CN206530326U - 一种石油钻机的电子防碰撞系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种石油钻机的电子防碰撞系统，它包括远程操作控制器、游吊系统、绞车滚筒、电机、PLC控制器、第一编码器、游吊系统高度检测装置、盘刹电磁阀、第二编码器和报警器，所述的远程操作控制器与游吊系统连接，所述的游吊系统与第一编码器连接，所述的第一编码器与远程操作控制器连接，所述的游吊系统高度检测装置与PLC控制器连接，所述的PLC控制器与远程操作控制器连接，所述的报警器连接PLC控制器，所述的远程操作控制器通过盘刹电磁阀与绞车滚筒的制动系统连接，所述的绞车滚筒与电机连接，所述的电机与PLC控制器连接。本实用新型提高了石油钻机系统的防碰撞安全性、可靠性和精确性，提高了钻井设备的操控效率。

Description

一种石油钻机的电子防碰撞系统

技术领域

本实用新型涉及钻井工程技术领域，具体是一种石油钻机的电子防碰撞系统。

背景技术

在石油钻井作业过程中，司钻人员会频繁地操作吊环使其完成前倾或后倾等动作，由于凭借人工经验和观察判断常常会导致吊环误碰撞猴台，可能会损坏猴台，甚至引发安全事故。在现有技术中，人们常通过设置机械检测元件的方式来控制相应的刹车回路，这种防碰技术存在响应慢、受限于机械传动部件的延迟效应明显和防碰撞性能不高的问题，而且很大程度上基于操作人员的观察和经验判断，稍有疏忽便会造成无法估量的损失。近些年来随着计算机控制技术和传感器检测技术的发展，电子防碰撞系统逐渐越来越受到石油钻井技术人员的重视。

公开号为CN103576580A的专利申请公开了一种防止顶驱吊环碰挂猴台控制系统，包括霍尔磁敏传感器、可逆计数继电器、无线译码接收机、电源、报警器、倾斜液缸电磁阀、单轴角度传感器、无线编码发射模块和电池组；其特征在于：霍尔磁敏传感器与可逆计数继电器连接，霍尔磁敏传感器检测滚筒转动角度，将脉冲信号输出到可逆计数继电器，可逆计数继电器对收到的脉冲信号进行计数；电源通过可逆计数继电器内部继电器的常开触点为无线译码接收机供电，电源还通过无线译码接收机内部继电器的常闭触点为倾斜液缸进油电磁阀供电；本发明能够在顶驱吊环到达设定高度，且吊环倾斜超过设定值时，关闭倾斜液缸进油电磁阀电源，能有效防止顶驱吊环碰挂猴台，适合各种钻机安装。

该专利申请通过霍尔磁敏传感器检测滚筒转动角度，将脉冲信号输出到可逆计数继电器，可逆计数继电器通过对脉冲计数得出距离，在顶驱吊环到达设定高度距离，且吊环倾斜超过设定值时，关闭倾斜液缸进油电磁阀电源，防止顶驱吊环碰挂猴台。本申请与之相比，要解决的问题相同，但是技术方案不同，本申请是在游吊系统的高度距离采集过程中使用高度传感器采集游吊系统的大钩高度和使用编码器采集吊环伸出位置，同时使用编码器在绞车滚筒位置检测滚筒旋转量并传输到PLC控制器进行逻辑处理，再传输检测数据到司钻控制器，司钻控制器依据检测数据控制游吊系统防止碰撞猴台，实现自动化防碰。司钻人员根据报警信号可以启用工作钳刹车系统减速，与自动化系统配合以实现灵活应对复杂多变的实际工况，本申请的技术方案具有自动化控制和人工控制结合，防碰撞可靠性高的特点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种石油钻机防碰撞系统，以至少实现提高石油钻机系统防碰撞安全性、可靠性和精确性。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种石油钻机的电子防碰撞系统，它包括远程操作控制器、游吊系统、绞车滚筒、电机、PLC控制器、第一编码器、游吊系统高度检测装置、盘刹电磁阀和报警器；所述远程操作控制器的控制接口与游吊系统的控制接口连接，所述游吊系统的编码器检测信号接口与第一编码器连接，所述第一编码器的信号输出端与远程操作控制器的信号输入端连接，所述第一编码器用于检测顶驱吊环的伸出位置；所述游吊系统高度检测装置的输出端与PLC控制器的信号输入端连接，所述PLC控制器的逻辑输入输出端与远程操作控制器的输入输出端连接，所述的PLC控制器连接报警器，所述盘刹电磁阀的电信号接口与远程操作控制器的输出端连接，所述盘刹电磁阀的刹车信号输出接口与绞车滚筒的制动系统接口连接，所述的绞车滚筒的传动部件与电机连接，所述电机的控制接口与PLC控制器的控制接口连接。

所述的游吊系统高度检测装置为距离传感器，所述的距离传感器设置在游吊系统的游车大钩位置，用于检测大钩的高度位置。

所述的游吊系统高度检测装置为第二编码器，所述第二编码器的输出端与PLC控制器的信号输入端连接，且第二编码器与绞车滚筒连接，用于检测绞车滚筒的旋转量。

所述的游吊系统高度检测装置为传感器和第二编码器，所述的传感器设置在游吊系统的游车大钩位置，所述第二编码器与绞车滚筒连接，用于检测绞车滚筒的旋转量，所述编码器的输出端与PLC控制器的信号输入端连接。

进一步，还包括HMI操作屏，所述的HMI操作屏与远程操作控制器的输入输出控制端连接。

所述的距离传感器为激光测距传感器。

所述的第一编码器为绝对值编码器，第二编码器为绝对值编码器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型使用激光测距传感器实时测量游吊系统的大钩高度位置，第一编码器检测顶驱吊环的伸出位置，实时反馈到PLC控制器，PLC控制器将处理后的数据传输到司钻操作控制器，司钻操作控制器将采集的电子高度数据直观呈现给司钻，在司钻进行钻井作业过程中，根据电子数据进行操作，准确性、安全性和操作效率得到了显著提高；在绞车滚筒位置处安装编码器，通过编码器采集绞车滚筒的旋转量，传输到PLC控制器进行逻辑处理计算得出高度数据后传输到司钻控制器，司钻控制器通过控制盘刹电磁阀的开启或关闭来控制绞车滚筒的制动系统，进而实现控制游吊系统在设定的位置停止、启动和实现其他动作，显著提高司钻操控的精确度；高度传感器采集高度数据，第二编码器采集的滚筒旋转量数据传输给PLC控制器，PLC控制器通过旋转量数据计算得出高度数据，对采集的所有高度数据进行比较后输出给远程操作控制器，远程操作控制器根据高度数据差异进行相应的操作，可以进一步提高远程操控精确度；通过设置HMI操作屏与远程操作控制器连接，提高了人机交互的直观性，提高了钻井工程操控效率。本实用新型提高了石油钻机系统的防碰撞安全性、可靠性和精确性。

附图说明

图1为本实用新型的实施例1的结构框图；

图2为本实用新型的实施例2的结构框图；

图3为本实用新型的实施例3的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

一种石油钻机的电子防碰撞系统，它包括远程操作控制器、游吊系统、绞车滚筒、电机、PLC控制器、第一编码器、游吊系统高度检测装置、盘刹电磁阀和报警器；所述远程操作控制器的控制接口与游吊系统的控制接口连接，所述游吊系统的编码器检测信号接口与第一编码器连接，所述第一编码器的信号输出端与远程操作控制器的信号输入端连接，所述第一编码器用于检测顶驱吊环的伸出位置；所述游吊系统高度检测装置的输出端与PLC控制器的信号输入端连接，所述PLC控制器的逻辑输入输出端与远程操作控制器的输入输出端连接，所述的PLC控制器连接报警器，所述盘刹电磁阀的电信号接口与远程操作控制器的输出端连接，所述盘刹电磁阀的刹车信号输出接口与绞车滚筒的制动系统接口连接，所述的绞车滚筒的传动部件与电机连接，所述电机的控制接口与PLC控制器的控制接口连接。

所述的游吊系统高度检测装置为距离传感器，所述的距离传感器设置在游吊系统的游车大钩位置，用于检测大钩的高度位置。

所述的游吊系统高度检测装置为第二编码器，所述第二编码器的输出端与PLC控制器的信号输入端连接，且第二编码器与绞车滚筒连接，用于检测绞车滚筒的旋转量。

所述的游吊系统高度检测装置为传感器和第二编码器，所述的传感器设置在游吊系统的游车大钩位置，所述第二编码器与绞车滚筒连接，用于检测绞车滚筒的旋转量，所述编码器的输出端与PLC控制器的信号输入端连接。

进一步，还包括HMI操作屏，所述的HMI操作屏与远程操作控制器的输入输出控制端连接。

所述的距离传感器为激光测距传感器。

所述的第一编码器为绝对值编码器，第二编码器为绝对值编码器。

实施例1：如图1所示，游吊系统高度检测装置为距离传感器，距离传感器优选为激光测距传感器，激光测距传感器实时采集游吊系统的大钩位置数据，并将采集的位置数据传输给PLC控制器，PLC控制器进行逻辑处理后将数据传输给远程操作控制器，远程控制器控制盘刹电磁阀控制绞车滚筒，同时发送控制指令给PLC控制器，PLC控制器通过控制电机运转来控制绞车滚筒运转速率，以实现控制游吊系统起降速率和大钩位置的效果。在游吊系统上提过程中，当激光测距传感器采集的高度数据达到预警数据时或第一编码器采集的吊环伸出位置达到预警位置时，PLC控制器发出报警驱动指令驱动报警器，提醒司钻人员手动启用工作钳刹车系统，同时PLC控制器向远程操作控制器传输动作请求指令，远程操作控制器下发制动信号指令直接驱动盘刹电磁阀开启或关闭，控制绞车滚筒停止或启用，在需要降低起降速度的工况下远程操作控制器可以发送控制指令给PLC控制器控制电机运转速率，控制绞车滚筒的运转速率。

实施例2：如图2所示，游吊系统高度检测装置为第二编码器，第二编码器采集绞车滚筒的旋转量数据，并将旋转量数据传输到PLC控制器，PLC控制器对旋转量数据进行逻辑处理可以计算出游吊系统的高度数据，PLC将计算得出的高度数据传输给远程操作控制器，远程操作控制器根据绞车滚筒的旋转量高度数据进行相应的操控处理，可以防止吊环挂碰到猴台。在游吊系统上提过程中，当第二编码器采集的高度数据达到预警数据时或第一编码器采集的吊环伸出位置达到预警位置时，PLC控制器发出报警驱动指令驱动报警器，提醒司钻人员手动启用工作钳刹车系统，同时PLC控制器向远程操作控制器传输动作请求指令，远程操作控制器下发制动信号指令直接驱动盘刹电磁阀开启或关闭，控制绞车滚筒停止或启用，在需要降低起降速度的工况下远程操作控制器可以发送控制指令给PLC控制器控制电机运转速率，控制绞车滚筒的运转速率。

实施例3：如图3所示，游吊系统高度检测装置为距离传感器和第二编码器，高度传感器采集高度数据，第二编码器采集的绞车滚筒旋转量数据传输给PLC控制器，PLC控制器通过旋转量数据计算得出高度数据，PLC控制器对采集的所有高度数据进行比较后输出给远程操作控制器，远程操作控制器根据高度数据差异进行相应的操作，可以进一步提高远程操控精确度。在游吊系统上提过程中，当激光测距传感器或第二编码器采集的高度数据达到预警数据时或第一编码器采集的吊环伸出位置达到预警位置时，PLC控制器发出报警驱动指令驱动报警器，提醒司钻人员手动启用工作钳刹车系统，同时PLC控制器向远程操作控制器传输动作请求指令，远程操作控制器下发制动信号指令直接驱动盘刹电磁阀开启或关闭，控制绞车滚筒停止或启用，在需要降低起降速度的工况下，远程操作控制器可以发送控制指令给PLC控制器控制电机运转速率，控制绞车滚筒的运转速率。

随着钻井技术的飞速发展，行业对钻井施工安全的要求不断提高，计算机控制技术和传感器检测技术的发展使得基于电子防碰撞的钻井系统具有巨大的竞争优势。本申请与现有钻井防碰撞系统相比，具有防碰撞安全性、可靠性高的特点，且人机交互强，远程协作能力强的特点。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种石油钻机的电子防碰撞系统，它包括远程操作控制器、游吊系统、绞车滚筒和电机，其特征在于：还包括PLC控制器、第一编码器、游吊系统高度检测装置、盘刹电磁阀和报警器；所述远程操作控制器的控制接口与游吊系统的控制接口连接，所述游吊系统的编码器检测信号接口与第一编码器连接，所述第一编码器的信号输出端与远程操作控制器的信号输入端连接，所述第一编码器用于检测顶驱吊环的伸出位置；所述游吊系统高度检测装置的输出端与PLC控制器的信号输入端连接，所述PLC控制器的逻辑输入输出端与远程操作控制器的输入输出端连接，所述的PLC控制器连接报警器，所述盘刹电磁阀的电信号接口与远程操作控制器的输出端连接，所述盘刹电磁阀的刹车信号输出接口与绞车滚筒的制动系统接口连接，所述的绞车滚筒的传动部件与电机连接，所述电机的控制接口与PLC控制器的控制接口连接。

2.根据权利要求1所述的一种石油钻机的电子防碰撞系统，其特征在于：所述的游吊系统高度检测装置为距离传感器，所述的距离传感器设置在游吊系统的游车大钩位置，用于检测大钩的高度位置。

3.根据权利要求1所述的一种石油钻机的电子防碰撞系统，其特征在于：所述的游吊系统高度检测装置为第二编码器，所述第二编码器的输出端与PLC控制器的信号输入端连接，且第二编码器与绞车滚筒连接，用于检测绞车滚筒的旋转量。

4.根据权利要求1所述的一种石油钻机的电子防碰撞系统，其特征在于：所述的游吊系统高度检测装置为传感器和第二编码器，所述的传感器设置在游吊系统的游车大钩位置，所述第二编码器与绞车滚筒连接，用于检测绞车滚筒的旋转量，所述编码器的输出端与PLC控制器的信号输入端连接。

5.根据权利要求1所述的一种石油钻机的电子防碰撞系统，其特征在于：还包括HMI操作屏，所述的HMI操作屏与远程操作控制器的输入输出控制端连接。

6.根据权利要求2所述的一种石油钻机的电子防碰撞系统，其特征在于：所述的距离传感器为激光测距传感器。

7.根据权利要求1所述的一种石油钻机的电子防碰撞系统，其特征在于：所述的第一编码器为绝对值编码器，第二编码器为绝对值编码器。