CN112859730A - 一种修井机电控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种修井机电控系统，包括控制模组、传感模组、通讯模组以及交互显示模组，控制模组包括用于接收各类信号并且进行分析控制的可编程逻辑控制器PLC；传感模组，包括多个用于监测修井机运行状态的传感器，通讯模组用于接收上位工控机命令并将该命令传送给控制模组，交互显示模组设置在修井机的司钻房中，用于显示所述传感模组采集到的修井机的状态参数及数据的读写、参数的调整及故障的诊断；控制模组能够对修井机中的执行模组进行控制。本发明的修井机电控系统大大减轻了司钻的劳动强度，且提高了修井机的自动化水平，实现了对修井机作业现场作业参数的实时监控，可以有效地减少修井机运行过程中的设备及人身事故。

Description

一种修井机电控系统

技术领域

本发明涉及修井机技术领域，尤其是一种修井机电控系统。

背景技术

随着近年油田开发的不断深入，油气开发难度不断加大，使用户对修井机的安全性、稳定性、舒适性和经济性越来越看重，在现有技术中，修井机的作业过程大多数需要工人操作完成，司钻在司钻房中一呆就是几个小时，需要不停地手工操作游动滑车的上提、下放，以及吊卡、卡瓦、液压钳等设备的工作，在工作的过程中，司钻必须精力集中，不能有丝毫分心，否则会造成设备或者人身事故。这种高强度，高风险的作业往往需要配置较多的司钻，而且对司钻的操作水平有较高的要求。

因此，亟需一种安全性高的修井机智能控制系统。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足之处，提供一种修井机电控系统。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种修井机电控系统，包括控制模组、传感模组、通讯模组以及交互显示模组，所述控制模组包括用于接收各类信号并且进行分析控制的可编程逻辑控制器PLC；所述传感模组，包括多个用于监测所述修井机运行状态的传感器，所述传感器将采集到的所述修井机的状态参数反馈给所述控制模组；所述通讯模组，用于接收上位工控机命令并将该命令传送给所述控制模组，且用于接收所述传感器模组信号并将该信号传送给所述控制模组；所述交互显示模组设置在所述修井机的司钻房中，所述交互显示模组用于显示所述传感模组采集到的所述修井机的状态参数并与所述控制模组组成人机交互界面，用于数据的读写、参数的调整及故障的诊断；所述控制模组通过所述通讯模组与所述修井机中的执行模组连接，其中所述执行模组包括所述修井机底盘的发动机、变矩器及离合器，还包括所述修井机液压盘刹，所述执行模组用于执行所述控制模组发出的控制指令，进而调整所述发动机转速，所述变矩器档位、所述离合器开合以及所述液压盘刹的刹车力矩。

作为本发明技术方案的一个可选方案，所述传感模组包括：设置在所述修井机的底盘上的发动机监控系统，所述发动机监控系统用于监控所述发动机的运行状态并将发动机状态通过所述通讯模组反馈给所述控制模组；设置在所述修井机的底盘上的变矩器监控系统，所述变矩器监控系统用于监控所述变矩器的状态并将监测结果通过所述通讯模组给所述控制模组；设置在液压盘刹上的液压盘刹监控系统，所述液压盘刹监控系统用于监控所述液压盘刹的运行状态并将监测结果通过所述通讯模组反馈给所述控制模组；设置在所述修井机的滚筒上的滚筒传感器；所述滚筒传感器通过监测所述滚筒转速进而计算所述修井机游车高度并将该结果通过所述通讯模组反馈给所述控制模组；设置在所述修井机的大钩上的钩载传感器，用于监测所述大钩上的钩载；设置在所述修井机的井架上的风速传感器，用于监测所述井架处的风速。

作为本发明技术方案的一个可选方案，所述控制模组还包括：车辆控制器，所述车辆控制器与所述PLC电连接；扩展模块，所述扩展模块通过设置在所述PLC上的O/I接口设置在所述PLC上；存储模块，所述存储模块与所述PLC电连接，所述存储模块中设置有所述传感模组中各参数的阈值；所述PLC能够将接收到的所述传感模组采集到的所述修井机的状态参数与所述存储模块114中各参数的阈值进行比较，向所述执行模组发出控制指令。

作为本发明技术方案的一个可选方案，还包括警报系统，所述警报系统与所述控制模组电连接，当所述传感模组采集到的所述修井机的状态参数超过所述存储模块中存储阈值时，所述警报系统发出警报。

作为本发明技术方案的一个可选方案，所述液压盘刹监控系统包括第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器，所述第一压力传感器设置在所述液压盘刹的工作钳供油管路上，且所述工作钳供油管路上还设置有比例减压阀，所述第一压力传感器及所述比例减压阀均通过所述通讯模组与所述控制模组连接；所述第二压力传感器设置在所述液压盘刹的安全钳供油管路上，且所述安全钳供油管路上还设置有第一电磁阀，所述第二压力传感器及所述第一电磁阀均通过所述通讯模组与所述控制模组连接；所述第三压力传感器设置在所述液压盘刹的回油管路上，且所述第三压力传感器通过所述通讯模组与所述控制模组连接。

作为本发明技术方案的一个可选方案，还包括模式切换模块，所述模式切换模块与所述控制模组电连接，所述模式切换模块包括自动模式和手动模式，对应所述存储模块中存储有所述自动模式和所述手动模式下对应各所述传感模组中参数的阈值。

作为本发明技术方案的一个可选方案，还包括第一制动模组，所述第一制动模组与所述控制模组电连接，所述第一制动模组能够通过所述控制模组实现对所述执行模组的制动。

作为本发明技术方案的一个可选方案，还包括用户终端，所述用户终端与所述控制模组通过所述通讯模组连接，所述用户终端能够显示所述传感模组采集到的所述修井机的状态参数；所述用户终端上还设置有第二制动模组，所述第二制动模组能够通过所述控制模组实现对所述执行模组的制动。

作为本发明技术方案的一个可选方案，还包括电控手柄，所述电控手柄与所述控制模组电连接，所述控制模组能够根据所述电控手柄的推动方向及推动角度向所述执行模组发出对应指令。

本发明的有益效果是：

本发明的修井机电控系统能够实时显示传感模组采集到的各信号的数值，司钻根据各数值的大小监控修井机的运行，并且能够通过交互显示模组对修井机的运行参数进行调整，大大减轻了司钻的劳动强度，且提高了修井机的自动化水平，实现了对修井机作业现场作业参数的实时监控，可以有效地减少修井机运行过程中的设备及人身事故。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中修井机电控系统的控制原理图。

图2为本发明实施例中液压盘刹监控系统的控制原理图。

附图标记：

110-控制模组；111-PLC；112-车辆控制器；113-扩展模块；114-存储模块；120-传感模组；121-发动机监控系统；122-变矩器监控系统；123-液压盘刹监控系统；1231-第一压力传感器；1232-第二压力传感器；1233-第三压力传感器；124-滚筒传感器；125-钩载传感器；126-风速传感器；130-通讯模组；140-交互显示模组；150-执行模组；160-电控手柄；170-警报系统；180-模式切换模块；190-第一制动模组；211-发动机；212-变矩器；213-离合器；220-液压盘刹；221-工作钳供油管路；222-比例减压阀；223-安全钳供油管路；224-第一电磁阀；225-回油管路；226-工作钳；227-安全钳；228-刹车盘；230-滚筒；240-大钩；250-井架；300-用户终端；310-第二制动模组。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”等应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中介媒体相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示，本发明公开了一种修井机电控系统，包括控制模组110、传感模组120、通讯模组130、交互显示模组140以及执行模组150，其中，控制模组110包括用于接收各类信号并且进行分析控制的可编程逻辑控制器PLC111；传感模组120包括多个用于监测修井机运行状态的传感器，传感器将采集到的修井机的状态参数反馈给控制模组110；通讯模组130用于接收上位工控机命令并将该命令传送给控制模组110，且用于接收传感器模组120信号并将该信号传送给控制模组110；交互显示模组140设置在修井机的司钻房中，交互显示模组140用于显示传感模组120采集到的修井机的状态参数并与控制模组110组成人机交互界面，用于数据的读写、参数的调整及故障的诊断；执行模组150与控制模组110电连接，执行模组110包括修井机底盘210的发动机211、变矩器212及离合器213，还包括修井机液压盘刹220，执行模组150用于执行控制模组110发出的控制指令，进而调整发动机211转速，变矩器212档位、离合器213开合以及液压盘刹220的刹车力矩。

在这种方案中，交互显示模组140选用触摸显示屏，可以实时显示传感模组120采集到的各信号的数值，司钻根据各数值的大小监控修井机的运行，并且交互显示模组140与控制模组110组成人机交互界面，可以对修井机的运行参数进行调整，并能通过交互显示模组140及时地判断修井机的运行故障，大大减轻了司钻的劳动强度，且提高了修井机的自动化水平，实现了对修井机作业现场作业参数的实时监控，可以有效地减少修井机运行过程中的设备及人身事故。

其中通讯模组130是用来实现电控系统中各单元之间的数据传输，在实际的工作过程中，可以根据现场实际情况对通讯模组进行选择，可以是硬线连接、基于CAN总线协议的数据传输、4G传输或者无线网络传输中的一种或者多种。

作为上述技术方案的一个具体的方案，传感模组120包括：设置在修井机的底盘上的发动机监控系统121，发动机监控系统121用于监控发动机211的运行状态并将发动机状态通过通讯模组130反馈给控制模组110；本申请文件中发动机监控系统121的型号是SPC3-M001，该发动机监控系统121是通过CAN总线传输接口与控制模组110连接，其功能是监测发动机211作业和行走状态下的常规参数及后处理参数，读取故障码参数，供控制模组110进行汇总并在交互显示模组140上显示，且能够在在发动机211作业状态下执行控制模组110向发动机211发出的控制指令。

还包括设置在底盘变矩器212上的变矩器监控系统122，变矩器监控系统122用于监控变矩器212的状态并将监测结果通过通讯模组130给控制模组110；变矩器监控系统122的功能是监测变矩器212常规参数和档位，供控制模组110进行汇总及显示，并在作业状态下执行控制模组110向变矩器212发出的控制指令。

液压盘刹220上的液压盘刹监控系统123，液压盘刹监控系统123用于监控液压盘刹220的运行状态并将监测结果通过通讯模组130反馈给控制模组110；液压盘刹监控系统123包括第一压力传感器1231、第二压力传感器1232和第三压力传感器1233，第一压力传感器1231设置在液压盘刹220的工作钳供油管路221上，且工作钳供油管路221上还设置有比例减压阀222，第二压力传感器1232设置在液压盘刹220的安全钳供油管路223上，且安全钳供油管路223上还设置有第一电磁阀224，第三压力传感器1233设置在液压盘刹220的回油管路225上。第一压力传感器1231、比例减压阀222、第二压力传感器1232、第一电磁阀224及第三压力传感器1233均通过通讯模组130与控制模组110连接。

当第一压力传感器1231监测到工作钳供油管路221中的压力值出现异常时，能够通过控制模组110调整比例减压阀222及发动机211转速，进而调整修井机游车的上升速度。

当第二压力传感器1232监测到安全钳供油管路223中的压力值出现异常时，控制模组110一方面可以使发动机211停止转动，另一方面通过比例减压阀222以及第一电磁阀224切断工作钳供油管路221及安全钳供油管路223向工作钳226及安全钳227的供油，使得安全钳226和工作钳227同时将刹车盘228抱死，保证了修井机运行的安全性。

设置在修井机的滚筒上的滚筒传感器124；该滚筒传感器124安装在滚筒230轴头位置，同步获取滚筒230的转动状态，并通过通讯模组130将信号发送至控制模组110，进而判定游车高度、速度、运行方向等。

设置在修井机的大钩240上的钩载传感器125，用于监测大钩240上的钩载；该钩载传感器125安装在机械指重表前端液压管路三通接口处，将油压信号转换成为电信号并发送给控制模组110。钩载作为重要的作业参数，显示在交互显示模组140上用于指导司钻操作。

设置在修井机的井架250上的风速传感器126，用于监测井架250处的风速。本申请文件中，风速传感器126采用三杯式风速测量仪，将测得的风速转换为电信号发送给控制模组110，进而计算得出实时风级。

更优地，控制模组110还包括车辆控制器112、扩展模块113和存储模块114，车辆控制器112与PLC111电连接；扩展模块113通过设置在PLC111上的O/I接口设置在PLC上；存储模块114与PLC111电连接，存储模块114中设置有传感模组中各参数的阈值；PLC111能够将接收到的传感模组120采集到的修井机的状态参数与存储模块114中各参数的阈值进行比较，向执行模组发出控制指令150。

在司钻房中还设置有电控手柄160，电控手柄160与控制模组110电连接，控制模组110能够根据电控手柄160的推动方向及推动角度向执行模组110发出对应指令。在司钻房中还设置有警报系统170，警报系统170与控制模组110电连接，当传感模组120采集到的修井机的状态参数超过存储模块中存储阈值时，警报系统发出警报，提醒司钻注意。

在以上的方案中，控制模组110将传感模组120中各传感及监控系统的实时作业参数与司钻施加在电控手柄160的动作指令进行结合、计算，根据发动机211曲线和变矩器212各档位速比等内置信息，得出最优的发动机油门开度、发动机转速、变矩器档位、滚筒离合状态、液压盘刹工作钳开度和安全钳状态等。司钻只需前后推动此一个电控手柄，就可以控制游车运行高度、速度、刹车、驻车、换向等。控制模组110根据司钻指令(前后推拉方向、幅度)、当前游车高度、速度、大钩负载等参数和发动机曲线、变矩器各档位传动比等，自动输出控制指令，匹配出合适的发动机转速、变矩器档位、离合器开合、刹车工作钳的刹车力矩等，分别输出给各执行机构，相互配合完成作业。

例如在起管柱过程，司钻开始将电控手柄160自中位向前推动，此时控制模组110根据传感模组120采集到的游车高度、速度、钩载等参数，计算出合适的发动机油门、发动机转速、变矩器档位，控制滚筒离合器挂合，向发动机211输出转速指令、向变矩器212输出档位指令、向液压盘刹220输出松开驻车、工作钳226打开指令，游车开始上提；司钻继续向前推动电控手柄160，此时意图是使游车加速上提，则控制模组110根据电控手柄160向前推动的幅度，给出此时相应的发动机油门、发动机转速、变矩器档位，直至游车上提至所需高度。司钻将电控手柄160向中位回拉，系统则改变发动机油门、发动机转速、变矩器档位，控制工作钳226均匀制动，使游车减速，直至电控手柄160完全回拉至中位，发动机油门、滚筒离合器断开，工作钳226、安全钳227都闭合，游车停止并驻车。司钻将电控手柄160自中位向后拉动，此时控制模组160首先根据钩载判定是否需要挂倒挡，如果钩载小不足以拖动游车下落，则依靠倒挡反转滚筒230使游车下落。反之，如果钩载大到足以靠自重拖动游车下落，则离合器脱开，此时电控手柄160控制工作钳226的刹车力度，系统也会自动根据高度不同将游车下放速度控制在安全范围内，并缓慢的下落到井口，直至游车完全停住，工作钳226、安全钳227都闭合，游车停止并驻车。

控住模组110由于设置有存储模块114，因此具有自动记忆功能，只需要设置一次高度、速度、油压、倾角、风速风级等相关限制参数，断电后无需重新设置。

另外的技术方案中还包括模式切换模块180，模式切换模块180与控制模组110电连接，模式切换模块180包括自动模式和手动模式，对应存储模块114中存储有自动模式和手动模式下对应各传感模组中参数的阈值。如需进行穿钢丝绳、解卡等操作，可通过模式切换模块180为手动模式，允许游车在一定程度和时间内超高度、超速度和超负载运行。

作为本发明技术方案的一个可选方案，还包括设置在司钻房中的第一制动模组190，第一制动模组190与控制模组110电连接，第一制动模组190能够通过控制模组110实现对执行模组150的制动。在实际的使用过程中，第一制动模组190可以连接红色蘑菇头按钮，在紧急情况下，司钻拍下此按钮时，相应电磁阀动作，切断发动机油门、滚筒离合器；液压盘刹工作钳、安全钳同时工作，滚筒即刻停止转动。

在本申请文件的另一个实施例中，还包括用户终端300，用户终端300与控制模组100通过通讯模组130连接，用户终端300能够显示传感模组120采集到的修井机的状态参数；用户终端300上还设置有第二制动模组310，第二制动模组310能够通过控制模组110实现对执行模组的制动，在现场司钻控制不及时的情况下，通过用户终端300同样能够使相应电磁阀动作，切断发动机油门、滚筒离合器；液压盘刹工作钳、安全钳同时工作，滚筒230即刻停止转动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础；当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种修井机电控系统，包括控制模组、传感模组、通讯模组以及交互显示模组，其特征在于，

所述控制模组包括用于接收各类信号并且进行分析控制的可编程逻辑控制器PLC；

所述传感模组，包括多个用于监测所述修井机运行状态的传感器，所述传感器将采集到的所述修井机的状态参数反馈给所述控制模组；

所述通讯模组，用于接收上位工控机命令并将该命令传送给所述控制模组，且用于接收所述传感器模组信号并将该信号传送给所述控制模组；

所述交互显示模组设置在所述修井机的司钻房中，所述交互显示模组用于显示所述传感模组采集到的所述修井机的状态参数并与所述控制模组组成人机交互界面，用于数据的读写、参数的调整及故障的诊断；

所述控制模组通过所述通讯模组与所述修井机中的执行模组连接，其中所述执行模组包括所述修井机底盘的发动机、变矩器及离合器，还包括所述修井机液压盘刹，所述执行模组用于执行所述控制模组发出的控制指令，进而调整所述发动机转速，所述变矩器档位、所述离合器开合以及所述液压盘刹的刹车力矩。

2.根据权利要求1所述的修井机电控系统，其特征在于，所述传感模组包括：

设置在所述修井机的底盘上的发动机监控系统，所述发动机监控系统用于监控所述发动机的运行状态并将发动机状态通过所述通讯模组反馈给所述控制模组；

设置在所述修井机的底盘上的变矩器监控系统，所述变矩器监控系统用于监控所述变矩器的状态并将监测结果通过所述通讯模组给所述控制模组；

设置在液压盘刹上的液压盘刹监控系统，所述液压盘刹监控系统用于监控所述液压盘刹的运行状态并将监测结果通过所述通讯模组反馈给所述控制模组；

设置在所述修井机的滚筒上的滚筒传感器；所述滚筒传感器通过监测所述滚筒转速进而计算所述修井机游车高度并将该结果通过所述通讯模组反馈给所述控制模组；

设置在所述修井机的大钩上的钩载传感器，用于监测所述大钩上的钩载；

设置在所述修井机的井架上的风速传感器，用于监测所述井架处的风速。

3.根据权利要求1所述的修井机电控系统，其特征在于，所述控制模组还包括：

车辆控制器，所述车辆控制器与所述PLC电连接；

扩展模块，所述扩展模块通过设置在所述PLC上的O/I接口设置在所述PLC上；

存储模块，所述存储模块与所述PLC电连接，所述存储模块中设置有所述传感模组中各参数的阈值；所述PLC能够将接收到的所述传感模组采集到的所述修井机的状态参数与所述存储模块114中各参数的阈值进行比较，向所述执行模组发出控制指令。

4.根据权利要求3所述的修井机电控系统，其特征在于，还包括警报系统，所述警报系统与所述控制模组电连接，当所述传感模组采集到的所述修井机的状态参数超过所述存储模块中存储阈值时，所述警报系统发出警报。

5.根据权利要求3所述的修井机电控系统，其特征在于，所述液压盘刹监控系统包括第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器，

所述第一压力传感器设置在所述液压盘刹的工作钳供油管路上，且所述工作钳供油管路上还设置有比例减压阀，所述第一压力传感器及所述比例减压阀均通过所述通讯模组与所述控制模组连接；

所述第二压力传感器设置在所述液压盘刹的安全钳供油管路上，且所述安全钳供油管路上还设置有第一电磁阀，所述第二压力传感器及所述第一电磁阀均通过所述通讯模组与所述控制模组连接；

所述第三压力传感器设置在所述液压盘刹的回油管路上，且所述第三压力传感器通过所述通讯模组与所述控制模组连接。

6.根据权利要求3所述的修井机电控系统，其特征在于，还包括模式切换模块，所述模式切换模块与所述控制模组电连接，所述模式切换模块包括自动模式和手动模式，对应所述存储模块中存储有所述自动模式和所述手动模式下对应各所述传感模组中参数的阈值。

7.根据权利要求1所述的修井机电控系统，其特征在于，还包括第一制动模组，所述第一制动模组与所述控制模组电连接，所述第一制动模组能够通过所述控制模组实现对所述执行模组的制动。

8.根据权利要求1所述的修井机电控系统，其特征在于，还包括用户终端，所述用户终端与所述控制模组通过所述通讯模组连接，所述用户终端能够显示所述传感模组采集到的所述修井机的状态参数；

所述用户终端上还设置有第二制动模组，所述第二制动模组能够通过所述控制模组实现对所述执行模组的制动。

9.根据权利要求1所述的修井机电控系统，其特征在于，还包括电控手柄，所述电控手柄与所述控制模组电连接，所述控制模组能够根据所述电控手柄的推动方向及推动角度向所述执行模组发出对应指令。

Images