CN202245887U

CN202245887U - 一种测井绞车电传动控制系统

Info

Publication number: CN202245887U
Application number: CN2011202255030U
Authority: CN
Inventors: 许江华; 翟国忠; 邱建华; 郭运; 马荣斌; 董义; 窦嘉; 余安生
Original assignee: LANGFANG EXPLOITATION DISTRICT SINCEP OILOG EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: LANGFANG EXPLOITATION DISTRICT SINCEP OILOG EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2021-06-29

Abstract

本实用新型公开一种测井绞车电传动控制系统，它包括括指令处理单元，所述指令处理单元连接手动控制单元和指令执行单元，所述指令执行单元包括：信息显示模块、发动机控制模块：发动机控制模块连接发动机；频率变换模块：所述频率变换模块连接发电机和电动机，所述电动机连接减速机，所述减速机连接绞车；系统还包括：信息采集单元，所述信息采集单元分别与指令处理单元和绞车相连，所述信息采集单元用于采集所述绞车及所述指令执行单元的运行状态信息，发送至所述指令处理单元。采用本实用新型所述的测井绞车电传动控制系统，采用了变频调速技术集合控制装置实现闭环控制为绞车的恒扭矩低速测井作业提供可靠、精准的操控。

Description

一种测井绞车电传动控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种电驱动传动系统，尤其涉及一种测井绞车的电驱动传动控制系统。

背景技术

目前，公知的油田所用测井绞车采用闭式液压传动系统，主要由双向柱塞变量液压油泵、变量（或定量）柱塞液压马达和相应的双向电比例控制手柄组成，通过操作电比例控制手柄改变油泵（或马达）的排量来改变马达的转速，通过改变电比例控制手柄的控制方向来实现马达的正、反转，从而实现对测井绞车正转、反转及速度快、慢的控制。

而液压系统本身的压力、流量波动较大，加上液压系统的自身泄露，极容易导致绞车的低速及提升扭矩不稳，造成特定的低速测井项目难以完成，测井一次成功的概率低；另外，在水平井测井项目中，液压系统难以实现“恒扭矩”的测井要求，容易造成电缆打卷、井下仪器掉落等事故，安全性不高；再者，液压传动系统所需传动介质是液压油，每年的冬夏两季均需要更换液压油，不仅使用成本增加，废弃的液压油也容易造成环境污染。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种测井绞车电传动控制系统，从而解决现有技术中的测井绞车采用闭式液压传动系统控制而导致的以下几个技术问题；

（1）由于液压系统的压力、流量波动较大，加上液压系统的自身泄露，使绞车的低速及提升扭矩不稳，造成特定的低速测井项目难以完成，测井一次成功的概率低；

（2）在水平井测井项目中，难以实现“恒扭矩”的测井要求，容易造成电缆打卷、井下仪器掉落等事故；

（3）采用闭式液压传动系统，其控制最终是由液压系统内部实现的，虽然是电比例手柄控制，但仍然是“电控液”的控制模式，控制模糊、不精确、响应速度慢，限制了先进测井仪器的开发及使用，影响测井结果在实际生产中的指导意义，增加了测井成本；

（4）液压传动系统所需传动介质是液压油，每年的冬夏两季均需要更换液压油，不仅使用成本增加，废弃的液压油也容易造成环境污染。

为达到上述技术目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种测井绞车电传动控制系统，它包括括指令处理单元，所述指令处理单元连接手动控制单元和指令执行单元，

手动控制单元：用于人工输入控制信号；

指令处理单元：用于接收所述手动控制单元输入的控制信号及输出控制指令至指令执行单元；

所述指令执行单元包括：

信息显示模块：显示发动机和绞车的运行状态；

发动机控制模块：所述发动机控制模块连接发动机，所述发动机控制模块接收所述指令处理单元的控制指令，控制所述发动机的开机、停机及转速；

频率变换模块：所述频率变换模块连接发电机和电动机，所述电动机连接减速机，所述减速机连接绞车，所述频率变换模块接收所述指令处理单元的控制指令，改变发电机的输出电流和频率，从而改变电动机的输出扭矩和速度，而后通过减速机来改变所述绞车的输出扭矩和速度；

系统还包括：

信息采集单元：所述信息采集单元分别与指令处理单元和绞车相连，所述信息采集单元用于采集所述绞车及所述指令执行单元的运行状态信息，发送至所述指令处理单元；

所述指令处理单元结合所述手动控制单元输入的控制信号及所述信息采集单元采集到的所述绞车及所述指令执行单元的运行状态信息来形成控制指令。

作为优选，所述手动控制单元包括：

发动机控制阀：其通过指令处理单元与发动机控制模块相连，所述发动机控制阀输出控制信号由所述发动机控制模块执行来控制所述发动机的功率；

紧急停机控制阀：其通过指令处理单元与频率变换模块相连：所述紧急停机控制阀输出控制信号由所述频率变换模块来控制所述电动机的停机；

绞车控制阀及扭矩控制阀：均通过指令处理单元与频率变换模块相连：所述绞车控制阀及扭矩控制阀输出控制信号由所述频率变换模块执行来控制所述电动机的输出速度和扭矩，进而控制所述绞车的输出速度和扭矩。

作为优选，所述发电机通过一取力器与所述发动机相连，其从所述发动机处获取动力。

作为优选，所述频率转换模块包括变频器Ⅰ和变频器Ⅱ，所述变频器Ⅱ与所述变频器Ⅰ串接。

作为优选，系统还包括状态检测单元，包括：

用于检测系统电源电压，高压及低压均不执行控制并报错的电源电压检测模块；

绞车控制阀信号检测模块，其与绞车控制阀连接：其用于检测所述绞车控制阀的电压信号，电压小于下限或者高于上限报错；

紧急停机信号检测模块，其与紧急停机控制阀连接：用于检测所述紧急停机控制阀的电压信号；

用于检测张力超限信号，张力超限时报错的张力检测模块；

用于检测系统在正常工作及低速工作时的速度，失速时报错的失速检测模块。

作为优选，所述发电机及所述电动机及系统中的连接线路上设置有电磁防护装置。

作为优选，所述指令处理单元通过CAN总线与所述指令执行单元连接。

作为优选，所述信息显示模块为液晶显示器。

本实用新型与现有技术相比存在以下有益效果：

（1）本实用新型所述测井绞车电传动控制系统，直接采用电驱动系统，消除了由于液压系统的压力、流量波动较大造成绞车的低速及提升扭矩不稳的缺陷，极大的提高了测井一次成功的概率。

（2）本实用新型所述测井绞车电传动控制系统采用了变频变换模块来实现速度的调整，即变频调速技术，变频调速本身具有效率高、调速过程中没有附加损耗、调速范围大、特性硬、精度高等特点，结合控制装置实现的闭环控制，为绞车的恒扭矩低速测井作业提供可靠、精准的操控，同时测井作业的能耗减少，降低作业成本。

（3）本实用新型所述测井绞车电传动控制系统，采用电力驱动不存在环境污染。

附图说明

图1是本实用新型所述测井绞车电传动控制系统的系统框图；

图2是本实用新型所述频率变换模块结构框图；

图3是本实用新型所述状态检测单元结构框图。

图中，1-发动机控制模块，2-发动机，3-取力器，4-发电机，5-频率变换模块，6-手动控制单元，7-电动机，8-减速机，9-绞车，10-信息采集单元，11-指令处理单元，12-信息显示模块，13-发动机控制阀，14-绞车控制阀，15-扭矩控制阀，16-紧急停机控制阀，17-指令执行单元，18-状态检测单元，19-电源电压检测模块，20-绞车控制阀信号检测模块，21-紧急停机信号检测模块，22-张力检测模块，23-失速检测模块。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提供一种测井绞车电传动控制系统，它包括：

手动控制单元6：用于人工输入控制信号；

指令处理单元11：用于接收所述手动控制单元6输入的控制信号及输出控制指令至指令执行单元17；

所述指令执行单元17包括：

信息显示模块12：显示发动机2和绞车9的运行状态；

发动机控制模块1：接收所述指令处理单元11的控制指令，控制所述发动机2的开机、停机及转速；

频率变换模块5：接收所述指令处理单元11的控制指令，改变发电机4的输出电流和频率，从而改变电动机7的输出扭矩和速度，而后通过减速机8来改变所述绞车9的输出扭矩和速度；

系统还包括

信息采集单元10：用于采集所述绞车9及所述指令执行单元17的运行状态信息，发送至所述指令处理单元11；

所述指令处理单元11结合所述手动控制单元6输入的控制信号及所述信息采集单元10采集到的所述绞车9及所述指令执行单元17的运行状态信息来形成控制指令。

从图中可以看出，所述手动控制单元6包括：

发动机控制阀13：其输出控制信号由所述发动机控制模块1执行来控制所述发动机2的开机、停机及转速；

紧急停机控制阀16：其输出控制信号由所述频率变换模块5来控制所述电动机7的停机；

绞车控制阀14及扭矩控制阀15：其输出控制信号由所述频率变换模块5执行来控制所述电动机7的输出速度和扭矩，进而控制所述绞车9的输出速度和扭矩。

如图2所示，所述频率转换模块5包括变频器Ⅰ和变频器Ⅱ，所述变频器Ⅱ与所述变频器Ⅰ串接。

如图3所示，系统还包括状态检测单元18，包括：

电源电压检测模块19：用于检测系统电源电压，高压及低压均不执行控制并报错；

绞车控制阀信号检测模块20：用于检测所述绞车控制阀14的电压信号，电压小于下限或者高于上限报错；

紧急停机信号检测模块21：用于检测所述紧急停机控制阀16的电压信号；

张力检测模块22：用于检测张力超限信号，张力超限时报错；

失速检测模块23：用于检测系统在正常工作及低速工作时的速度，失速时报错。

由于测井绞车要求在无磁状态下工作，因此为防止本系统对测井绞车的电磁干扰，所述发电机4及所述电动机7及系统中的连接线路上设置有电磁防护装置。

所述指令处理单元11通过CAN总线与所述指令执行单元17连接。

所述信息显示模块12为液晶显示器。

在实际应用时，系统开机时所述状态检测单元18实现开机检测，系统开机500ms后，所述电源电压检测模块19检测系统电源电压，高压及低压均不执行控制并报错，并报出出错原因；绞车控制阀信号检测模块20检测所述绞车控制阀14的电压信号，电压小于下限或者高于上限报错，报错时速度控制信号置0；紧急停机信号检测模块21检测所述紧急停机控制阀16的电压信号，失电时为非紧急制动状态，得电时为紧急制动状态。处于紧急制动状态时，所述绞车控制阀14置0，所述信息显示模块12显示“紧急制动停车”。

紧急制动一旦触发后，解除紧急制动需要两个条件：a.所述紧急停机控制阀16复位，检测引角失电；b.所述绞车控制阀14位于中位2s以上时间。

张力检测模块22检测张力超限信号，失电时为正常测井状态，得电时为张力超限状态，处于张力超限状态时，所述绞车控制阀14置0，所述信息显示模块12显示“张力超限停车”。

张力超限一旦触发后，解除需要两个条件：a.张力超限开关复位，检测引角失电；b.速度手柄位于中位2s钟以上时间。

检测完成后，系统正常启动，发动机2通过取力器3将动力输送给发电机4，发电机4发电，电源由变频器I及变频器II进行变频，形成频率、电流可调控特性，接收指令处理单元11的控制指令，改变电动机7的输出转速及扭矩，电动机7的运行状态直接通过减速机8传递给绞车9，最终，绞车得到动力，其运行的速度、扭矩随电动机7的变化而变化；手动控制单元6由绞车操作员操作控制，手动控制单元6的控制信号由指令处理单元11采集后形成指令发送到指令执行单元，发动机控制阀13的控制信号由发动机控制模块1执行，控制发动机2的输出功率以满足绞车9作业要求，紧急停机控制阀16的控制信号由所述频率变换模块5来控制所述电动机7的停机；绞车控制阀14及扭矩控制阀15的控制信号由变频器I和变频器II共同执行，改变电动机7的输出转速、扭矩，进而改变绞车9的转速及扭矩；指令处理单元11同时采集手动控制单元6的控制信号、频率变换模块5及发动机2的运行状态信息结合着由信息采集单元10采集的绞车9的运行状态信息，进行转换、计算、调整，保证绞车9的运行状态满足手动控制单元6的控制要求，同时，指令处理单元11将发动机2和绞车9的运行状态发送给信息显示模块12，以数字或图表的方式显示出来。

在实际应用时，系统可以选择常规、低速、水平井三种工作模式。

常规模式：手柄输出信号值分别对应下放、上提的电动机7的正常转速值。

低速模式：手柄输出信号值分别对应下放、上提的电动机7的低速转速值。

水平井模式：此时由指令处理单元11发出信号给频率转换模块5，频率转换模块5控制电动机7，使电动机7以预设的转速及扭矩运行，实现“恒扭矩”的测井要求；此时电动机7所得到的信号指令始终为“上提”，当下钻时，向下的拉力大于预设的扭矩值时，电动机7会被反向拉动，即实际工况为“下放”，当向下的拉力小于预设的扭矩值时，电动机7会自动恢复到“上提”的工作状态。

上述三种工作模式的扭矩设定是由扭矩控制阀15完成，当转动扭矩控制阀15时，不同的信号对应电动机7不同的输出扭矩，以适应各种测井工况的需要。

工作过程中系统功率及发动机转速控制是通过控制发动机2转速来控制发电机功率来实现的；系统通过CAN总线读取来自发动机2的电子控制单元的广播信息。

发电机4功率控制分两种功况：当电动机7上提重物时，最大功率大于功率上限值时，指令处理单元11越权绞车控制阀14，自动提升电动机7的上提速度；当电动机下放重物时，最大功率小于功率下限值时，指令处理单元11越权绞车控制阀14，自动降低电动机7的下放速度，从而满足功率要求。

失速控制：当工作在正常及低速两种模式时，通过失速检测模块23进行失速检测及控制。

当下放重物时，电动机7转速大于预设上限值时，进行检测如下：当电动机7实际转速大于绞车控制阀14输入信号对应转速的20%时，系统自动启动失速控制，即指令处理单元11越权扭矩控制阀15增加扭矩设定值，直到失速<20%为止。

当上提重物时，电动机7实际转速为上提时，不进行失速控制；电机实际转速为下降，超过限值时，启动失速控制，即指令处理单元11越权扭矩控制阀15增加扭矩设定值，直到正常为止。

虽然本实用新型已经通过具体实施方式对其进行了详细阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于实用新型所要保护的范围。

Claims

1.一种测井绞车电传动控制系统，它包括括指令处理单元（11），所述指令处理单元（11）连接手动控制单元（6）和指令执行单元（17），

手动控制单元（6）：用于人工输入控制信号；

指令处理单元（11）：用于接收所述手动控制单元（6）输入的控制信号及输出控制指令至指令执行单元（17）；

其特征在于：

所述指令执行单元（17）包括：

信息显示模块（12）：显示发动机（2）和绞车（9）的运行状态；

发动机控制模块（1）：所述发动机控制模块（1）连接发动机（2），所述发动机控制模块（1）接收所述指令处理单元（11）的控制指令，控制所述发动机（2）的开机、停机及转速；

频率变换模块（5）：所述频率变换模块（5）连接发电机（4）和电动机（7），所述电动机（7）连接减速机（8），所述减速机（8）连接绞车（9），所述频率变换模块（5）接收所述指令处理单元（11）的控制指令，改变发电机（4）的输出电流和频率，从而改变电动机（7）的输出扭矩和速度，而后通过减速机（8）来改变所述绞车（9）的输出扭矩和速度；

系统还包括：

信息采集单元（10）：所述信息采集单元（10）分别与指令处理单元（11）和绞车（9）相连，所述信息采集单元（10）用于采集所述绞车（9）及所述指令执行单元（17）的运行状态信息，发送至所述指令处理单元（11）；

所述指令处理单元（11）结合所述手动控制单元（6）输入的控制信号及所述信息采集单元（10）采集到的所述绞车（9）及所述指令执行单元（17）的运行状态信息来形成控制指令。

2.根据权利要求1所述的测井绞车电传动控制系统，其特征在于：

所述手动控制单元（6）包括：

发动机控制阀（13）：其通过指令处理单元（11）与发动机控制模块（1）相连，所述发动机控制阀（13）输出控制信号由所述发动机控制模块（1）执行来控制所述发动机（2）的功率；

紧急停机控制阀（16）：其通过指令处理单元（11）与频率变换模块（5）相连：所述紧急停机控制阀（16）输出控制信号由所述频率变换模块（5）来控制所述电动机（7）的停机；

绞车控制阀（14）及扭矩控制阀（15）：均通过指令处理单元（11）与频率变换模块（5）相连：所述绞车控制阀（14）及扭矩控制阀（15）输出控制信号由所述频率变换模块（5）执行来控制所述电动机（7）的输出速度和扭矩，进而控制所述绞车（9）的输出速度和扭矩。

3.根据权利要求1或2所述的测井绞车传动系统，其特征在于：

所述发电机（4）通过一取力器（3）与所述发动机（2）相连，其从所述发动机（2）处获取动力。

4.根据权利要求3所述的测井绞车电传动控制系统，其特征在于：

所述频率转换模块（5）包括变频器Ⅰ和变频器Ⅱ，所述变频器Ⅱ与所述变频器Ⅰ串接。

5.根据权利要求1或2所述的测井绞车电传动控制系统，其特征在于：

系统还包括状态检测单元（18），包括：

用于检测系统电源电压，高压及低压均不执行控制并报错的电源电压检测模块（19）；

绞车控制阀信号检测模块（20），其与绞车控制阀（14）连接：其用于检测所述绞车控制阀（14）的电压信号，电压小于下限或者高于上限报错；

紧急停机信号检测模块（21），其与紧急停机控制阀（16）连接：用于检测所述紧急停机控制阀（16）的电压信号；

用于检测张力超限信号，张力超限时报错的张力检测模块（22）；

用于检测系统在正常工作及低速工作时的速度，失速时报错的失速检测模块（23）。

6.根据权利要求5所述的测井绞车电传动控制系统，其特征在于：

所述发电机（4）及所述电动机（7）及系统中的连接线路上设置有电磁防护装置。

7.根据权利要求6所述的测井绞车电传动控制系统，其特征在于：

所述指令处理单元（11）通过CAN总线与所述指令执行单元（17）连接。

8.根据权利要求1或2所述的测井绞车电传动控制系统，其特征在于：

所述信息显示模块（12）为液晶显示器。