CN105005297A - 一种钻机司钻房的气控故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻机司钻房的气控故障诊断系统，包含数据采集单元、数据处理及诊断单元，以及数据显示单元。数据采集单元包含气控阀、电控阀、压力传感器等控制组件，数据处理及诊断单元包括模拟量输入模块和可编程逻辑器。气控阀、电控阀的输入端、输出端均安装有压力传感器。数据处理及诊断单元把数据采集单元提供的电信号送入模拟量输入模块，在可编程逻辑器中对所采集到的数据进行逻辑分析，对系统设备工作的状态及故障位置作出判断，为故障诊断提供数据。本发明的气控故障诊断系统能及时检测和显示司钻房气路控制的工作状态，能在故障发生时，及时判断并汇报故障的类型及故障点，使得操作和维护人员能及时高效地解决故障问题。

Description

一种钻机司钻房的气控故障诊断系统

技术领域

 本发明涉及石油钻井设备，特别涉及到一种钻机司钻房的气控故障诊断系统。

背景技术

司钻控制房作为钻机控制中心是石油钻机的核心组成部分，司钻在司钻控制房内指挥整个石油井场的钻井作业。随着技术的进步，司钻控制房内设备的结构越来越复杂，功能越来越完善，自动化程度也越来越高。在作业过程中，由于许多无法避免的因素设备会出现各种故障以致影响其设定的功能甚至造成严重的灾难性事故。即使是常规性生产中的事故也会因生产过程不能正常运行或机器设备损坏而造成巨大的经济损失。因此保证设备的安全运行、消除事故影响对整个作业非常重要。完善的设备故障诊断能保证设备的安全可靠运行，确保作业正常运行，以降低生产过程中的损失及安全。

当前在很多司钻控制房气路控制使用环境中，在设备运行中，操作和维护人员不能够及时了解气路工作的实时状态。司钻控制房气路控制如果出现故障，操作和维护人员必须停机，对整个气控系统进行逐点分析，查找故障点，解决故障。在故障出现后，因为起初不了解故障的类型及故障方位，需要逐点检查，这就要耽误很长的停机时间，影响生产进度和效率。同时，为保证生产顺利进行，要求操作和维护人员非常熟悉此系统的结构状态和工作原理，要有非常丰富的现场经验，才能尽可能快速排出故障，重新迅速地开展作业。因此，对作业过程中故障诊断的及时性要求，对操作人员的高业务素质要求，及故障排查的高效率要求成为石油钻机司钻控制房作业的发展提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种钻机司钻房的气控故障诊断系统。本发明的气控故障诊断系统要能够解决现有石油钻机作业过程中操作人员无法及时了解气路工作状态，出现故障时不能够及时排查故障点以快速分析以解决故障的问题，能及时地、正确地对各种异常状态和故障状态做出诊断或消除故障对设备的运行进行必要的指导提高设备运行的可靠性、安全性。

为了实现上述目的，本发明的解决方案是：

一种钻机司钻房的气控故障诊断系统，在钻机司钻房设有集气器，该集气器上连接有司钻房进气管路、滚筒轴离合器管路和中间轴离合器管路，在司钻房进气管路上设有气源过滤器和二位三通气控阀，在滚筒轴离合器管路上设有三位五通电控阀以分别输出两路气至滚筒轴高速离合器和滚筒轴低速离合器，在中间轴离合器管路上设有三位五通电控阀以分别输出两路气至中间轴高速离合器和中间轴低速离合器，滚筒轴高速离合器、滚筒轴低速离合器、中间轴高速离合器和中间轴低速离合器连接有位于司钻房内的合闸旋钮，其特征在于，该气控故障诊断系统包括有数据采集单元、数据处理及诊断单元和数据显示单元，所述的数据采集单元包括有安装在气路上的七个压力传感器，在所述司钻房进气管路上气源过滤器的进气前端和出气后端分别设有第一压力传感器和第二压力传感器，在所述的集气器上设有第三压力传感器，在滚筒轴高速离合器的进气管路上设有第四压力传感器，滚筒轴低速离合器的进气管路上设有第五压力传感器，在中间轴高速离合器的进气管路上设有第六压力传感器，在中间轴低速离合器的进气管路上设有第七压力传感器，七个压力传感器采集的数据输入至所述的数据处理及诊断单元，所述合闸旋钮下端的触点连接输入至所述的数据处理及诊断单元；所述的数据处理及诊断单元中设有可编程控制器，该可编程控制器内对采集到的数据进行逻辑分析，对操作系统设备的状态及故障位置做出判断，并将判断结果输出至所述的数据显示单元中；所述的数据显示单元中预存有分别编号的故障原因数据，该数据显示单元根据输入信号对应地选择故障原因数据以显示给操作者。

在本发明的钻机司钻房的气控故障诊断系统中，所述的司钻房进气管路上连接有手动转阀，该手动转阀连接并控制所述的二位三通气控阀。

在本发明的钻机司钻房的气控故障诊断系统中，所述可编程控制器中的逻辑分析过程为：

第一步，离合器合闸已经操作完成，检测离合器终端的气压值是否小于预设值，若大于等于预设值则表示运行正常，继续检测，若小于预设值则触摸屏报警并自动刹车；

    第二步，判断第一压力传感器检测出来的司钻房进气压值是否大于等于设定值，若是则表示司钻房进气正常，否则表示小于设定值则在触摸屏输出故障原因为：司钻房进气压力过低，请检查空压机；

第三步，判断第二压力传感器检测出来的气源过滤器后压力值是否大于等于预设值，若是则表示气源过滤器正常，否则表示小于设定值，则在触摸屏输出故障原因为：司钻房进气管道上的气源过滤器阻塞，请检查气源过滤器；

第四步，判断第三压力传感器检测出来的集气器压力值是否大于等于设定值，若是则表示集气器压力正常，否则表示小于设定值，则在触摸屏输出故障原因为：二位三通气控阀故障，手动转阀不通，请检查手动转阀；

第五步，判断三位五通电控阀的控制电压是否大于等于22V，若否则在触摸屏输出故障原因为：电磁阀组供电不足，请检查电磁阀控制电压,电压低于22V将无法保证电磁阀能正确动作。

第六步，判断第四压力传感器、第五压力传感器、第六压力传感器和第七压力传感器检测到的三位五通电控阀的输出气压值是否小于等于设定值，若是则在触摸屏输出故障原因为：滚筒轴高速离合器、滚筒轴低速离合器、中间轴高速离合器和中间轴低速离合器无输出，请从以下方面检查：1.电磁阀线圈烧毁，更换电磁阀线圈；2.电磁阀的阀芯无动作，修理或更换阀体；如果输出气压值大于设定值则在触摸屏输出故障原因为：电磁阀输出气压正常，请检查司钻房管路是否阻塞或插错；继动阀阀芯无动作，修理或更换阀体。

基于上述技术方案，本发明专利的司钻房气动控制的故障诊断系统在实践应用中取得了如下技术效果：

本发明的气控故障诊断系统能及时检测和显示司钻房气路控制的工作状态，能在故障发生时，及时判断并汇报故障的类型及故障点，可以降低操作及维护人员的专业知识和经验，使得操作和维护人员根据故障处理方法能及时高效地解决故障，迅速恢复生产。

附图说明

图1为本发明钻机司钻房的气控故障诊断系统的连接原理示意图。

图2为本发明钻机司钻房的气控故障诊断系统的整体结构示意图。

图3为本发明钻机司钻房的气控故障诊断系统的逻辑处理流程示意图。

具体实施方式

下面我们结合附图和具体的实施例来对本发明的气路控制故障诊断系统做进一步的详细阐述，以求更为清楚明了地理解其结构组成和工作方式，但不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明主要解决的问题在于：司钻控制房气路控制如果出现故障，操作和维护人员必须停机，对整个气控系统进行逐点分析，查找故障点，解决故障。这就要求操作和维护人员非常熟悉此系统的结构状态和工作原理，并且要有很丰富的现场经验。为此我们发明了本套故障诊断系统，以便于能在故障出现后及时报告出故障的类型及故障点，可以降低操作及维护人员的专业知识和经验。从而使得在司钻房故障出现后，因为起初不了解故障的类型及故障方位，需要逐点检查，这就要耽误很长的停机时间，影响生产进度和效率。

如图1所示，作为本发明创造的基础，在现有技术的钻机司钻房设有集气器1，该集气器1上连接有司钻房进气管路、滚筒轴离合器管路和中间轴离合器管路，在司钻房进气管路上设有气源过滤器2和二位三通气控阀3，后面简称气控阀，在滚筒轴离合器管路上设有三位五通电控阀5以分别输出两路气至滚筒轴高速离合器和滚筒轴低速离合器，在中间轴离合器管路上设有三位五通电控阀6以分别输出两路气至中间轴高速离合器和中间轴低速离合器。这里的三位五通电控阀为电磁控制阀，本文中也简称电磁阀。所述的司钻房进气管路上连接有手动转阀4，该手动转阀4连接并控制所述的二位三通气控阀3。滚筒轴高速离合器、滚筒轴低速离合器、中间轴高速离合器和中间轴低速离合器连接有位于司钻房内的合闸旋钮，该合闸旋钮作为电磁阀的通断电开关。

如图2所示，本发明涉及到一种钻机司钻房的气控故障诊断系统，是在现有技术基础上改进而得到的。该气控故障诊断系统主要包括有数据采集单元A、数据处理及诊断单元B和数据显示单元C三个部分。

数据采集单元A的作用在于：监测电磁阀的电路系统，在需要气路控制的气控阀、电控阀的输入端和输出端安装气体压力传感器，气体压力传感器输出合适的电信号，向后续单元传送，后续单元即为数据处理及诊断单元。

数据处理及诊断单元B的作用在于：把数据采集单元A提供的电信号输送入西门子模拟量输入模块，这里的西门子模拟量输入模块作为数据处理及诊断单元的输入接口，将外面输入的模拟量信号转化为可编程控制器能够识别和处理的信号，在可编程控制器中对所采集到的数据进行逻辑分析，对设备的状态及故障部位作出判断，为故障诊断提供有效的数据。

数据显示单元C的作用在于:在HMI触摸屏中建立与用户的交互使用画面，在HMI的故障诊断页面进行显示和报警，方便用户查找故障，并告知故障处理方法。

上述的数据采集单元A包括有安装在气路上的七个压力传感器，在所述司钻房进气管路上气源过滤器1的进气前端和出气后端分别设有第一压力传感器7和第二压力传感器8，在所述的集气器1上设有第三压力传感器9，在滚筒轴高速离合器的进气管路上设有第四压力传感器10，滚筒轴低速离合器的进气管路上设有第五压力传感器11，在中间轴高速离合器的进气管路上设有第六压力传感器12，在中间轴低速离合器的进气管路上设有第七压力传感器13，七个压力传感器采集的数据输入至所述的数据处理及诊断单元B。所述的数据处理及诊断单元B包括有可编程控制器，该可编程控制器内对采集到的数据进行逻辑分析，对操作系统设备的状态及故障位置做出判断，并将判断结果输出至所述的数据显示单元C中。在所述的数据显示单元C中预存有分别编号的故障原因数据，该数据显示单元C根据输入信号对应地选择故障原因数据以显示给操作者。滚筒轴高速离合器、滚筒轴低速离合器、中间轴高速离合器和中间轴低速离合器连接位于司钻房内的合闸旋钮，检测电磁阀的电压是通过离合器的合闸旋钮来实现的，将合闸旋钮下端触点的电压输入至数据处理及诊断单元中，由其中的可编程控制器通过高低电位来比较判断电压是否偏低。

在本发明一种钻机司钻房的气控故障诊断系统中，如图3所示，所述可编程控制器中的逻辑分析过程为：

第一步，在司钻房中离合器合闸已经操作完成，检测离合器终端的气压值是否小于预设值，若大于等于预设值则表示运行正常，继续检测，若小于预设值则触摸屏报警并自动刹车。这里的离合器包括有滚筒轴高速离合器、滚筒轴低速离合器、中间轴高速离合器和中间轴低速离合器，其中的任何一个离合器动作合闸都能够触发后续动作。

    第二步，判断第一压力传感器7检测出来的司钻房进气压值是否大于等于设定值，若是Y则表示司钻房进气正常，若否N则表示小于设定值则在触摸屏输出故障原因为：司钻房进气压力过低，请检查空压机。

第三步，判断第二压力传感器8检测出来的气源过滤器2后压力值是否大于等于预设值，若是Y则表示气源过滤器2正常，若否N则表示小于设定值，则在触摸屏输出故障原因为：司钻房进气管道上的气源过滤器2阻塞，请检查气源过滤器2 。

第四步，判断第三压力传感器9检测出来的集气器1压力值是否大于等于设定值，若是Y则表示集气器1压力正常，若否N则表示小于设定值，则在触摸屏输出故障原因为：二位三通气控阀3故障，手动转阀4不通，请检查手动转阀4。

第五步，判断三位五通电控阀5和三位五通电控阀6的控制电压是否大于等于22V，若否N则在触摸屏输出故障原因为：电磁阀组供电不足，请检查电磁阀控制电压；

第六步，判断第四压力传感器10、第五压力传感器11、第六压力传感器12和第七压力传感器13检测到的三位五通电控阀5和三位五通电控阀6的输出气压值是否小于等于设定值，若是Y则在触摸屏输出故障原因为：某某离合器无输出，请从以下方面检查：1.电磁阀线圈烧毁，更换电磁阀线圈；2.阀芯无动作，修理或更换阀体；若检测值大于设定值则在触摸屏输出故障原因为：电磁阀输出气压正常，请检查司钻房管路是否阻塞或插错；继动阀阀芯无动作，修理或更换阀体。上述的某某离合器是指滚筒轴高速离合器、滚筒轴低速离合器、中间轴高速离合器和中间轴低速离合器，针对性地，第四压力传感器10、第五压力传感器11、第六压力传感器12和第七压力传感器13分别对应四个离合器。上述的继动阀是安装在绞车上的执行阀件，是通过司钻房离合器输出气管来控制继动阀的控制口，使大流量的压缩气体直接进入离合器本体。

所述的数据处理及诊断单元包括有西门子模拟量输入模块和西门子可编程控制器，该西门子模拟量输入模块和西门子可编程控制器与司钻房控制系统共用，数据显示单元则是司钻房中共用的人机交互触屏。这样通过采用现有的设备进行改进操作，增进功能的同时能够降低系统成本，并且能够减少不必要的空间浪费。

毫无疑问，本发明的司钻房气动控制的故障诊断系统除了以上实施案例以外，还包括其他结构设计和连接设置。总而言之，本发明专利的司钻房气动控制的故障诊断系统要求保护的内容还包括其他对于本领域技术人员来说显而易见的变换和替代。

Claims (4)

1.一种钻机司钻房的气控故障诊断系统，在钻机司钻房设有集气器，该集气器上连接有司钻房进气管路、滚筒轴离合器管路和中间轴离合器管路，在司钻房进气管路上设有气源过滤器和二位三通气控阀，在滚筒轴离合器管路上设有三位五通电控阀以分别输出两路气至滚筒轴高速离合器和滚筒轴低速离合器，在中间轴离合器管路上设有三位五通电控阀以分别输出两路气至中间轴高速离合器和中间轴低速离合器，滚筒轴高速离合器、滚筒轴低速离合器、中间轴高速离合器和中间轴低速离合器连接有位于司钻房内的合闸旋钮，其特征在于，该气控故障诊断系统包括有数据采集单元、数据处理及诊断单元和数据显示单元，所述的数据采集单元包括有安装在气路上的七个压力传感器，在所述司钻房进气管路上气源过滤器的进气前端和出气后端分别设有第一压力传感器和第二压力传感器，在所述的集气器上设有第三压力传感器，在滚筒轴高速离合器的进气管路上设有第四压力传感器，滚筒轴低速离合器的进气管路上设有第五压力传感器，在中间轴高速离合器的进气管路上设有第六压力传感器，在中间轴低速离合器的进气管路上设有第七压力传感器，七个压力传感器采集的数据输入至所述的数据处理及诊断单元，所述合闸旋钮下端的触点连接输入至所述的数据处理及诊断单元；所述的数据处理及诊断单元中包括有可编程控制器，该可编程控制器内对采集到的数据进行逻辑分析，对操作系统设备的状态及故障位置做出判断，并将判断结果输出至所述的数据显示单元中；所述的数据显示单元中预存有分别编号的故障原因数据，该数据显示单元根据输入信号对应地选择故障原因数据以显示给操作者。

2.根据权利要求1所述的一种钻机司钻房的气控故障诊断系统，其特征在于，所述的司钻房进气管路上连接有手动转阀，该手动转阀连接并控制所述的二位三通气控阀。

3. 根据权利要求2所述的一种钻机司钻房的气控故障诊断系统，其特征在于，所述可编程控制器中的逻辑分析过程为：

第一步，离合器合闸已经操作完成，检测离合器终端的气压值是否小于预设值，若大于等于预设值则表示运行正常，继续检测，若小于预设值则触摸屏报警并自动刹车；

    第二步，判断第一压力传感器检测出来的司钻房进气压值是否大于等于设定值，若是则表示司钻房进气正常，否则表示小于设定值则在触摸屏输出故障原因为：司钻房进气压力过低，请检查空压机；

第三步，判断第二压力传感器检测出来的气源过滤器后压力值是否大于等于预设值，若是则表示气源过滤器正常，否则表示小于设定值，则在触摸屏输出故障原因为：司钻房进气管道上的气源过滤器阻塞，请检查气源过滤器；

第四步，判断第三压力传感器检测出来的集气器压力值是否大于等于设定值，若是则表示集气器压力正常，否则表示小于设定值，则在触摸屏输出故障原因为：二位三通气控阀故障，手动转阀不通，请检查手动转阀；

第五步，判断三位五通电控阀的控制电压是否大于等于22V，否则在触摸屏输出故障原因为：电磁阀组供电不足，请检查电磁阀控制电压；

第六步，判断第四压力传感器、第五压力传感器、第六压力传感器和第七压力传感器检测到的三位五通电控阀的输出气压值是否小于等于设定值，若是则在触摸屏输出故障原因为：滚筒轴高速离合器、滚筒轴低速离合器、中间轴高速离合器和中间轴低速离合器无输出，请从以下方面检查：1.电磁阀线圈烧毁，更换电磁阀线圈；2.电磁阀的阀芯无动作，修理或更换阀体；否则在触摸屏输出故障原因为：电磁阀输出气压正常，请检查司钻房管路是否阻塞或插错；继动阀阀芯无动作，修理或更换阀体。

4. 根据权利要求2所述的一种钻机司钻房的气控故障诊断系统，其特征在于，所述的数据处理及诊断单元包括有西门子模拟量输入模块和西门子可编程控制器，该西门子模拟量输入模块和西门子可编程控制器与司钻房控制系统共用，数据显示单元则是司钻房中共用的人机交互触摸屏。