CN114517656B - 一种锁紧杆自动锁紧控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锁紧杆自动锁紧控制方法，属于防喷器锁紧技术领域。该方法通过传感器实时检测锁紧机构中锁紧杆的位置，并通过控制箱处理后在控制面板上显示，控制台根据传感器检测的锁紧杆位置值，对锁紧杆的状态进行监控，并自动判断锁紧与解锁，然后通过控制液压装置通过液压驱动锁紧机构的液压马达正向/反向转动，液压马达通过传动机构驱动锁紧杆转动，锁紧杆通过螺纹与机构壳体螺纹配合实现锁紧杆前后移动从而实现锁紧与解锁。本发明实现了对锁紧杆的位置监控与自动控制，有利于工作人员了解锁紧杆的工作状态，及时解决锁紧杆运行时的问题，保证设备工作过程中以及后续操作的安全。

Description

一种锁紧杆自动锁紧控制方法

技术领域

本发明涉及防喷器锁紧技术领域，具体涉及一种锁紧杆自动锁紧控制方法。

背景技术

防喷器是油田预防井喷事故发生的关键设备，若井喷发生后长时间关井，必须将防喷器锁紧杆及时锁紧。目前都是手动锁紧装置，手动锁紧装置的作用是在防喷器液压关井后，采用机械方法将闸板锁紧，一般锁紧杆通过万向节、加长杆和手轮伸出井架，使用时人员通过转动手轮达到锁紧目的，保证闸板长期可靠封井。虽然可以达到防喷器闸板关闭和锁紧的目的，但是手动锁紧结构的缺点是操作主要靠人工完成，劳动强度大，效率低，并且，操作者需记录手轮转动的圈数，在打开闸板时，需将手轮反转同样的圈数将锁紧杆退出，以防闸板退不到位，造成钻井杆损坏防喷器闸板的情况。

现有技术中，公开号为CN104912511A，公告日为2017年08月25日，名称为手自一体防喷器锁紧装置的中国发明专利，其技术方案为：一种手自一体防喷器锁紧装置，包括防喷器锁紧系统、防喷器锁紧控制台、自动控制台和液压管路，防喷器锁紧系统包括油箱、电动柱塞泵、压力控制器、手动柱塞泵、蓄能器、电动换向阀和手动换向阀，油箱与电动柱塞泵的进口相连，电动柱塞泵的出口分别与手动换向阀、电动换向阀的进口和蓄能器的进口相连，手动柱塞泵的进口与油箱出口和蓄能器出口相连，手动柱塞泵的出口与手动换向器的进口相连，手动换向阀和电动换向阀的出口和回流口液压管路与防喷器锁紧系统的液压马达的进出口相连；本发明省时省力快捷，锁紧牢固安全，防止了钻井和封井期间井漏和井喷事故的发生。

现有技术中的锁紧装置，虽然实现了防喷器闸板的自动锁紧，但都无法明确得知锁紧杆的位置，操作人员只能通过观察窗观察来大致判断锁紧杆的位置，若是解锁时锁紧杆退出的距离不足，闸板打开时则会受阻，导致钻头取出时损坏闸板，造成严重的财产损失。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的上述问题，提出了一种锁紧杆自动锁紧控制方法，该控制方法能够自行判断锁紧杆的位置与工作状态，实现对锁紧杆的状态监控与自动控制，避免事故的发生。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种锁紧杆自动锁紧控制方法，其特征在于，首先设计一套控制系统，该控制系统包括锁紧机构、液压装置以及控制台，所述锁紧机构分为左侧和右侧，两侧为一组，两侧结构相同，包括：带螺纹的锁紧杆、与锁紧杆螺纹配合的机构壳体、液压马达、连接液压马达与锁紧杆的传动机构；所述液压装置用于控制锁紧机构的液压马达，液压装置包括液压源和电磁换向阀，液压源与电磁换向阀相连，电磁换向阀的出口和回流口分别与液压马达的进出口相连；所述控制台包括内置智能系统的控制面板、内置PLC处理模块的控制箱、检测锁紧杆位置的传感器；所述电磁换向阀、传感器、控制面板均与PLC处理模块连接，基于该系统的控制方法如下：

1）一键锁紧

按压控制面板上的“锁紧”控制键，控制台控制液压装置通过液压驱动锁紧机构的锁紧杆开始向前运动，若传感器检测到锁紧杆的位置值到达锁紧判定条件，控制系统判定锁紧杆已锁紧；

2）一键解锁

按压控制面板上的“解锁”控制键，控制台控制液压装置通过液压驱动锁紧机构的锁紧杆开始向后运动，若传感器检测到锁紧杆的位置值到达解锁判定条件，控制系统判定锁紧杆已解锁。

优选的，所述控制方法还包括开机自检步骤：开机时检查锁紧杆位置，并判断锁紧杆处于解锁或是锁紧状态，当任意锁紧杆未处于锁紧或解锁状态时控制系统直接运行解锁程序。

优选的，所述控制方法还包括解锁控制顺序：当按下“解锁”控制键后，控制系统先单独启动一侧锁紧机构执行解锁动作3秒钟，再单独启动另一侧执行解锁动作3秒钟，然后两侧一起执行解锁动作。

优选的，在启动液压装置时会检测液压油路压力值为C1，开启电磁换向阀后检测油路压力值为C2；控制系统通过判断条件：C1>C2判断液压装置为正常，否则系统停机报警。

优选的，每秒检测一次锁紧杆位置，若未达到锁紧/解锁位置时任意两次位置检测值的差值等于0，则控制系统判定锁紧杆有卡阻或故障，系统停机报警。

优选的，根据闸板轴实测运动范围尺寸L、锁紧杆完全解锁时传感器读数值B，则左锁紧杆锁紧尺寸ZA=B+L、左锁紧杆完全解锁位置ZB=B、右锁紧杆锁紧尺寸YA=B+L以及右锁紧杆完全解锁位置YB=B；设左锁紧杆实际位置za，右锁紧杆实际位置ya；

则锁紧状态的判定需同时满足两个条件：①za+ya≥ZA+YA；②za不变，ya不变；

解锁状态的判定需同时满足两个条件：①zb≤ZB；②yb≤YB。

优选的，锁紧杆位置的获取由电磁位移传感器来实现，所述电磁位移传感器安装在锁紧杆内部，并通过电缆与控制箱中的PLC处理模块连接。

优选的，所述控制台控制液压装置通过液压驱动锁紧机构的液压马达正向/反向转动，液压马达通过传动机构驱动锁紧杆转动，锁紧杆通过螺纹与机构壳体螺纹配合实现锁紧杆前后移动从而实现锁紧与解锁。

优选的，锁紧杆“前进”或“后退”的运动状态、闸板的锁紧或解锁状态均可在控制面板上实时显示。

本发明的有益效果：

本发明所述锁紧杆的自动锁紧控制方法，通过传感器实时检测锁紧机构中锁紧杆的位置，并通过控制箱处理后在控制面板上显示，控制台根据传感器检测的锁紧杆位置值，对锁紧杆的状态进行监控，并自动判断锁紧与解锁，然后通过控制台控制液压装置通过液压驱动锁紧机构的液压马达正向/反向转动，液压马达通过传动机构驱动锁紧杆转动，锁紧杆通过螺纹与机构壳体螺纹配合实现锁紧杆前后移动从而实现锁紧与解锁。本方法实现了对锁紧杆的位置监控与自动控制，有利于工作人员了解锁紧杆的工作状态，及时解决锁紧杆运行时的问题，保证设备运行过程中以及后续闸板打开后作业的安全。

附图说明

图1为实施例1中一侧锁紧机构的结构剖视图；

图2为锁紧杆的正视图；

图3为图2的左视图；

图4为驱动套的剖视图；

图5为图4的A向视图；

图6为液压装置的结构示意图；

其中，

1、防喷器缸头，2、壳体，3、锁紧杆，4、驱动套，5、液压马达，6、主动齿轮，7、传动齿轮，8、动力齿轮，9、键条，10、键槽，11、螺纹，12、传感器安装孔，13、液压源，14、压力表，15、电磁换向阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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。

实施例1

本实施例公开了一种锁紧杆自动锁紧控制方法，基于设计的控制系统来实现，该控制系统包括锁紧机构、液压装置以及控制台，所述锁紧机构设置在防喷器缸头1的左侧和右侧，两侧为一组，两侧结构相同，如图1所示为一侧锁紧机构的结构示意图，包括：带螺纹11的锁紧杆3、与锁紧杆螺纹11配合的机构壳体2、液压马达5、连接液压马达5与锁紧杆3的传动机构。该传动机构包括与锁紧杆3同轴连接的驱动套4，驱动套4外表面设有动力齿轮8，在液压马达5的输出端连接有主动齿轮6，主动齿轮6与动力齿轮8之间设有传动齿轮7，传动齿轮7分别与主动齿轮6和动力齿轮8啮合传动，驱动套4与锁紧杆3采用键条9与键槽10配合，在液压马达5的作用下，驱动套4在壳体2内原地旋转，锁紧杆3与驱动套4同步旋转的同时，相对于驱动套4在壳体2内前进或后退，从而实现闸板的锁紧与解锁。

本实施例中，“锁紧”是指锁紧杆通过螺纹向前运动至锁紧杆前端顶住位于其前部的闸板轴，“解锁”是指所述锁紧指锁紧杆通过螺纹向后运动至锁紧杆完全退出其前部的闸板轴的运动范围。

如图2所示，所述液压装置用于控制锁紧机构的液压马达5，液压装置包括液压源13、压力表14、电磁换向阀15及连接管路，液压源13出口与电磁换向阀15相连，电磁换向阀15的出口和回流口分别与液压马达5的进出口相连。

所述控制台包括内置智能软件系统的控制面板、内置PLC处理模块的控制箱、检测锁紧杆位置的传感器；所述电磁换向阀、传感器、控制面板均与PLC处理模块连接；所述控制台控制液压装置通过液压驱动锁紧机构的液压马达正向/反向转动，液压马达通过传动机构驱动锁紧杆转动，锁紧杆通过螺纹与机构壳体螺纹配合实现锁紧杆前后移动从而实现锁紧与解锁。

所述传感器采用电磁位移传感器MTL3-220MM-N/M-Ex来实现，该电磁位移传感器安装在锁紧杆内部，并通过电缆与控制箱中的PLC处理模块连接。电磁位移传感器将采集到的锁紧杆位置值反馈至PLC处理模块，由智能软件在控制面板屏幕上显示锁紧杆的“前进”或“后退”状态，并在锁紧和解锁到位时在控制面板上提示。

该控制系统的操作方法如下：

1)开机自检

检测锁紧杆位置，判断锁紧杆处于解锁还是锁紧状态，当任意锁紧杆未处于锁紧或解锁状态时控制系统直接运行解锁程序。

2)一键锁紧

按压控制面板上的“锁紧”控制键，此时检测油压等于C1，开启一组电磁换向阀，当油压小于C1时，表示电磁换向阀正常开启(换向阀开启后油压会降低)，采用传感器高频次检测锁紧杆位置，此时控制面板屏幕上显示锁紧杆的前进动作，当检测到的位置值到达锁紧判定条件时，控制系统判定闸板已锁紧并关闭电磁换向阀。

3）一键解锁

按压控制台上的“解锁”控制键，检测油压等于C1，此时开启一组电磁换向阀中的左侧电磁换向阀，检测油压小于C1为正常，3秒后开启同组的右侧电磁换向阀并关闭左侧的电磁换向阀，检测油压小于C1为正常，等待3秒后，再次开启同组左侧电磁换向阀，此动作的目的是：由于闸板解锁与闸板锁紧时不同，解锁扭矩应大于锁紧扭矩，锁紧时为同时开启两个电磁阀，此时液压马达的输出扭矩会低于开启单个电磁阀，因此要先单独左侧，再单独开右侧，等锁紧杆离开闸板轴后再一起开启同步解锁；随后高频次检测锁紧杆位置，若某一侧的锁紧杆位置值到达解锁判定条件，则控制系统关闭该侧电磁阀，待两侧都符合解锁判定值后，控制系统判定闸板已解锁并关闭另一侧电磁阀。

锁紧杆的解锁及锁紧判断条件根据下述方法计算：

根据闸板轴实测运动范围尺寸L、锁紧杆完全解锁时传感器读数值B，则左锁紧杆锁紧尺寸ZA=B+L、左锁紧杆完全解锁位置ZB=B、右锁紧杆锁紧尺寸YA=B+L以及右锁紧杆完全解锁位置YB=B；设左锁紧杆实际位置za，右锁紧杆实际位置ya。则锁紧状态的判定需同时满足两个条件：①za+ya≥ZA+YA；②za不变，ya不变；解锁状态的判定需同时满足两个条件：①zb≤ZB；②yb≤YB。

实施例2

本实施例公开了一种锁紧杆自动锁紧控制方法，在实施例1的基础上，控制系统工作时，每秒检测一次锁紧杆位置，若未达到锁紧/解锁位置时任意两次位置检测值的差值等于0，则控制系统判定锁紧杆有卡阻或故障，系统停机报警。

在启动液压装置时会检测液压油路压力值为C1，开启电磁换向阀后检测油路压力值为C2；控制系统通过判断条件：C1>C2判断液压装置为正常，否则系统停机报警。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锁紧杆自动锁紧控制方法，其特征在于，首先设计一套控制系统，该控制系统包括锁紧机构、液压装置以及控制台，所述锁紧机构分为左侧和右侧，两侧为一组，两侧结构相同，包括：带螺纹的锁紧杆、与锁紧杆螺纹配合的机构壳体、液压马达、连接液压马达与锁紧杆的传动机构；所述液压装置用于控制锁紧机构的液压马达，液压装置包括液压源和电磁换向阀，液压源与电磁换向阀相连，电磁换向阀的出口和回流口分别与液压马达的进出口相连；所述控制台包括内置智能系统的控制面板、内置PLC处理模块的控制箱、检测锁紧杆位置的传感器；所述电磁换向阀、传感器、控制面板均与PLC处理模块连接，基于该系统的控制方法如下：

1）一键锁紧

按压控制面板上的“锁紧”控制键，控制台控制液压装置通过液压驱动锁紧机构的锁紧杆开始向前运动，若传感器检测到锁紧杆的位置值到达锁紧判定条件，控制系统判定锁紧杆已锁紧；

2）一键解锁

按压控制面板上的“解锁”控制键，控制台控制液压装置通过液压驱动锁紧机构的锁紧杆开始向后运动，若传感器检测到锁紧杆的位置值到达解锁判定条件，控制系统判定锁紧杆已解锁；

根据闸板轴实测运动范围尺寸L、锁紧杆完全解锁时传感器读数值B，则左锁紧杆锁紧尺寸ZA=B+L、左锁紧杆完全解锁位置ZB=B、右锁紧杆锁紧尺寸YA=B+L以及右锁紧杆完全解锁位置YB=B；设左锁紧杆实际位置za，右锁紧杆实际位置ya；

则锁紧状态的判定需同时满足两个条件：①za+ya≥ZA+YA；②za不变，ya不变；

解锁状态的判定需同时满足两个条件：①zb≤ZB；②yb≤YB。

2.根据权利要求1所述的一种锁紧杆自动锁紧控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括开机自检步骤：开机时检查锁紧杆位置，并判断锁紧杆处于解锁或是锁紧状态，当任意锁紧杆未处于锁紧或解锁状态时控制系统直接运行解锁程序。

3.根据权利要求1所述的一种锁紧杆自动锁紧控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括解锁控制顺序：当按下“解锁”控制键后，控制系统先单独启动一侧锁紧机构执行解锁动作3秒钟，再单独启动另一侧执行解锁动作3秒钟，然后两侧一起执行解锁动作。

4.根据权利要求1所述的一种锁紧杆自动锁紧控制方法，其特征在于，在启动液压装置时会检测液压油路压力值为C1，开启电磁换向阀后检测油路压力值为C2；控制系统通过判断条件：C1>C2判断液压装置为正常，否则系统停机报警。

5.根据权利要求1所述的一种锁紧杆自动锁紧控制方法，其特征在于，每秒检测一次锁紧杆位置，若未达到锁紧/解锁位置时任意两次位置检测值的差值等于0，则控制系统判定锁紧杆有卡阻或故障，系统停机报警。

6.根据权利要求1、2或5所述的一种锁紧杆自动锁紧控制方法，其特征在于，锁紧杆位置的获取由电磁位移传感器来实现，所述电磁位移传感器安装在锁紧杆内部，并通过电缆与控制箱中的PLC处理模块连接。

7.根据权利要求1所述的一种锁紧杆自动锁紧控制方法，其特征在于：所述控制台控制液压装置通过液压驱动锁紧机构的液压马达正向/反向转动，液压马达通过传动机构驱动锁紧杆转动，锁紧杆通过螺纹与机构壳体螺纹配合实现锁紧杆前后移动从而实现锁紧与解锁。

8.根据权利要求1所述的一种锁紧杆自动锁紧控制方法，其特征在于：锁紧杆“前进”或“后退”的运动状态、闸板的锁紧或解锁状态均可在控制面板上实时显示。