CN112065304A - 一种液压排管架控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压排管架控制装置，包括排管架控制台、阀组接线箱。排管架控制台与远程控制站连接，可由远程控制站控制；排管架控制台与供电单元连接，由供电单元向系统提供电源；排管架控制台还与阀组接线箱连接，阀组接线箱与左边排管架阀组和右边排管架阀组连接，通过排管架控制台统一控制阀组的动作。本发明的控制装置最大可扩展十组液压排管架的配套，并且支持排管架左右方位任意调换，灵活性高；控制装置对外接口统一，可满足不同动力猫道生产厂商的配置要求。

Description

一种液压排管架控制装置

技术领域

本发明属于自动化控制技术领域，涉及一种液压排管架控制装置。

背景技术

随着石油钻机管柱自动化设备的投入使用，液压排管架因具有存放、输送、回收管柱的功能而被广泛使用，其机械结构如图1所示，主要由底座、导管架、顶升油缸等组成，通过控制排管架两端油缸的升降使其造斜，进而实现管柱的移运。液压排管架与动力猫道通常配合使用，将液压排管架的控制集成在动力猫道控制系统是一种惯用做法。实际中由于不同用户对设备的购买需求不同，液压排管架作为一种选配设备来配置；另外，动力猫道和液压排管架生产厂商不同，造成接口信息不统一，预留液压排管架控制接口的动力猫道因不配排管架，导致设计成本浪费，未留液压排管架控制接口的动力猫道因后期需要加装液压排管架，导致集成困难。

因此，设计一套标准的液压排管架控制装置，实现液压排管架与动力猫道之间可靠集成显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种液压排管架控制装置，解决现有技术对液压排管架集成困难、扩展性差、配置不灵活的问题，同时本套装置配套液压排管架联合使用，可合理节约设计成本。

本发明采用的技术方案是，一种液压排管架控制装置，包括排管架控制台、阀组接线箱、供电单元和远程控制站；

排管架控制台为防爆控制箱，箱体面板安装有电源开关旋钮、上电指示灯、急停按钮、急停指示灯、本地/远程切换开关、本地指示灯、组别选择开关、左右切换开关、操作开关，排管架控制台箱体左侧安装有5个接线箱电连接器，箱体右侧安装有5个集成电连接器；

排管架控制台内还设置有24V直流电源、24V直流电源分别连接有安全继电器、本地/远程切换开关、左右切换开关、组别选择开关和操作开关；

本地/远程切换开关分别连接本地指示灯和模式电器组，左右切换开关连接方位电器组，组别选择开关连接组别继电器组，操作开关还与组别继电器组连接，组别继电器组与方位电器组连接，方位电器组与模式电器组连接，模式电器组还连接急停继电器组，急停继电器组与、阀组接线箱连接；

安全继电器还分别连接急停继电器组和急停指示灯；

远程控制站用于控制模式电器组和安全继电器；

阀组接线箱为防爆接线箱，箱体左侧安装有4个控制台电连接器，箱体右侧安装有相同规格的40个防爆格兰；

供电单元为排管架控制台供电，当电源开关上电之后，24V直流电源就向控制系统提供24V直流电，同时上电指示灯点亮。

本发明的特点还在于，

排管架控制台箱体左侧的接线箱电连接器其中一个作为备用，其余4个与防爆接线箱左侧的4个控制台电连接器通过4根控制电缆连接；

排管架控制台右侧的5个集成电连接器，其中一个与供电单元连接作为供电使用，其余4个规格相同并通过4根控制电缆连接远程控制站；

阀组接线箱右侧40个防爆格兰分别用于连接每一个排管架电磁阀的控制电缆。

左右切换开关通过选择左、右方位，将方位电器组中的继电器接通或断开；组别选择开关通过选择不同开关位置，分别将组别继电器组中对应的继电器接通。

本地/远程切换开关通过选择本地、远程模式将模式电器组中的继电器接通或断开，当模式继电器接通时由远程控制站来控制，当断开时由排管架控制台来控制，本地指示灯用于指示当前是否处于本地模式。

本地急停按钮接入安全继电器的单通道回路，当有危险紧急情况发生时，通过按下本地急停按钮或远程控制站发送急停信号断开安全继电器的常开触点，进而切断急停继电器组所有继电器的输出，急停指示灯用于指示当前是否处于急停状态。

操作开关包括内侧排管架操作旋钮和外侧排管架操作旋钮，操作开关通过接收用户的操作命令，再经过组别继电器组、方位继电器组、模式继电器组、急停继电器组的逻辑选择，最终输出到阀组接线箱。

组别选择开关具有10个常开触点，在不同位置可实现自锁；组别继电器组采用具有个4常开触点的工业继电器；

左右选择开关为两位自锁开关，方位继电器组采用具有4个转换触点的工业继电器。

本地/远程切换开关为两位自锁开关，模式继电器组采用具有2个转换触点的工业继电器；急停继电器组采用具有2个功率触头的常开工业继电器。

本发明的有益效果是，通过为液压排管架配套控制装置，使动力猫道与液压排管架之间的控制耦合度更松，不仅降低了动力猫道的设计成本，而且减少了动力猫道控制系统的故障率；其次，液压排管架控制装置实现了不同厂商动力猫道与液压排管架之间控制的无缝衔接，使液压排管架的配套范围更广；再次，液压排管架控制装置适用性强，能够满足动力猫道左右两边排管架组的任意调配，而不需要更改控制电路；最后，液压排管架控制装置可扩展性强，能够满足动力猫道任一边组别从一到十的配置，提高了配置灵活性。

附图说明

图1是本发明液压排管架机械结构正视图；

图2是本发明一种液压排管架控制装置的模块连接关系框图；

图3是本发明一种液压排管架控制装置的控制台开盖俯视图；

图4是本发明一种液压排管架控制装置的接线箱俯视图；

图5是本发明一种液压排管架控制装置的组别选择原理图；

图6是本发明一种液压排管架控制装置的方位选择原理图；

图7是本发明一种液压排管架控制装置的模式切换原理图；

图8是本发明一种液压排管架控制装置的急停控制原理图；

图9是本发明一种液压排管架控制装置的输出控制原理图；

图10是本发明一种液压排管架控制装置的主要电路接线原理图。

图中，1.排管架控制台，2.阀组接线箱，3.供电单元，4.远程控制站，101.上电指示灯，102.24V直流电源，103.组别选择开关，104.组别继电器组，105.左右选择开关，106.方位继电器组，107.本地/远程切换开关，108.模式继电器组，109.本地指示灯，110.本地急停按钮，111.安全继电器，112.急停继电器组，113.急停指示灯，114.操作开关，1141.内排管架操作开关，1142.外侧排管架操作开关，115.电源开关，116.接线箱电连接器，117.集成电连接器，201.控制台电连接器，202.格兰。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参照图1，是本发明液压排管架机械结构正视图，

参照图2、图3，排管架控制台主体是一个长×宽×高为580(mm)×450(mm)×500(mm)的防爆箱体，该箱体左侧安装有规格相同的5个接线箱电连接器(116)，分别命名为XU01、XU02、XU03、XU04、备用，箱体右侧安装有5个集成电连接器(117)，其中4个规格相同，分别命名为XU06、XU07、XU08、XU09，另一个命名为XU05。XU01、XU02、XU03、XU04分别穿过4根规格为24×0.75(mm²)的控制电缆连接至阀组接线箱的电连接器，XU06、XU07、XU08、XU09分别穿过4根规格为24×0.75(mm²)的控制电缆连接至集成控制站的电连接器，XU05穿过1根规格为7x1.5(mm²)的供电电缆。

本发明一种液压排管架控制装置包含包括排管架控制台1、阀组接线箱2、供电单元3和远程控制站4以及台体内的控制电路。

排管架控制台1为防爆控制箱，箱体面板安装有电源开关旋钮115、上电指示灯101、急停按钮110、急停指示灯113、本地/远程切换开关107、本地指示灯109、组别选择开关103、左右切换开关105、操作开关114，排管架控制台1箱体左侧安装有5个接线箱电连接器116，箱体右侧安装有5个集成电连接器117；

排管架控制台1内还设置有24V直流电源102、24V直流电源102分别连接有安全继电器111、本地/远程切换开关107、左右切换开关105、组别选择开关103和操作开关114；

本地/远程切换开关107分别连接本地指示灯109和模式电器组108，左右切换开关105连接方位电器组106，组别选择开关103连接组别继电器组104，操作开关114还与组别继电器组104连接，组别继电器组104与方位电器组106连接，方位电器组106与模式电器组108连接，模式电器组108还连接急停继电器组112，急停继电器组112与、阀组接线箱2连接；

安全继电器111还分别连接急停继电器组112和急停指示灯113；

远程控制站4用于控制模式电器组108和安全继电器111；

阀组接线箱2为防爆接线箱，箱体左侧安装有4个控制台电连接器201，箱体右侧安装有相同规格的40个防爆格兰202；

供电单元3为排管架控制台1供电，当电源开关115上电之后，24V直流电源102就向控制系统提供24V直流电，同时上电指示灯101点亮。

排管架控制台1箱体左侧的接线箱电连接器116其中一个作为备用，其余4个与防爆接线箱2左侧的4个电连接器201通过4根控制电缆连接；

排管架控制台1右侧的5个集成电连接器117，其中一个与供电单元3连接作为供电使用，其余4个规格相同并通过4根控制电缆连接远程控制站4；

阀组接线箱2右侧40个防爆格兰202分别用于连接每一个排管架电磁阀的控制电缆。

左右切换开关105通过选择左、右方位，将方位电器组106中的继电器接通或断开；组别选择开关103通过选择不同开关位置，分别将组别继电器组104中对应的继电器接通。

本地/远程切换开关107通过选择本地、远程模式将模式电器组108中的继电器接通或断开，当模式继电器接通时由远程控制站4来控制，当断开时由排管架控制台1来控制，本地指示灯109用于指示当前是否处于本地模式。

本地急停按钮110接入安全继电器111的单通道回路，当有危险紧急情况发生时，通过按下本地急停按钮110或远程控制站4发送急停信号断开安全继电器111的常开触点，进而切断急停继电器组112所有继电器的输出，急停指示灯113用于指示当前是否处于急停状态。

操作开关114包括内侧排管架操作旋钮1141和外侧排管架操作旋钮1142，操作开关通过接收用户的操作命令，再经过组别继电器组104、方位继电器组106、模式继电器组108、急停继电器组112的逻辑选择，最终输出到阀组接线箱2。

组别选择开关103具有10个常开触点，在不同位置可实现自锁；组别继电器组104采用具有4个常开触点的工业继电器；

左右选择开关105为两位自锁开关，方位继电器组106采用具有4个转换触点的工业继电器。

本地/远程切换开关107为两位自锁开关，模式继电器组108采用具有2个转换触点的工业继电器；急停继电器组112采用具有2个功率触头的常开工业继电器。

供电单元3通过XU05给排管架控制台供电

参照图4，阀组接线箱主体是一个长×宽×高为350(mm)×420(mm)×185(mm)的防爆箱体，该箱体左侧安装有相同规格的4个电连接器(201)，分别命名为XUJ-L1、XUJ-L2、XUJ-R1、XUJ-R2，箱体右侧安装有相同规格的40个穿线格兰(202)。XUJ-L1、XUJ-L2、XUJ-R1、XUJ-R2分别穿过4根规格为24×0.75(mm²)的控制电缆连接至控制台的XU01、XU02、XU03、XU04，40个格兰分别穿过每一个排管架电磁阀的控制电缆。

为了便于描述元件之间的连接关系，做如下定义，

i∈[1,10]

G(i)＝i+20；

LIU(i)＝4i+27；

RIU(i)＝4i+67；

LID(i)＝4i+28；

RID(i)＝4i+68；

LOU(i)＝4i+29；

ROU(i)＝4i+69；

LOD(i)＝4i+30；

ROD(i)＝4i+70；

j＝{G(i)}；

m＝{{LIU(i)},{RIU(i)},{LID(i)},{RID(i)},{LOU(i)},{ROU(i)},{LOD(i)},{ROD(i)}}；

n＝m+80；

以上关系式中，i表示排管架组别号，取值为1至10的整数；G(i)表示方位继电器组别号；LIU(i)表示左边内侧排管架升组别号；RIU(i)表示右边内侧排管架升组别号；LID(i)表示左边内侧排管架降组别号；RID(i)表示右边内侧排管架降组别号；LOU(i)表示左边外侧排管架升组别号；ROU(i)表示右边外侧排管架升组别号；LOD(i)表示左边外侧排管架降组别号；ROD(i)表示右边外侧排管架降组别号；j为G(i)的集合体，表示所有方位继电器；m为模式继电器组别号，包含LIU(i)、RIU(i)、LID(i)、RID(i)、LOU(i)、ROU(i)、LOD(i)、ROD(i)的所有继电器；n为急停继电器组别号。

参照图5，组别选择开关(103)(代号SA04)具有10极常开触点，在不同位置可实现自锁，SA04(i)表示开关当前处于第i个位置。组别继电器组(104)采用具有4个常开触点的工业继电器，K(i)表示组别继电器组中的第i个继电器，通过组别选择开关(103)的位置切换来选择当前控制的排管架组。

参照图6，左右选择开关(105)(代号SA05)为两位自锁开关，当SA05旋向右侧时控制右侧排管架，否则默认控制左侧排管架。方位继电器组(106)采用具有4个转换触点的工业继电器，K(j)表示方位继电器组中的所有继电器，通过左右选择开关(105)的位置切换来选择当前控制左侧排管架组还是右侧排管架。

参照图7，本地/远程切换开关(107)(代号SA06)为两位自锁开关，当SA06旋向右侧时选择远程控制站来控制，否则为本地控制。模式继电器组(108)采用具有2个转换触点的工业继电器，K(m)表示模式继电器组中的所有继电器，通过本地/远程切换开关(107)的位置切换来选择本地控制还是远程控制。

参照图8，安全继电器(111)(代号EK01)，没有急停时，EK01的所有常开点闭合，当急停触发时，所有常开点断开。急停继电器组(112)采用具有功率触头的2常开工业继电器，K(n)表示急停继电器组中的所有继电器，通过操作急停开关控制安全继电器(111)，进而影响急停继电器组(112)来控制输出。

参照图9，当SA06打向远程时，K(m)的14端子与11端子接通，否则12端子与11端子接通，当急停触发时，K(n)的13端子与14端子断开，否则13端子与14端子接通。

参照图10，整个控制装置的主要电路连接关系描述为，内侧排管架操作旋钮(1141)(代号为SA02)的14、24端子接至24V电源正，SA02的13端子与K(i)继电器的13端子连接，K(i)继电器的14端子与K(G(i))的11端子连接，K(G(i))的12端子与K(LIU(i))继电器的12端子连接，K(G(i))的14端子与K(RIU(i))继电器的12端子连接；SA02的23端子与K(i)继电器的23端子连接，K(i)继电器的24端子与K(G(i))的21端子连接，K(G(i))的22端子与K(LID(i))继电器的12端子连接，K(G(i))的24端子与K(RID(i))继电器的12端子连接。内侧排管架操作旋钮(1142)(代号为SA03)的14、24端子接至24V电源正，SA03的13端子与K(i)继电器的33端子连接，K(i)继电器的34端子与K(G(i))的31端子连接，K(G(i))的32端子与K(LOU(i))继电器的12端子连接，K(G(i))的34端子与K(ROU(i))继电器的12端子连接；SA03的23端子与K(i)继电器的43端子连接，K(i)继电器的44端子与K(G(i))的41端子连接，K(G(i))的42端子与K(LOD(i))继电器的12端子连接，K(G(i))的44端子与K(ROD(i))继电器的12端子连接。

Claims (8)

1.一种液压排管架控制装置，其特征在于：包括排管架控制台(1)、阀组接线箱(2)、供电单元(3)和远程控制站(4)；

所述排管架控制台(1)为防爆控制箱，箱体面板安装有电源开关旋钮(115)、上电指示灯(101)、急停按钮(110)、急停指示灯(113)、本地/远程切换开关(107)、本地指示灯(109)、组别选择开关(103)、左右切换开关(105)、操作开关(114)，所述排管架控制台(1)箱体左侧安装有5个接线箱电连接器(116)，箱体右侧安装有5个集成电连接器(117)；

所述排管架控制台(1)内还设置有24V直流电源(102)、所述24V直流电源(102)分别连接有安全继电器(111)、本地/远程切换开关(107)、左右切换开关(105)、组别选择开关(103)和操作开关(114)；

所述本地/远程切换开关(107)分别连接本地指示灯(109)和模式电器组(108)，所述左右切换开关(105)连接方位电器组(106)，所述组别选择开关(103)连接组别继电器组(104)，所述操作开关(114)还与组别继电器组(104)连接，所述组别继电器组(104)与方位电器组(106)连接，所述方位电器组(106)与模式电器组(108)连接，所述模式电器组(108)还连接急停继电器组(112)，所述急停继电器组(112)与、阀组接线箱(2)连接；

所述安全继电器(111)还分别连接急停继电器组(112)和急停指示灯(113)；

所述远程控制站(4)用于控制模式电器组(108)和安全继电器(111)；

所述阀组接线箱(2)为防爆接线箱，箱体左侧安装有4个控制台电连接器(201)，箱体右侧安装有相同规格的40个防爆格兰(202)；

所述供电单元(3)为排管架控制台(1)供电，当电源开关(115)上电之后，24V直流电源(102)就向控制系统提供24V直流电，同时上电指示灯(101)点亮。

2.根据权利要求1所述的一种液压排管架控制装置，其特征在于：所述排管架控制台(1)箱体左侧的接线箱电连接器(116)其中一个作为备用，其余4个与防爆接线箱(2)左侧的4个控制台电连接器(201)通过4根控制电缆连接；

所述排管架控制台(1)右侧的5个集成电连接器(117)，其中一个与供电单元(3)连接作为供电使用，其余4个规格相同并通过4根控制电缆连接远程控制站(4)；

所述阀组接线箱(2)右侧40个防爆格兰(202)分别用于连接每一个排管架电磁阀的控制电缆。

3.根据权利要求1所述的一种液压排管架控制装置，其特征在于：所述左右切换开关(105)通过选择左、右方位，将方位电器组(106)中的继电器接通或断开；所述组别选择开关(103)通过选择不同开关位置，分别将组别继电器组(104)中对应的继电器接通。

4.根据权利要求1所述的一种液压排管架控制装置，其特征在于：所述本地/远程切换开关(107)通过选择本地、远程模式将模式电器组(108)中的继电器接通或断开，当模式继电器接通时由远程控制站(4)来控制，当断开时由排管架控制台(1)来控制，本地指示灯(109)用于指示当前是否处于本地模式。

5.根据权利要求1所述的一种液压排管架控制装置，其特征在于：所述本地急停按钮(110)接入安全继电器(111)的单通道回路，当有危险紧急情况发生时，通过按下本地急停按钮(110)或远程控制站(4)发送急停信号断开安全继电器(111)的常开触点，进而切断急停继电器组(112)所有继电器的输出，急停指示灯(113)用于指示当前是否处于急停状态。

6.根据权利要求1所述的一种液压排管架控制装置，其特征在于：所述操作开关(114)包括内侧排管架操作旋钮(1141)和外侧排管架操作旋钮(1142)，操作开关通过接收用户的操作命令，再经过组别继电器组(104)、方位继电器组(106)、模式继电器组(108)、急停继电器组(112)的逻辑选择，最终输出到阀组接线箱(2)。

7.根据权利要求5所述的一种液压排管架控制装置，其特征还在于：所述的组别选择开关(103)具有10个常开触点，在不同位置可实现自锁；组别继电器组(104)采用具有4个常开触点的工业继电器；

所述左右选择开关(105)为两位自锁开关，所述方位继电器组(106)采用具有4个转换触点的工业继电器。

8.根据权利要求5所述的一种液压排管架控制装置，其特征还在于：所述的本地/远程切换开关(107)为两位自锁开关，所述模式继电器组(108)采用具有2个转换触点的工业继电器；所述急停继电器组(112)采用具有2个功率触头的常开工业继电器。

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