套直径值，HMI将数值传递至PLC，PLC根据输入的数值计算所诉 电机扭矩限制值，同时调整泵冲，PLC控制变频器对泥浆泵1的电机的电力供应，从而控 制泥浆泵1液力端的扭矩，达到控制缸套2内压力的目的。安装在缸套2内的压力传感 器3，随时将泥浆泵1内的实际泵压值②传递至PLC内，PLC利用立管压力作为压力回馈， 和工作立管压力做比较，如遇到压力异常，则控制系统做出迅速反应降低泵冲或提出报警 等，报警上下限值可以设置也可以自动生成，例如当在HMI中输入的数值为30MPa时， PLC根据其值，设定最低报警立管压力，如30MPa，此时操作者可以根据实际情况作出调 整；设定工作立管压力，如30MPa，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
一种泥浆泵控制系统，包括泥浆泵(1)和缸套(2)，所述缸套(2)连接于泥浆泵(1)上，其特征在于该泥浆泵控制系统还包括HMI、PLC、变频器和压力传感器(3)，所述HMI与PLC连接，所述PLC与变频器连接，所述变频器与泥浆泵(...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴显科，罗剑，邓果，
申请(专利权)人：四川宏华石油设备有限公司，
类型：发明
国别省市：51