CN206645745U - 一种钻机绞车控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种钻机绞车控制器，通过压力传感器测量死绳固定器的压力值，得到死绳固定器的载荷信号；经过AD转换器将载荷信号转换为载荷值；通过绞车编码器获取与游动滑车升降幅度相关的脉冲信号；通过信号处理器对脉冲信号进行抗干扰处理，并依据脉冲信号的相序判断出绞车的运转方向；利用单片机对载荷值和升降幅度值进行监测，当载荷值大于或等于预设载荷值或者当升降幅度值满足第一预设条件，则控制绞车电磁刹车装置减速；当载荷值大于或等于最大载荷值或者当升降幅度值满足第二预设条件，则控制绞车气动刹车装置制动。通过钻机绞车控制器可以自动获取到钻机设备的载荷值和游动滑车的升降幅度值，实现对钻机绞车刹车装置的自动化控制。

Description

一种钻机绞车控制器

技术领域

本实用新型涉及石油钻井技术领域，特别是涉及一种钻机绞车控制器。

背景技术

国内石油行业中，钻机绞车是钻机核心部件，直接决定着钻机的钻进能力，但是由于环境恶劣及老旧设备较多等原因，传统方式中，钻机设备的悬重指示控制和游动滑车的升降幅度限位控制，多采用机械系统实现，即需要人工进行观察从而控制钻机的刹车制动等，结构功能简单，可靠性不高。

如果在钻机作业过程中，能够自动指示记录钻机设备的悬重指示(载荷值)和游动滑车的升降幅度值，判断钻机设备的工作状态，根据预先设置的参数值，控制钻机绞车减速刹车，实现钻机绞车的超限自动控制，将极大的提高钻机设备的性能，提高其可靠性。

可见，如何提升钻机设备的自动化程度，是本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种钻机绞车控制器，可以自动化控制钻机绞车的刹车装置，提升了钻机设备的自动化程度。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种钻机绞车控制器，包括压力传感器、AD转换器、绞车编码器、信号处理器、单片机和直流开关电源：

所述压力传感器，用于测量死绳固定器的压力值，得到所述死绳固定器的载荷信号；

所述AD转换器与所述压力传感器连接，用于将所述载荷信号转换为载荷值；

所述压力传感器，用于测量死绳固定器的压力值，得到所述死绳固定器的载荷信号；

所述AD转换器与所述压力传感器连接，用于将所述载荷信号转换为载荷值；

所述绞车编码器，用于获取与游动滑车升降幅度相关的脉冲信号；

所述信号处理器与所述绞车编码器连接，用于对所述脉冲信号进行抗干扰处理，并依据所述脉冲信号的相序判断绞车的运转方向；

所述单片机与所述信号处理器连接，用于依据所述脉冲信号的相序和累计数量计算出游动滑车的升降幅度值；

所述单片机还与所述AD转换器连接，还用于监测所述载荷值和所述升降幅度值，当所述载荷值大于或等于预设载荷值或当所述升降幅度值满足第一预设条件，则控制所述绞车电磁刹车装置减速；当所述载荷值大于或等于最大载荷值或当所述升降幅度值满足第二预设条件，则控制绞车气动刹车装置制动；

所述直流开关电源分别与所述AD转换器、所述信号处理器以及所述单片机连接，用于为所述AD转换器、所述信号处理器以及所述单片机提供相应的电压。

可选的，所述单片机包括：第一监测单元、模拟量输出单元和气动控制输出单元；

所述第一监测单元，用于监测所述载荷值，当所述载荷值大于或等于预设载荷值，则触发所述模拟量输出单元；

所述模拟量输出单元，用于根据所述载荷值的变化，产生相对应的电压模拟量，并利用所述电压模拟量控制绞车电磁刹车装置减速；

所述第一监测单元还用于监测所述载荷值，当所述载荷值大于或等于最大载荷值，则触发所述气动控制输出单元；

所述气动控制输出单元，用于输出气动控制信号，控制绞车气动刹车装置制动。

可选的，所述单片机包括：第二监测单元、模拟量输出单元和气动控制输出单元；

所述第二监测单元，用于监测所述升降幅度值，当所述升降幅度值大于或等于预设上限值；或当所述升降幅度值小于或等于预设下限值，则触发所述模拟量输出单元；

所述模拟量输出单元，用于根据所述升降幅度值的变化，产生相对应的电压模拟量，并利用所述电压模拟量控制绞车电磁刹车装置减速；

所述第二监测单元还用于监测所述升降幅度值，当所述升降幅度值大于或等于最高极限值；或当所述升降幅度值小于或等于最低极限值，则触发所述气动控制输出单元；

所述气动控制输出单元，用于输出气动控制信号，控制绞车气动刹车装置制动。

可选的，还包括LED数码管：

所述LED数码管与所述单片机连接，用于显示所述载荷值或所述升降幅度值。

可选的，还包括控制按键器：

所述控制按键器与所述单片机连接，用于接收用户设置的数值，并将所述数值传送至所述单片机；所述数值包括：载荷值的显示精度值和所述预设载荷值。

可选的，还包括声光报警器：

所述声光报警器分别与所述单片机和所述直流开关电源连接，当所述载荷值大于或等于所述预设载荷值或当所述升降幅度值满足所述第一预设条件时，所述单片机控制所述声光报警器发出声光信号；所述直流开关电源为所述声光报警器提供相应的工作电压。

可选的，所述直流开关电源采用直流电压转换器为与其连接的负载提供相应的工作电压。

由上述技术方案可以看出，对于钻机设备的悬重指示，可以通过压力传感器测量死绳固定器的压力值，得到死绳固定器的载荷信号；由于该载荷信号为模拟信息，需要经过AD转换器将所述载荷信号转换为载荷值；对于游动滑车的的升降幅度值，可以通过绞车编码器获取与游动滑车升降幅度相关的脉冲信号；并通过信号处理器对所述脉冲信号进行抗干扰处理，并依据所述脉冲信号的相序判断出绞车的运动方向；单片机与该信号处理器连接，可以依据所述脉冲信号的相序和累计数量计算出游动滑车的升降幅度值，单片机可以对载荷值和升降幅度值进行监测，当载荷值大于或等于预设载荷值或者是当升降幅度值满足第一预设条件，则控制绞车电磁刹车装置减速；当载荷值大于或等于最大载荷值或者是当升降幅度值满足第二预设条件，则控制绞车气动刹车装置制动。可见，通过钻机绞车控制器，可以自动获取到钻机设备的载荷值和游动滑车的升降幅度值，并且实现对钻机绞车刹车装置的自动化控制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种钻机绞车控制器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种钻机绞车控制器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护范围。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

本实用新型实施例提供了一种钻机绞车控制器，如图1所示为该钻机绞车控制器的结构示意图，包括：压力传感器1、AD转换器2、绞车编码器3、信号处理器4、单片机5和直流开关电源6；

所述压力传感器1，可以用于测量死绳固定器的压力值，得到所述死绳固定器的载荷信号。

由于死绳固定器压力值可以是不断变化的数值，所以压力传感器1得到的载荷信号是一个模拟信号。考虑到单片机5在对数据进行处理之前，需要将模拟量转换为数字量，在本实用新型实施例中，可以通过与压力传感器1连接的AD转换器，将所述载荷信号直接转换为载荷值；从而将该载荷值传输至单片机5。

所述绞车编码器3，可以用于获取与游动滑车升降幅度相关的脉冲信号。

由于获取过程中，容易受到其他信号的干扰，导致所述脉冲信号中掺杂有其他干扰信号，若直接将绞车编码器3获取的数据信息传输给单片机5，可能会导致单片机5获取错误的脉冲信号，从而导致错误的判断。

在本实用新型实施例中，可以通过与所述绞车编码器3连接的信号处理器4，对所述脉冲信号进行抗干扰处理。

抗干扰处理的过程可以看做是从干扰信号中提取出与游动滑车升降幅度相关的脉冲信号的过程。

绞车工作时，可以利用滚筒上缠的钻井钢丝绳，通过控制轴的正反转使钢丝绳在滚筒上缠绳或放绳，以实现游动滑车的起升或下放等目的。

在本实用新型实施例中，信号处理器4可以依据所述脉冲信号的相序判断绞车的运转方向，从而判断游动滑车的上升与下降，即升降幅度值的增加与减小。单片机5与所述信号处理器4连接，可以依据所述脉冲信号的相序和累计数量计算出游动滑车的升降幅度值。

在具体实现中，绞车编码器获取的脉冲信号，反映的是滚筒上的圈数值，累计数量指的是脉冲的个数，依据脉冲的个数可以判断出滚筒上圈数的变化。根据钢丝绳在滚筒上缠绕一圈的长度值，以及钢丝绳层数位置和滚筒的参数等，单片机5可以计算出相应的升降幅度值。

获取载荷值和升降幅度值的目的在于，根据这些数值的变化，控制钻机绞车刹车装置的减速刹车，在钻机绞车中可以设置有绞车电磁刹车装置和绞车气动刹车装置，从而有效的防止钻机设备的超载使用或者是游动滑车的超限使用。举例说明，超限使用可以包括冒顶天车或砸钻台等事故。

在本实用新型实施例中，单片机5分别与所述AD转换器2连接以及所述信号处理器4连接，用于监测所述载荷值和所述升降幅度值，当所述载荷值大于或等于预设载荷值或当所述升降幅度值满足第一预设条件，则控制所述绞车电磁刹车装置减速；当所述载荷值大于或等于最大载荷值或当所述升降幅度值满足第二预设条件，则控制绞车气动刹车。

对于钻机设备的载荷值而言，可以将单片机5的监测和控制过程，划分为第一监测单元、模拟量输出单元和气动控制输出单元的操作。

可以在单片机5中的第一监测单元预先设置预设载荷值和最大载荷值。

其中第一监测单元，可以用于监测所述载荷值，当所述载荷值大于或等于预设载荷值，则触发所述模拟量输出单元。

预设载荷值可以看做是钻机设备载荷值的提醒值，当钻机设备的载荷值大于或等于该预设载荷值时，则说明此时钻机设备的载荷值已经接近于钻机设备所能承受的最大载荷值。

为了防止钻机设备超载，可以通过单片机5中的模拟量输出单元，根据所述载荷值的变化，产生相对应的电压模拟量，并利用所述电压模拟量控制绞车电磁刹车装置减速。

其中，通过电压值的变化来控制绞车电磁刹车装置减速，该减速过程可以看做是一种缓慢刹车的过程，电压值越大，则绞车电磁刹车装置减速的幅度越大，从而控制载荷值增长速率变慢。

绞车电磁刹车装置的减速过程可以实现对钻机设备载荷值增长的控制，但是由于绞车电磁刹车装置的减速过程相对比较缓慢，所以可能会出现在绞车电磁刹车装置的减速过程中，载荷值仍继续增大的情况，为了防止钻机设备超载，针对该种情况，在第一监控单元中预先设置了最大载荷值。

最大载荷值可以看做是钻机设备载荷值的上限值，当钻机设备的载荷值大于或等于该最大载荷值时，则说明此时钻机设备的载荷值已经接近极限，若继续增大则会导致钻机设备超载，影响钻机设备的使用安全。

绞车气动刹车装置可以看做是一种快速刹车的过程。在绞车电磁刹车装置减速过程中，若钻机设备的载荷值大于或等于最大载荷值时，可以通过绞车气动刹车装置进行紧急刹车，此时钻机设备的载荷值不会再继续增长，从而防止钻机设备超载。

具体的，当单片机5中的第一监测单元，监测到载荷值大于或等于最大载荷值时，则触发所述气动控制输出单元，输出气动控制信号，从而控制绞车气动刹车装置制动。

其中，该气动控制信号可以是一个具体的电压值，例如24伏特(V)，当绞车气动刹车装置接收到该电压值后，便可以进行紧急刹车。

对于游动滑车的的升降幅度值而言，可以将单片机5的监测和控制过程，划分为第二监测单元、模拟量输出单元和气动控制输出单元的操作。

可以在单片机5中的第二监测单元预先设置第一预设条件和第二预设条件，预先设置该预设条件是为了在游动滑车起升过程中，防止游动滑车冒顶天车情况的发生，或者是在游动滑车下放过程中，防止游动滑车砸钻台情况的发生。

在计算升降幅度值时，可以以钻台所在的位置为参考面，即该升降幅度值可以用于表示游动滑车的距离钻台的距离。由于钻台与天车之间的距离可以是固定的数值，由此，根据该升降幅度值可以得出游动滑车的距离天车的距离。

接下来将对升降幅度值满足第一预设条件的具体情况展开介绍。针对于游动滑车起升时对应的幅度值，可以在单片机5中的第二监测单元预先设置预设上限值；针对于游动滑车下放时对应的幅度值，可以在单片机5中的第二监测单元预先设置预设下限值。也即预先设置的第一预设条件包括预先设置预设上限值和预设下限值。

具体的，可以通过单片机5中的第二监测单元监测所述升降幅度值，当所述升降幅度值大于或等于预设上限值；或当所述升降幅度值小于或等于预设下限值，则触发所述模拟量输出单元。所述模拟量输出单元，用于根据所述升降幅度值的变化，产生相对应的电压模拟量，并利用所述电压模拟量控制绞车电磁刹车装置减速。

其中，针对游动滑车起升过程，预设上限值可以用于表示游动滑车的距离天车安全距离的界限值，游动滑车在起升过程中，升降幅度值会不断的增大，会越来越接近该预设上限值，当升降幅度值大于或等于该预设上限值时，则说明游动滑车已经接近天车的位置。

针对游动滑车下放过程，预设下限值可以用于表示游动滑车距离钻台安全距离的界限值，游动滑车在下放过程中，升降幅度值会不断的减小，会越来越接近该预设下限值，当升降幅度值小于或等于该预设上限值时，则说明游动滑车已经接近钻台的位置。

为了防止游动滑车超限，可以通过单片机5中的模拟量输出单元，根据所述升降幅度值的变化，产生相对应的电压模拟量，并利用所述电压模拟量控制绞车电磁刹车装置减速。

绞车电磁刹车装置的减速过程可以实现对游动滑车升降幅度值的控制，但是由于绞车电磁刹车装置的减速过程相对比较缓慢，所以可能会出现升降幅度值在超过预设上限值后，继续增大的情况，或者是升降幅度值小于预设下限值后，继续减小的情况。针对该种情况，单片机5可以根据预先设置的第二预设条件，通过控制绞车气动刹车装置进行紧急刹车。

接下来将对升降幅度值满足第二预设条件的具体情况展开介绍。针对于游动滑车起升时对应的幅度值，可以在单片机5中的第二监测单元预先设置最高限位值；针对于游动滑车下放时对应的幅度值，可以在单片机5中的第二监测单元预先设置最低限位值。也即预先设置的第二预设条件包括预先设置最高限位值和最低限位值。

针对游动滑车起升过程，最高限位值可以看做是游动滑车升降幅度值的上限值，当游动滑车的升降幅度值大于或等于该最高限位值时，则说明此时游动滑车的升降幅度值已经接近极限，若继续增大则会导致游动滑车的冒顶天车。

针对游动滑车下放过程，最低限位值可以看做是游动滑车升降幅度值的下限值，当游动滑车的升降幅度值小于或等于该最低限位值时，则说明此时游动滑车的升降幅度值已经接近极限，若继续降低则会导致游动滑车砸钻台。

绞车气动刹车装置可以看做是一种快速刹车的过程。在绞车电磁刹车装置减速过程中，若游动滑车的升降幅度值大于或等于最高限位值或者是当游动滑车的升降幅度值小于或等于最低限位值时，可以通过绞车气动刹车装置进行紧急刹车，从而防止游动滑车冒顶天车。

具体的，当单片机5中的第二监测单元，监测到升降幅度值大于或等于最高限位值或者是当升降幅度值小于或等于最低限位值时，则触发所述气动控制输出单元，输出气动控制信号，从而控制绞车气动刹车装置制动。

为保证AD转换器2、信号处理器4以及单片机5的正常工作，需要为其提供工作时所需的电压，在本实用新型实施例中，直流开关电源6分别与所述AD转换器2、所述信号处理器4以及所述单片机5连接，用于为所述AD转换器2、所述信号处理器4以及所述单片机5提供相应的电压。

在本实用新型实施例中，可以采用直流24V供电，直流开关电源6可以采用直流电压转换器(DC/DC)，将24V电压转换为各部分所需的电压值，供给各部分负载，例如AD转换器、信号处理器和单片机等。

由上述技术方案可以看出，对于钻机设备的悬重指示，可以通过压力传感器测量死绳固定器的压力值，得到死绳固定器的载荷信号；由于该载荷信号为模拟信息，需要经过AD转换器将所述载荷信号转换为载荷值；对于游动滑车的的升降幅度值，可以通过绞车编码器获取与游动滑车升降幅度相关的脉冲信号；并通过信号处理器对所述脉冲信号进行抗干扰处理，并依据所述脉冲信号的相序判断出绞车的运动方向；单片机与该信号处理器连接，可以依据所述脉冲信号的相序和累计数量计算出游动滑车的升降幅度值，单片机可以对载荷值和升降幅度值进行监测，当载荷值大于或等于预设载荷值或者是当升降幅度值满足第一预设条件，则控制绞车电磁刹车装置减速；当载荷值大于或等于最大载荷值或者是当升降幅度值满足第二预设条件，则控制绞车气动刹车装置制动。可见，通过钻机绞车控制器，可以自动获取到钻机设备的载荷值和游动滑车的升降幅度值，并且实现对钻机绞车刹车装置的自动化控制。

为了进一步提升所述钻机绞车控制器的性能，如图2所示，在该钻机绞车控制器中还可以设置LED数码管7、控制按键器8和声光报警器9。

所述LED数码管7与所述单片机5连接，设置LED数码管7的目的在于，可以便于操作者直接观察到钻机设备的载荷值和游动滑车的升降幅度值。

当需要对钻机设备的载荷值进行控制时，单片机5可以触发所述LED数码管7，用于显示载荷值；当需要对游动滑车的的升降幅度值进行控制时，单片机5可以触发所述LED数码管7，用于显示升降幅度值。

其中，该LED数码管7可以采用4位数码管。

为了便于用户可以根据实际情况进行参数的设定，该钻机绞车控制器中还可以包括控制按键器8。

所述控制按键器8与所述单片机5连接，用于接收用户设置的数值，并将所述数值传送至所述单片机5。

其中，设置的数值可以包括载荷值的显示精度值和预设载荷值以及上述介绍中的预设上限值和预设下限值等。

当实际载荷值大于或等于预设载荷值或者升降幅度值满足第一预设条件时，为了可以及时提醒用户，该钻机绞车控制器中还可以包括声光报警器9：

所述声光报警器9分别与所述单片机5和所述直流开关电源6连接，当所述载荷值大于或等于所述预设载荷值或当所述升降幅度值满足所述第一预设条件时，所述单片机5控制所述声光报警器9发出声光信号；所述直流开关电源6为所述声光报警器9提供相应的工作电压。

需要说明的是，在本实用新型实施例中，可以在钻机绞车控制器中设置LED数码管7、控制按键器8和声光报警器9中的任意一个或任意组合，在此不做限定。图2所示，仅以同时设置LED数码管7、控制按键器8和声光报警器9为例展开的介绍。

以上对本实用新型所提供的一种钻机绞车控制器进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种钻机绞车控制器，其特征在于，包括压力传感器、AD转换器、绞车编码器、信号处理器、单片机和直流开关电源：

所述压力传感器，用于测量死绳固定器的压力值，得到所述死绳固定器的载荷信号；

所述AD转换器与所述压力传感器连接，用于将所述载荷信号转换为载荷值；

所述绞车编码器，用于获取与游动滑车升降幅度相关的脉冲信号；

所述信号处理器与所述绞车编码器连接，用于对所述脉冲信号进行抗干扰处理，并依据所述脉冲信号的相序判断绞车的运转方向；

所述单片机与所述信号处理器连接，用于依据所述脉冲信号的相序和累计数量计算出游动滑车的升降幅度值；

所述单片机还与所述AD转换器连接，还用于监测所述载荷值和所述升降幅度值，当所述载荷值大于或等于预设载荷值或当所述升降幅度值满足第一预设条件，则控制所述绞车电磁刹车装置减速；当所述载荷值大于或等于最大载荷值或当所述升降幅度值满足第二预设条件，则控制绞车气动刹车装置制动；

所述直流开关电源分别与所述AD转换器、所述信号处理器以及所述单片机连接，用于为所述AD转换器、所述信号处理器以及所述单片机提供相应的电压。

2.根据权利要求1所述的钻机绞车控制器，其特征在于，所述单片机包括：第一监测单元、模拟量输出单元和气动控制输出单元；

所述第一监测单元，用于监测所述载荷值，当所述载荷值大于或等于预设载荷值，则触发所述模拟量输出单元；

所述模拟量输出单元，用于根据所述载荷值的变化，产生相对应的电压模拟量，并利用所述电压模拟量控制绞车电磁刹车装置减速；

所述第一监测单元还用于监测所述载荷值，当所述载荷值大于或等于最大载荷值，则触发所述气动控制输出单元；

所述气动控制输出单元，用于输出气动控制信号，控制绞车气动刹车装置制动。

3.根据权利要求1所述的钻机绞车控制器，其特征在于，所述单片机包括：第二监测单元、模拟量输出单元和气动控制输出单元；

所述第二监测单元，用于监测所述升降幅度值，当所述升降幅度值大于或等于预设上限值；或当所述升降幅度值小于或等于预设下限值，则触发所述模拟量输出单元；

所述模拟量输出单元，用于根据所述升降幅度值的变化，产生相对应的电压模拟量，并利用所述电压模拟量控制绞车电磁刹车装置减速；

所述第二监测单元还用于监测所述升降幅度值，当所述升降幅度值大于或等于最高极限值；或当所述升降幅度值小于或等于最低极限值，则触发所述气动控制输出单元；

所述气动控制输出单元，用于输出气动控制信号，控制绞车气动刹车装置制动。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的钻机绞车控制器，其特征在于，还包括LED数码管：

所述LED数码管与所述单片机连接，用于显示所述载荷值或所述升降幅度值。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的钻机绞车控制器，其特征在于，还包括控制按键器：

所述控制按键器与所述单片机连接，用于接收用户设置的数值，并将所述数值传送至所述单片机；所述数值包括：载荷值的显示精度值和所述预设载荷值。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的钻机绞车控制器，其特征在于，还包括声光报警器：

所述声光报警器分别与所述单片机和所述直流开关电源连接，当所述载荷值大于或等于所述预设载荷值或当所述升降幅度值满足所述第一预设条件时，所述单片机控制所述声光报警器发出声光信号；所述直流开关电源为所述声光报警器提供相应的工作电压。

7.根据权利要求1-3任意一项所述的钻机绞车控制器，其特征在于，所述直流开关电源采用直流电压转换器为与其连接的负载提供相应的工作电压。