CN209724315U - 一种智能化钻机控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能化钻机控制系统，主要解决现有技术中存在的现有钻机监控方式依赖操作人员的经验，其控制灵敏度与控制精度都不高及难以全面控制及监控钻机工作的问题。该一种智能化钻机控制系统包括数据采集组和液压缸；数据采集组的输出端电连有控制器；控制器的控制输出端与液压缸的控制输入端电连，控制器的控制数字信号输出端电连有发动机；控制器的模拟量信号端口电连有人机交互系统。通过上述方案，本实用新型系统集成度高、可扩展性强能提供简单友好的操作界面，具备良好的可用性，具有很高的实用价值和推广价值。

Description

一种智能化钻机控制系统

技术领域

本实用新型涉及钻机控制领域，具体地说，是涉及一种智能化钻机控制系统。

背景技术

钻机广泛用于探矿、铁路、公路、桥梁、水利水电、隧道、水井、锚杆、小口径金刚石岩心绳索取芯钻探、工民建、工程地质勘探、地源热钻孔、煤层气钻探。

现普遍采用的方式是钻机在钻进过程中，通过机械与手工的方式进行监测与控制，比较依赖操作人员的经验，其控制灵敏度与控制精度都不高；也有少量使用控制系统控制钻机的方式，但现有控制系统均为部分控制，采集的信息有限，难以全面控制及监控钻机工作。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种智能化钻机控制系统，以解决现有钻机监控方式依赖操作人员的经验，其控制灵敏度与控制精度都不高及难以全面控制及监控钻机工作的问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种智能化钻机控制系统包括数据采集组和液压缸；数据采集组的输出端电连有控制器；控制器的控制输出端与液压缸的控制输入端电连，控制器的控制数字信号输出端电连有发动机；控制器的模拟量信号端口电连有人机交互系统。

具体地，控制器包括可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器的信号输入端分别电连有模拟量信号输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块。

具体地，数据采集组包括发动机监测组、油压监测组。

具体地，发动机监测组包括均设置在发动机内的机油压力传感器、水温传感器、转速传感器；机油压力传感器的输出端、水温传感器的输出端、转速传感器的输出端分别与模拟量输入模块的模拟信号输入端电连。

具体地，油压监测组包括分别设置在总管路、油缸管路、夹持器管路、泥浆泵管路的压力传感器；压力传感器的压力信号输出端与模拟量输入模块的压力模拟信号输入端电连。

具体地，数据采集组还包括泥浆转速传感器、设置在液压油箱内的温度传感器、用于测电池电压的电池电压传感器、用于测给进梁倾角的给进梁倾角传感器、GPS接收器、接近传感器；泥浆转速传感器、液压油箱温度传感器、电池电压传感器、给进梁倾角传感器、GPS接收器、接近传感器中全部的输出端分别与模拟量输入模块的对应的模拟信号输入端电连。

具体地，人机交互系统为工控触摸屏，其与数字量输入模块的数字量信号端口电连。

具体地，液压控制模块为数字比例阀，其通过模拟量输出模块与可编程控制器电连。

具体地，发动机控制模块为油门执行器，其通过模拟量输出模块与可编程控制器电连。

具体地，可编程逻辑控制器为嵌入式微控制器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型通过数据采集组采集全面采集钻机的数据通过控制器通过数据对发动机及液压控制模块进行控制，同时通过人机交互系统实时显示采集及控制的信息；相对现有靠人工经验及少数部分控制的钻机，本实用新型基于电子技术对钻机进行监测与控制，其控制灵敏，控制精度高；采用模块化设计，其系统集成度高、可扩展性强能提供简单友好的操作界面，具备良好的可用性。

附图说明

图1为本实用新型一种智能化钻机控制系统拓扑图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。

如图1所示，一种智能化钻机控制系统包括数据采集组和液压缸；数据采集组的输出端电连有控制器；控制器的控制输出端与液压缸的控制输入端电连，控制器的控制数字信号输出端电连有发动机；控制器的模拟量信号端口电连有人机交互系统；本实用新型通过数据采集组采集全面采集钻机的数据通过控制器通过数据对发动机及液压控制模块进行控制，同时通过人机交互系统实时显示采集及控制的信息；相对现有靠人工经验及少数部分控制的钻机，本实用新型基于电子技术对钻机进行监测与控制，其控制灵敏，控制精度高；采用模块化设计，其系统集成度高、可扩展性强能提供简单友好的操作界面，具备良好的可用性。

作为本实用新型较佳的实施例中，控制器包括可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器的信号输入端分别电连有模拟量信号输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块。

作为本实用新型较佳的实施例中，数据采集组包括发动机监测组、油压监测组。

作为本实用新型较佳的实施例中，发动机监测组包括均设置在发动机内的机油压力传感器、水温传感器、转速传感器；机油压力传感器的输出端、水温传感器的输出端、转速传感器的输出端分别与模拟量输入模块的模拟信号输入端电连。

其中，发动机监测组的传感器安装与发动机内部，液压油压力传感器安装于总管路、动力头、加持器液压控制管路，水温传感器安装于发动机水箱，转速传感器安装于动力头，泥浆泵

名称	规格型号	供应商
			压力传感器	0862680-0523053	诺冠
一体化温度变送器	SIN-WZPK	联测仪表
			松下接近传感器	GX-H15或GX-H12。	松下
发动机传感器组	正扬电子定制组合仪表	东莞正扬电子

作为本实用新型较佳的实施例中，油压监测组包括分别设置在总管路、油缸管路、夹持器管路、泥浆泵管路的压力传感器；压力传感器的压力信号输出端与模拟量输入模块的压力模拟信号输入端电连。

作为本实用新型较佳的实施例中，数据采集组还包括泥浆转速传感器、设置在液压油箱内的温度传感器、用于测电池电压的电池电压传感器、用于测给进梁倾角的给进梁倾角传感器、GPS接收器、接近传感器；泥浆转速传感器、液压油箱温度传感器、电池电压传感器、给进梁倾角传感器、GPS接收器、接近传感器中全部的输出端分别与模拟量输入模块的对应的模拟信号输入端电连。

给进梁倾角传感器安装于给进梁底部，GPS接收器磁吸式安装于操作台，水温传感器安装于发动机水箱，转速传感器安装于动力头，泥浆转速传感器、动力头转速传感器都是接近传感器，液压油箱温度传感器安装于油箱内

作为本实用新型较佳的实施例中，人机交互系统为工控触摸屏，其与数字量输入模块的数字量信号端口电连；液压控制模块为数字比例阀，其通过模拟量输出模块与可编程控制器电连。

作为本实用新型较佳的实施例中，发动机控制模块为油门执行器，其通过模拟量输出模块与可编程控制器电连；可编程逻辑控制器为嵌入式微控制器。

本实用新型实现监测与控制的数字化、智能化，显著提升了钻进过程中的控制灵敏度与控制精度，同时具备系统集成度高、采集信息齐全、可扩展性强的特点；

本实用新型分为数据采集组、人机交互系统、液压压力控制模块、发动机控制模块、控制器五部分，具体如下：

数据采集组负责钻机信号的采集，其包括：发动机机油压力、发动机水温、发动机转速、油压总管路、油缸管路、夹持器管路、泥浆泵管路、泥浆泵转速、给进梁倾角、压液油箱温度、电池电压、GPS等信号的采集。

人机交互系统主要负责：

1)钻机状态监测的显示，如发动机状态、液压状态、液压油温、电池电压、GPS、操作安规、故障提示等；

2)提供钻机控制的操作界面，包括液压控制与发动机控制。

液压压力控制模块主要负责油压压力调节。

发动机控制模块主要负责发动机转速调节。

控制器主要负责：

1)收集数据采集组上报的模拟量、数字量信号；

2)向人机交互系统上报监测信息及接收人机交互系统下发的控制指令；

3)执行液压压力控制算法与发动机转速控制算法；

4)输出控制信号到液压压力控制模块与发动机控制模块。

人机交互系统采用工控触摸屏，其适应野外钻探作业的复杂环境，且界面美观大方、操作方便。

液压压力控制模块采用数字比例阀，其具有性能可靠，控制精度高、安装方便、高功率尺寸比的特点。

发动机控制模块采用油门控制器，其具有性能可靠、安装方便、节省空间、维护要求低、对环境影响小的特点。

控制核心采用嵌入式微控制器，其具有高性能、低功耗、低价格、体积小、可扩展程度高的优势。

本实用新型是基于电子技术对钻机进行监测与控制，其控制灵敏，控制精度高；采用模块化设计，其系统集成度高、可扩展性强能提供简单友好的操作界面，具备良好的可用性。

控制器由可编程逻辑控制器及扩展的数字量输入模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块组成；数据采集组采用多种电子传感器，输出均为模拟量信号或数字量信号，根据不同传感器类别、型号分别通过信号线接入数字量输入模块、模拟量输入模块或通过RS485串行接口直接接入可编程逻辑控制器。

人机交互界面采用工控触摸屏，通过RS485串行信接口接入可编程逻辑控制器；液压控制模块采用数字比例阀，通过RS485串行接口接入模拟量输出模块；发动机控制模块采用数字型油门执行器，通过信号线接入可编程逻辑控制器的继电器输出引脚。

本实用新型包含以下主要功能：

信号采集与监测功能：可编程逻辑控制器定期执行采集程序，采集数据采集组中的各种传感器信号数据，并将数据发送到工控触摸屏进行显示。

故障检测与提示功能：系统启动时，可编程逻辑控制器执行故障检测程序，检测系统各部件是否存在故障，如存在故障，则将故障信息发送到工控触摸屏进行显示。

液压压力控制功能：分为手动控制与自动控制两种模式，可在工控触摸屏上进行选择；其中，手动控制模式即传统的控制方式，此时可编程逻辑控制器将数字比例阀开度调节到最大，然后操作人员使用手动压力阀进行液压压力调节。自动控制模式下，操作人员将手动压力阀开度调节到最大，在工控触摸屏上输入液压压力的设定值，可编程逻辑控制器自动执行PID闭环控制算法，通过液压压力传感器的压力值反馈实时调节数字比例阀的开度，控制液压压力维持在恒定的设定值。

发动机转速控制功能：发动机转速控制通过控制油门执行器的推杆电机的伸、缩，带动发动机拉线的松、紧来控制发动机的转速，具体有开环控制与微调控制两项功能。开环控制分为怠速、中速、高速三种工作模式，可在工控触摸屏上进行选择，可编程逻辑控制器根据当前的工作模式及设定的工作模式来控制油门执行器不同的通电方向和通电时间，控制推杆电机伸、缩不同的距离。由于工况环境的差异，开环控制不能精确控制发动机的转速，因此需要微调控制，可在工控触摸屏点击转速增减，每点击一次，可编程逻辑控制器控制推杆电机伸、缩50ms，直到发动机转速达到需要的工作状态。

按照上述实施例，便可很好地实现本实用新型。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本实用新型上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本实用新型一样，故其也应当在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种智能化钻机控制系统，其特征在于：包括数据采集组和液压缸；数据采集组的输出端电连有控制器；控制器的控制输出端与液压缸的控制输入端电连，控制器的控制数字信号输出端电连有发动机；控制器的模拟量信号端口电连有人机交互系统；

数据采集组包括发动机监测组、油压监测组；

发动机监测组包括均设置在发动机内的机油压力传感器、水温传感器、转速传感器；机油压力传感器的输出端、水温传感器的输出端、转速传感器的输出端分别与模拟量输入模块的模拟信号输入端电连；

油压监测组包括分别设置在总管路、油缸管路、夹持器管路、泥浆泵管路的压力传感器；压力传感器的压力信号输出端与模拟量输入模块的压力模拟信号输入端电连；

数据采集组还包括泥浆转速传感器、设置在液压油箱内的温度传感器、用于测电池电压的电池电压传感器、用于测给进梁倾角的给进梁倾角传感器、GPS接收器、接近传感器；泥浆转速传感器、液压油箱温度传感器、电池电压传感器、给进梁倾角传感器、GPS接收器、接近传感器中全部的输出端分别与模拟量输入模块的对应的模拟信号输入端电连。

2.根据权利要求1所述的一种智能化钻机控制系统，其特征在于：控制器为可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器的信号输入端分别电连有模拟量信号输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块。

3.根据权利要求1所述的一种智能化钻机控制系统，其特征在于：人机交互系统为工控触摸屏，其与数字量输入模块的数字量信号端口电连。

4.根据权利要求1所述的一种智能化钻机控制系统，其特征在于：液压控制模块为数字比例阀，其通过模拟量输出模块与可编程控制器电连。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种智能化钻机控制系统，其特征在于：发动机控制模块为油门执行器，其通过模拟量输出模块与可编程控制器电连。

6.根据权利要求5所述的一种智能化钻机控制系统，其特征在于：可编程逻辑控制器为嵌入式微控制器。