CN209293790U - 一种取心器控制电路及旋转式井壁取心器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种取心器控制电路及旋转式井壁取心器，包括：传感器电路，用于采集取心器的各种工作参数，利用各种工作参数生成传感信号并发送传感信号至主控制器；主控制器，用于接收用户终端通过总线接口输入的启动信号，接收传感器电路发送的传感信号，通过总线接口发送传感信号至用户终端，控制直流无刷电机组和功能电磁阀电路运作；功能电磁阀电路，用于控制取心器各油路管线的油压；直流无刷电机组，用于带动取心器的液压泵、钻头和液压马达工作；本申请主控制器将随着传感器电路发送的传感信号的变化，动态的控制直流无刷电机组和功能电磁阀电路，避免了人为调整不及时而造成的事故，提高了安全性。

Description

一种取心器控制电路及旋转式井壁取心器

技术领域

本实用新型涉及石油测井技术领域，特别涉及一种取心器控制电路及旋转式井壁取心器。

背景技术

旋转式井壁取心是一种方便实用的地质取样技术，对油藏评价和新区开发精细解释及降低成本具有重要意义。旋转式井壁取心作为钻井取心的重要补充,可以弥补钻井漏取的层位，以及对薄层、不连续层段进行点取，节约钻井时间，降低钻井取心风险及费用。

旋转式井壁取心器一般采用液压传动技术完成该仪器的推靠、钻进、取心以及折心等动作，但是，目前的旋转式井壁取心器是由人工控制完成各种机械功能，由于人工控制不及时，在取心过程中会经常出现卡钻、易导致电机泵损坏；由于人工控制不能发挥仪器最大效率，使取心时间过长，增加了井壁吸附电缆的风险，从而增加了取心成本，降低了取心成功率，严重制约了旋转式井壁取心器在石油测井中的普遍应用。

因此，如何提高取心器的取心成功率，降低取心风险，以满足石油测井的取心需求，成为了本领域亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种取心器控制电路及旋转式井壁取心器，降低取心风险，提高安全性。其具体方案如下：

一种取心器控制电路，包括：主控制器、直流无刷电机组、传感器电路、功能电磁阀电路和总线接口；

所述主控制器分别与所述直流无刷电机组、所述传感器电路、所述功能电磁阀电路和所述总线接口连接；

所述传感器电路，用于采集取心器的各种工作参数，利用各种工作参数生成传感信号并发送传感信号至所述主控制器；

所述主控制器，用于接收用户终端通过所述总线接口输入的启动信号，接收所述传感器电路发送的传感信号，通过所述总线接口发送传感信号至所述用户终端，控制所述直流无刷电机组和所述功能电磁阀电路运作；

所述功能电磁阀电路，用于控制所述取心器各油路管线的油压；

所述直流无刷电机组，用于带动所述取心器的液压泵、钻头和液压马达工作。

可选的，所述直流无刷电机组包括无刷电机驱动电路、取心直流无刷电机和液压直流无刷电机；

所述无刷电机驱动电路与所述主控制器连接，所述无刷电机驱动电路用于接收所述主控制器发送的电机驱动信号，驱动所述直流无刷电机组运作；

所述取心直流无刷电机和所述液压直流无刷电机分别与所述无刷电机驱动控制电路连接；

所述取心直流无刷电机和所述液压直流无刷电机均用于带动所述取心器的液压泵工作。

可选的，所述无刷电机驱动电路与所述主控制器通过CAN总线连接。

可选的，所述总线接口为DTB传输单元。

可选的，所述DTB传输单元包括下行信号线、上行时钟线和上行数据/启动信号线。

可选的，所述传感器电路包括依次相连的数据采集电路、采样电路和传感器组；所述数据采集电路与所述主控制器连接；

所述传感器组，用于采集所述取心器的各种工作参数，利用各种工作参数生成原始传感信号；

所述采样电路，用于对原始传感信号进行放大和滤波处理，生成模拟传感信号；

所述数据采集电路，用于对模拟传感信号进行模数转换，生成传感信号。

可选的，所述传感器组包括压力传感器、温度传感器、电压传感器和电流传感器。

可选的，所述功能电磁阀电路包括依次相连的数据锁存驱动电路和功能电磁阀；

所述数据锁存驱动电路，用于接收所述主控制器发送的电磁阀驱动信号，驱动所述功能电磁阀工作；

所述功能电磁阀，用于控制所述取心器各油路管线的油压。

本实用新型还公开了一种旋转式井壁取心器，包括液压泵、支撑臂、钻头、液压泵和如前述的取心器控制电路。

本实用新型中，取心器控制电路，包括：主控制器、直流无刷电机组、传感器电路、功能电磁阀电路和总线接口；主控制器分别与直流无刷电机组、传感器电路、功能电磁阀电路和总线接口连接；传感器电路，用于采集取心器的各种工作参数，利用各种工作参数生成传感信号并发送传感信号至主控制器；主控制器，用于接收用户终端通过总线接口输入的启动信号，接收传感器电路发送的传感信号，通过总线接口发送传感信号至用户终端，控制直流无刷电机组和功能电磁阀电路运作；功能电磁阀电路，用于控制取心器各油路管线的油压；直流无刷电机组，用于带动取心器的液压泵、钻头和液压马达工作。

本实用新型传感器电路通过检测取心器因遇到不同硬度岩层而产生的不同工作状态，生成传感信号并发送至主控制器，主控制器通过总线接口接收到用户输入的启动信号后，则利用传感信号生成相应的驱动信号，控制直流无刷电机组和功能电磁阀电路运作，且主控制器将随着传感器电路发送的传感信号的变化，动态的控制直流无刷电机组和功能电磁阀电路，避免了人为调整不及时而造成的部件损坏或工程事故，提高了安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例公开的一种取心器控制电路结构示意图；

图2为本实用新型实施例公开的另一种取心器控制电路结构示意图。

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，而不是全部的实施例。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的范围。

本实用新型实施例公开了一种取心器控制电路，参见图1和图2所示，该电路包括：主控制器1、直流无刷电机组2、传感器电路3、功能电磁阀电路4和总线接口5；

主控制器1分别与直流无刷电机组2、传感器电路3、功能电磁阀电路4和总线接口5连接；

传感器电路3，用于采集取心器的各种工作参数，并发送工作参数至主控制器1；

主控制器1，用于接收用户终端通过总线接口5输入的启动信号，接收传感器电路3发送的工作参数，通过总线接口5发送传感器电路3采集的工作参数至用户终端，控制直流无刷电机组2和功能电磁阀电路4运作；

功能电磁阀电路4，用于控制取心器各油路管线的油压；

直流无刷电机组2，用于带动取心器的液压泵、钻头和液压马达工作。

具体的，传感器电路3采集到取心器的各种工作参数后，可以生成包括各种工作参数的传感信号，并发送至主控制器1；主控制器1在接收用户通过地面终端输入的启动取心指令后，启动并接收传感器电路3发送的传感信号，主控制器1利用传感信号和启动取心指令生成电磁阀驱动信号和电机驱动信号，传感器电路3能够检测到因岩层硬度变化导致取心器的工作状态变化，主控制器1能够依据变化的传感信号，自动生成相应的新的电磁阀驱动信号和电机驱动信号，并分别发送至功能电磁阀电路4和直流无刷电机组2，进而动态的驱动功能电磁阀电路4和直流无刷电机组2工作，形成闭环控制系统。

例如，岩层硬度较低，取心器的钻头温度正常，额定电压下电机电流正常，当岩层硬度变硬，传感器电路3可以见检测到钻头温度升高，电机的电流变大，此时主控制器1可以利用当前传感信号中的钻头温度和电机电流，与前一时刻的传感信号中的钻头温度和电机电流进行对比，检测到钻头温度升高，电机的电流变大，从而主控制器1判断出岩层硬度变硬，此时主控制器1可以相应的生成电磁阀驱动信号和电机驱动信号改变取心器的运行状态，使其适应更高硬度的岩层，例如，降低钻头下降速度，电机采用高扭矩模式等方法。

其中，功能电磁阀电路4控制取心器中各油路管线的油压，进而控制各用油设备的喷油量，从而控制各用油设备的工作状态，例如，用油设备包括马达、泵机和/或柴油机等。

具体的，功能电磁阀电路4可以包括依次相连的数据锁存驱动电路41和功能电磁阀42；数据锁存驱动电路41，用于接收主控制器1发送的电磁阀驱动信号，利用电磁阀驱动信号驱动功能电磁阀42工作；功能电磁阀42，用于控制取心器各油路管线的油压。

其中，直流无刷电机组2，可以具体包括无刷电机驱动电路21、取心直流无刷电机22和液压直流无刷电机23；无刷电机驱动电路21与主控制器1连接，无刷电机驱动电路21用于接收主控制器1发送的电机驱动信号，利用电机驱动信号，驱动直流无刷电机组2运作；取心直流无刷电机22和液压直流无刷电机23分别与无刷电机驱动控制电路连接；取心直流无刷电机22和液压直流无刷电机23均用于带动取心器的液压泵工作。

具体的，取心直流无刷电机22带动取心器中的液压泵通过液压油驱动取心器中的取心液压马达及钻头旋转进行取心；液压直流无刷电机23则带动取心器中的液压泵通过液压油使支撑臂张开，还可以推动取心器中的液压马达钻进。

需要说明的是，主控制器1在接收到传感器电路3采集的工作参数后，将通过总线接口5将工作参数发送至用户终端，以供地面操作人员监视，了解取心器当前的工作状态。

可见，本实用新型实施例传感器电路3通过检测取心器因遇到不同硬度岩层而产生的不同工作状态，生成传感信号并发送至主控制器1，主控制器1通过总线接口5接收到用户输入的启动信号后，则利用传感信号生成相应的驱动信号，控制直流无刷电机组2和功能电磁阀电路4运作，且主控制器1将随着传感器电路3发送的传感信号的变化，动态的控制直流无刷电机组2和功能电磁阀电路4，避免了人为调整不及时而造成的部件损坏或工程事故，提高了安全性。

具体的，上述传感器电路3可以具体包括依次相连的数据采集电路31、采样电路32和传感器组33；数据采集电路31与主控制器1连接；传感器组33，用于采集取心器的各种工作参数，利用各种工作参数生成模拟信号形式的原始传感信号；采样电路32，用于对原始传感信号进行放大和滤波处理，生成模拟信号形式的模拟传感信号，通过对原始传感信号进行预处理，以满足数据采集电路31进行对信号进行模数转换的前提；数据采集电路31，用于对模拟传感信号进行模数转换，将模拟信号形式的模拟传感信号转换为数字信号形式的传感信号。

其中，传感器组33可以具体包括压力传感器331、温度传感器332、电压传感器333和334；其中，334包括直流无刷电机电流取样电阻，电压传感器333包括直流无刷电机电压取样电阻；当然，根据实际应用需求传感器电路3具体的种类和数量可以根据实际应用需求进行设定，在此不做限定。

进一步的，取心过程中由于岩层的硬度不同，取心钻头遇到的阻力也不同，传感器电路3会及时的将工作参数反馈给采样电路32，经数据采集电路31进行模数转换后送给主控制器1，主控制器1分析各路参数后发出控制电磁阀、电机指令即生成电磁阀驱动信号和电机驱动信号，通过控制不同液压管路电磁阀的动作来控制液压油的压力，从而可改变取心液压马达的转速、以及取心钻头的推进速度，实时自动调整电磁阀的工作状态以便调整液压油的压力，使钻头能够平稳钻进，甚至可以自动控制完成遇阻稍微退钻再钻进的功能，达到保护电机泵免于烧毁，因而可避免人工调整不及时而造成的部件损坏，或工程事故。

具体的，无刷电机驱动电路21与主控制器1可以通过CAN总线(CAN，ControllerArea Network，控制器局域网络)连接；无刷电机驱动电路21可以包括TMS320LF240X系列的数字信号处理器和IR2214驱动芯片，数字信号处理器与主控制器1通过CAN总线进行通信，数字信号处理器接收到主控制器1指令后，生成驱动电机运转的时序信号，经IR2214驱动至直流无刷电机组2。

具体的，上述总线接口5可以采用DTB传输单元，DTB传输单元包括下行信号线、上行时钟线和上行数据/启动信号线。

其中，主控制器1可以采用TMS320LF240X系列的数字信号处理器，作为中心单元执行数据运算、数据分析、命令接收和发送功能；总线接口5电路可以采用ProASIC3系列现场可编程门阵列芯片，以实现时序逻辑、控制信号的产生、数据获取、数据的并串转换、与地面控制系统通信数据的编解码、与主控制器1进行数据通信等功能。

本实用新型实施例还公开了一种旋转式井壁取心器，包括液压泵、支撑臂、钻头、液压泵和如前述的取心器控制电路。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种取心器控制电路，其特征在于，包括：主控制器、直流无刷电机组、传感器电路、功能电磁阀电路和总线接口；

所述主控制器分别与所述直流无刷电机组、所述传感器电路、所述功能电磁阀电路和所述总线接口连接；

所述传感器电路，用于采集取心器的各种工作参数，利用各种工作参数生成传感信号并发送传感信号至所述主控制器；

所述主控制器，用于接收用户终端通过所述总线接口输入的启动信号，接收所述传感器电路发送的传感信号，通过所述总线接口发送传感信号至所述用户终端，控制所述直流无刷电机组和所述功能电磁阀电路运作；

所述功能电磁阀电路，用于控制所述取心器各油路管线的油压；

所述直流无刷电机组，用于带动所述取心器的液压泵、钻头和液压马达工作。

2.根据权利要求1所述的取心器控制电路，其特征在于，所述直流无刷电机组包括无刷电机驱动电路、取心直流无刷电机和液压直流无刷电机；

所述无刷电机驱动电路与所述主控制器连接，所述无刷电机驱动电路用于接收所述主控制器发送的电机驱动信号，驱动所述直流无刷电机组运作；

所述取心直流无刷电机和所述液压直流无刷电机分别与所述无刷电机驱动控制电路连接；

所述取心直流无刷电机和所述液压直流无刷电机均用于带动所述取心器的液压泵工作。

3.根据权利要求2所述的取心器控制电路，其特征在于，所述无刷电机驱动电路与所述主控制器通过CAN总线连接。

4.根据权利要求1所述的取心器控制电路，其特征在于，所述总线接口为DTB传输单元。

5.根据权利要求4所述的取心器控制电路，其特征在于，所述DTB传输单元包括下行信号线、上行时钟线和上行数据/启动信号线。

6.根据权利要求1所述的取心器控制电路，其特征在于，所述传感器电路包括依次相连的数据采集电路、采样电路和传感器组；所述数据采集电路与所述主控制器连接；

所述传感器组，用于采集所述取心器的各种工作参数，利用各种工作参数生成原始传感信号；

所述采样电路，用于对原始传感信号进行放大和滤波处理，生成模拟传感信号；

所述数据采集电路，用于对模拟传感信号进行模数转换，生成传感信号。

7.根据权利要求6所述的取心器控制电路，其特征在于，所述传感器组包括压力传感器、温度传感器、电压传感器和电流传感器。

8.根据权利要求1所述的取心器控制电路，其特征在于，所述功能电磁阀电路包括依次相连的数据锁存驱动电路和功能电磁阀；

所述数据锁存驱动电路，用于接收所述主控制器发送的电磁阀驱动信号，驱动所述功能电磁阀工作；

所述功能电磁阀，用于控制所述取心器各油路管线的油压。

9.一种旋转式井壁取心器，其特征在于，包括液压泵、支撑臂、钻头、液压泵和如权利要求1至8任一项所述的取心器控制电路。