CN105676746A - 一种作业智能化网电变频拖挂修井机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种作业智能化网电变频拖挂修井机。其电气控制柜中的CPU控制器实现修井机绞车系统、转盘系统、液压站、空压机、液压大钳智能化控制。本发明的技术方案包括底座，底座上设置有转盘、液压大钳和司钻房，后端设置有转盘电机，井架设置于车架顶部，司钻房内设置有操作台和触摸屏，车架上设置有电阻箱、液压站、水冷风扇、电气控制柜、水冷控制柜、空压机、变频器、绞车电机、减速箱、盘刹和滚筒，电阻箱、液压站从左到右依次设置于车架前端，电气控制柜与水冷控制柜和变频器连,？空压机与水冷控制柜连；水冷控制柜与水冷风扇连，绞车电机与减速箱连，减速箱与滚筒连，滚筒与盘刹连，液压大钳与液压站连，通过一定的控制方法控制。

Description

一种作业智能化网电变频拖挂修井机及其控制方法

技术领域

本发明属于石油修井技术领域，具体涉及一种作业智能化网电变频拖挂修井机及其控制方法。

背景技术

电力驱动修井机已逐渐取代柴油机修井机，成为修井机新的发展方向，常规电驱动修井机在进行游车上提下放的过程中都需要操作挂合离合，上提时，需要挂合链条离合，再增加速度，完成快速起升游车，下放的时候需要脱开链条离合，使游车自由下放，需要刹车系统控制游车下放速度，操作复杂，不能快速实现上提游车和下放游车的切换，由于频繁使用刹车系统，刹车系统磨损频繁；下放过程中，速度控制依靠刹车系统来控制，对刹车系统的要求很高，一旦刹车系统出现故障，整个系统将不能进行工作；上提过程中需要使用离合挂合装置，长期挂合和脱开也需要定期进行维护才能确保其可靠性。转盘驱动与绞车驱动采用同一个电机驱动，速度选择比较有限。液压大钳多采用手动操作，需要操作者就近进行操作，操作环境恶劣。

发明内容

本发明的目的是提供一种作业智能化网电变频拖挂修井机及其控制方法，其电气控制柜中的CPU控制器实现修井机绞车系统、转盘系统、液压站、空压机、液压大钳智能化控制。

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种作业智能化网电变频拖挂修井机，包括井架、司钻房、底座和车架，所述的底座上设置有转盘、液压大钳和司钻房，底座后端设置有转盘电机，所述的井架设置于车架的顶部通过连接件连接，司钻房内设置有操作台和触摸屏，其特征在于：所述的车架上设置有电阻箱、液压站、水冷风扇、电气控制柜、水冷控制柜、空压机、变频器、绞车电机、减速箱、盘刹和滚筒，电阻箱、液压站从左到右依次设置于车架的前端，电气控制柜与水冷控制柜和变频器连接,空压机与水冷控制柜连接；水冷控制柜与水冷风扇连接，绞车电机与减速箱连接，减速箱与滚筒连接，滚筒与盘刹连接，液压大钳与液压站连接；

所述的底座上还设置有惯刹和万向连接轴。

所述的绞车电机、减速箱、滚筒和盘刹组成修井机的绞车系统；

转盘、转盘电机、惯刹和万向连接轴组成修井机的转盘系统；转盘电机与万向连接轴连接，万向连接轴与转盘连接，惯刹与万向连接轴连接；变频器分为绞车和转盘驱动单元，分别驱动绞车电机和转盘电机，实现绞车系统和转盘系统独立驱动。

所述的水冷风扇和水冷控制柜组成修井机的水冷却系统，控制电气控制柜和变频器的工作温度。

所述的电气控制柜内的CPU控制器为系统的控制核心，型号为CPU1513-1PN。

所述的一种作业智能化网电变频拖挂修井机的控制方法为：

电气控制系统上电后，CPU控制器进行系统初始化，操作者通过触摸屏设置系统参数，标定各个信号采集器的初始数据，观察CPU控制器与触摸屏、变频器之间的通讯信号，确定通讯正常，操作者在面板或者触摸屏发出一键启动命令，CPU控制器根据预先设定的流程，进行自动启动，接收到启动命令，满足启动条件，启动空压机，不满足启动条件，系统报警，触摸屏显示报警信息，按照报警信息提示，故障处理后，可再次操作一键启动，进行重新启动，也可在触摸屏单独启动空压机；空压机启动之后，CPU控制器判断是否是一键启动，是一键启动，判断液压站是否满足启动条件，满足启动条件，系统自动启动液压站，不满足启动条件，系统报警，触摸屏显示报警信息，故障处理后，可再次操作一键启动，也可在触摸屏单独启动液压站；液压站启动之后，CPU控制器判断是否是一键启动，是一键启动，判断水冷启动是否满足启动条件，满足启动条件，系统自动启动水冷系统，不满足启动条件，系统报警，触摸屏显示报警信息，故障处理后，可再次操作一键启动，也可在触摸屏单独启动水冷系统；水冷系统启动之后，CPU控制器判断是否是一键启动，是一键启动，判断绞车是否满足启动条件，满足启动条件，系统自动启动绞车，不满足启动条件，系统报警，故障处理后，可再次操作一键启动，触摸屏显示报警信息，也可在触摸屏单独启动绞车；绞车启动之后，CPU控制器判断是否是一键启动，是一键启动，判断转盘是否满足启动条件，满足启动条件，系统自动转盘，不满足启动条件，系统报警，故障处理后，可再次操作一键启动，触摸屏显示报警信息，也可在触摸屏单独启动转盘；绞车和转盘启动之后，处于悬停状态；CPU控制器根据工况判断是否绞车电机正转，是则盘刹自动打开，绞车电机正转，游车上提，也可操作绞车给定手柄控制绞车电机正转；CPU控制器根据工况判断是否绞车电机反转，是则盘刹自动打开，绞车电机反转，游车下放，也可操作绞车给定手柄控制绞车电机反转；CPU控制器根据工况判断是否转盘电机正转，是则惯刹自动打开，转盘电机正转，也可操作转盘给定手轮控制转盘电机正转；CPU控制器根据工况判断是否转盘电机反转，是则惯刹自动打开，转盘电机反转，也可操作转盘给定手轮控制转盘电机反转；CPU控制器根据工况判断是否液压大钳作业，是否满足作业条件，是则液压大钳开始作业，完成作业，回到初始位置，不满足作业条件，触摸屏显示报警信息，故障处理后，可再次操作一键启动，也可在操作台操作液压大钳作业；CPU控制器检测是否有设备停止/刹车，是则停止对应设备停止/刹车；是否停机，是则停机。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1、本发明采用减速箱实现绞车电机和滚筒连接，无需离合挂合，操作绞车速度给定手柄就可以绞车正转和反转，从而实现游车上提和下放；变频器可实现绞车和转盘悬停，减少盘刹磨损；绞车与盘刹实现关联控制；绞车出现故障，盘刹自动刹车；转盘与惯刹实现关联控制，转盘出现故障，惯刹自动刹车，更加安全可靠；

2、本发明绞车、转盘有独立的驱动控制，控制更加灵活；

3、本发明将控制系统所有相关信号均采集到触摸屏进行显示，方便操作者第一时间了解系统工作状态，能够更好的处理修井作业中的问题，提高修井作业的安全系数；

4、本发明采用Profinet通讯方式，组网方便，通讯快捷，工程师可在后台监视工控机实时观察现场工作状况；

5、本发明绞车系统、转盘系统、液压站、空压机、液压大钳智能化控制，可连续重复性作业，降低操作者劳动强度，提高作业设备的安全性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为修井机智能化控制流程图；

图4为修井机电气控制系统电路图一；

图5为修井机电气控制系统电路图二；

图4为本发明变频器供电电路图；

图5为本发明设备供电电路图；

图6为本发明Profinet网络结构图；

图7为本发明CPU电路图。

附图标记说明：1—井架，2—车架，3—电阻箱，4—液压站，5-水冷风扇,6—控制柜，7—水冷控制柜，8—空压机，9—变频器，10—绞车电机，11—减速箱，12—滚筒，13—转盘，14—井口工具,15-司钻房,16-底座,17-转盘电机、18-惯刹、19-万向连接轴、20-盘刹。

具体实施方式

下面结合附图对本设计做详细描述：

参见图1—图2：一种作业智能化网电变频拖挂修井机，包括井架1、司钻房15、底座16和车架2，所述的底座16上设置有转盘13、液压大钳14和司钻房15，底座16后端设置有转盘电机17，所述的井架1设置于车架2的顶部通过连接件连接，司钻房15内设置有操作台和触摸屏，其特征在于：所述的车架2上设置有电阻箱3、液压站4、水冷风扇5、电气控制柜6、水冷控制柜7、空压机8、变频器9、绞车电机10、减速箱11、盘刹20和滚筒12，电阻箱3、液压站4从左到右依次设置于车架2的前端，电气控制柜6与水冷控制柜7和变频器9连接,空压机8与水冷控制柜7连接；水冷控制柜7与水冷风扇5连接，绞车电机10与减速箱11连接，减速箱11与滚筒12连接，滚筒12与盘刹20连接，液压大钳4与液压站4连接；

所述的底座16上还设置有惯刹18和万向连接轴19。

所述的绞车电机10、减速箱11、滚筒12和盘刹19组成修井机的绞车系统；

转盘13、转盘电机17、惯刹18和万向连接轴19组成修井机的转盘系统；转盘电机17与万向连接轴19连接，万向连接轴19与转盘13连接，惯刹18与万向连接轴19连接；变频器9分为绞车和转盘驱动单元，分别驱动绞车电机10和转盘电机17，实现绞车系统和转盘系统独立驱动。

所述的水冷风扇5和水冷控制柜7组成修井机的水冷却系统，控制电气控制柜6和变频器9的工作温度。

所述的电气控制柜6内的CPU控制器为系统的控制核心，型号为CPU1513-1PN。

参见图3:电气控制系统上电后，CPU控制器进行系统初始化，操作者通过触摸屏设置系统参数，标定各个信号采集器的初始数据，观察CPU控制器与触摸屏、变频器之间的通讯信号，确定通讯正常。如图3所示，操作者在面板或者触摸屏发出一键启动命令，CPU控制器根据预先设定的流程，进行自动启动。接收到启动命令，满足启动条件，启动空压机，不满足启动条件，系统报警，触摸屏显示报警信息，按照报警信息提示，故障处理后，可再次操作一键启动，进行重新启动，也可在触摸屏单独启动空压机；空压机启动之后，CPU控制器判断是否是一键启动，是一键启动，判断液压站是否满足启动条件，满足启动条件，系统自动启动液压站，不满足启动条件，系统报警，触摸屏显示报警信息，故障处理后，可再次操作一键启动，也可在触摸屏单独启动液压站；液压站启动之后，CPU控制器判断是否是一键启动，是一键启动，判断水冷启动是否满足启动条件，满足启动条件，系统自动启动水冷系统，不满足启动条件，系统报警，触摸屏显示报警信息，故障处理后，可再次操作一键启动，也可在触摸屏单独启动水冷系统；水冷系统启动之后，CPU控制器判断是否是一键启动，是一键启动，判断绞车是否满足启动条件，满足启动条件，系统自动启动绞车，不满足启动条件，系统报警，故障处理后，可再次操作一键启动，触摸屏显示报警信息，也可在触摸屏单独启动绞车；绞车启动之后，CPU控制器判断是否是一键启动，是一键启动，判断转盘是否满足启动条件，满足启动条件，系统自动转盘，不满足启动条件，系统报警，故障处理后，可再次操作一键启动，触摸屏显示报警信息，也可在触摸屏单独启动转盘；绞车和转盘启动之后，处于悬停状态；CPU控制器根据工况判断是否绞车电机正转，是则盘刹自动打开，绞车电机正转，游车上提，也可操作绞车给定手柄控制绞车电机正转；CPU控制器根据工况判断是否绞车电机反转，是则盘刹自动打开，绞车电机反转，游车下放，也可操作绞车给定手柄控制绞车电机反转；CPU控制器根据工况判断是否转盘电机正转，是则惯刹自动打开，转盘电机正转，也可操作转盘给定手轮控制转盘电机正转；CPU控制器根据工况判断是否转盘电机反转，是则惯刹自动打开，转盘电机反转，也可操作转盘给定手轮控制转盘电机反转；CPU控制器根据工况判断是否液压大钳作业，是否满足作业条件，是则液压大钳开始作业，完成作业，回到初始位置，不满足作业条件，触摸屏显示报警信息，故障处理后，可再次操作一键启动，也可在操作台操作液压大钳作业；CPU控制器检测是否有设备停止/刹车，是则停止对应设备停止/刹车；是否停机，是则停机。

参见图4：外部600VAC电源通过断路器接入变频器的熔断保险前端,熔断保险与整流单元连接,变频器整流单元将600V交流电转换为直流电,绞车逆变单元和转盘逆变单元连接到直流母线,并将直流电转变为交流电用于驱动绞车变频电机和转盘变频电机,能耗制动单元连接到直流母线,能耗制动单元连接能耗制动电阻,消耗直流母线过多的能量,避免直流母线电压过高而损坏设备。

参见图5：外部400VAC电源通过断路器进入系统，通过接触器KM01-KM06为绞车风机、转盘风机、液压站、空压机、水冷循环泵、水冷风扇提供电源，通过P01为为系统提供控制电源，FR01-FR06为绞车风机、转盘风机、液压站、空压机、水冷循环泵、水冷风扇的热保护器。

参见图6：变频器转盘逆变单元通讯板、变频器绞车逆变单元通讯板、CPU控制器、滚筒编码器、触摸屏、后台监视工控机采用Profinet通讯方式组成通讯回路，组网方便，通讯快捷；后台监视工控机实时记录和存储现场数据和设备运行状况，方便工程师进行数据分析和了解设备运行状况。

参见图7：CPU控制器为控制系统控制核心，与CPU控制器连接在一起的数字输入模块和模拟输入模块采集启动命令和运行状态反馈，通过数字输出模块和模拟输出模块将控制信号送出到接触器线圈和电磁阀，驱动设备运行。将设备运行和运行状态反馈的关联关系写入CPU控制器，实现设备控制和设备运行监视的闭环可靠控制。

Claims (5)

1.一种作业智能化网电变频拖挂修井机，包括井架（1）、司钻房（15）、底座（16）和车架（2），所述的底座（16）上设置有转盘（13）、液压大钳（14）和司钻房（15），底座（16）后端设置有转盘电机（17），所述的井架（1）设置于车架（2）的顶部通过连接件连接，司钻房（15）内设置有操作台和触摸屏，其特征在于：所述的车架（2）上设置有电阻箱（3）、液压站（4）、水冷风扇（5）、电气控制柜（6）、水冷控制柜（7）、空压机（8）、变频器（9）、绞车电机（10）、减速箱（11）、盘刹（20）和滚筒（12），电阻箱（3）、液压站（4）从左到右依次设置于车架（2）的前端，电气控制柜（6）与水冷控制柜（7）和变频器(9)连接,空压机（8）与水冷控制柜（7）连接；水冷控制柜（7）与水冷风扇（5）连接，绞车电机（10）与减速箱（11）连接，减速箱（11）与滚筒（12）连接，滚筒（12）与盘刹（20）连接，液压大钳4与液压站（4）连接；

所述的底座（16）上还设置有惯刹（18）和万向连接轴（19）。

2.根据权利要求1所述的一种作业智能化网电变频拖挂修井机，其特征在于：所述的绞车电机（10）、减速箱（11）、滚筒（12）和盘刹（19）组成修井机的绞车系统；

转盘（13）、转盘电机（17）、惯刹（18）和万向连接轴（19）组成修井机的转盘系统；转盘电机（17）与万向连接轴（19）连接，万向连接轴（19）与转盘（13）连接，惯刹（18）与万向连接轴（19）连接；变频器（9）分为绞车和转盘驱动单元，分别驱动绞车电机（10）和转盘电机（17），实现绞车系统和转盘系统独立驱动。

3.根据权利要求1或2所述的一种作业智能化网电变频拖挂修井机，其特征在于：所述的水冷风扇（5）和水冷控制柜（7）组成修井机的水冷却系统，控制电气控制柜（6）和变频器（9）的工作温度。

4.根据权利要求3所述的一种作业智能化网电变频拖挂修井机，其特征在于：所述的电气控制柜（6）内的CPU控制器为系统的控制核心，型号为CPU1513-1PN。

5.根据权利要求1所述的一种作业智能化网电变频拖挂修井机的控制方法，其特征在于：所述的控制方法为：

电气控制系统上电后，CPU控制器进行系统初始化，操作者通过触摸屏设置系统参数，标定各个信号采集器的初始数据，观察CPU控制器与触摸屏、变频器之间的通讯信号，确定通讯正常，操作者在面板或者触摸屏发出一键启动命令，CPU控制器根据预先设定的流程，进行自动启动，接收到启动命令，满足启动条件，启动空压机，不满足启动条件，系统报警，触摸屏显示报警信息，按照报警信息提示，故障处理后，可再次操作一键启动，进行重新启动，也可在触摸屏单独启动空压机；空压机启动之后，CPU控制器判断是否是一键启动，是一键启动，判断液压站是否满足启动条件，满足启动条件，系统自动启动液压站，不满足启动条件，系统报警，触摸屏显示报警信息，故障处理后，可再次操作一键启动，也可在触摸屏单独启动液压站；液压站启动之后，CPU控制器判断是否是一键启动，是一键启动，判断水冷启动是否满足启动条件，满足启动条件，系统自动启动水冷系统，不满足启动条件，系统报警，触摸屏显示报警信息，故障处理后，可再次操作一键启动，也可在触摸屏单独启动水冷系统；水冷系统启动之后，CPU控制器判断是否是一键启动，是一键启动，判断绞车是否满足启动条件，满足启动条件，系统自动启动绞车，不满足启动条件，系统报警，故障处理后，可再次操作一键启动，触摸屏显示报警信息，也可在触摸屏单独启动绞车；绞车启动之后，CPU控制器判断是否是一键启动，是一键启动，判断转盘是否满足启动条件，满足启动条件，系统自动转盘，不满足启动条件，系统报警，故障处理后，可再次操作一键启动，触摸屏显示报警信息，也可在触摸屏单独启动转盘；绞车和转盘启动之后，处于悬停状态；CPU控制器根据工况判断是否绞车电机正转，是则盘刹自动打开，绞车电机正转，游车上提，也可操作绞车给定手柄控制绞车电机正转；CPU控制器根据工况判断是否绞车电机反转，是则盘刹自动打开，绞车电机反转，游车下放，也可操作绞车给定手柄控制绞车电机反转；CPU控制器根据工况判断是否转盘电机正转，是则惯刹自动打开，转盘电机正转，也可操作转盘给定手轮控制转盘电机正转；CPU控制器根据工况判断是否转盘电机反转，是则惯刹自动打开，转盘电机反转，也可操作转盘给定手轮控制转盘电机反转；CPU控制器根据工况判断是否液压大钳作业，是否满足作业条件，是则液压大钳开始作业，完成作业，回到初始位置，不满足作业条件，触摸屏显示报警信息，故障处理后，可再次操作一键启动，也可在操作台操作液压大钳作业；CPU控制器检测是否有设备停止/刹车，是则停止对应设备停止/刹车；是否停机，是则停机。