CN211314186U - 一种应用于石油钻井工程钻机或游车的防失速控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种应用于石油钻井工程安全防护装置。一种应用于石油钻井工程钻机或游车的防失速控制装置，包括信号采集单元、PLC控制单元以及执行单元；信号采集单元包括绞车传感器或大钩位置传感器以及交/直流变送器和压力传感器；所述绞车传感器或大钩位置传感器输出信号以及交/直流变送器和压力传感器分别检测司钻开关输出的低压交流信号以及盘刹液压管路的压力信号均传输到PLC控制单元；所述PLC控制单元输出连接执行单元。利用绞车传感器监测游车下行速度，同时利用交/直流变送器监测司钻开关输出的给定电压信号，或（和同时）利用压力传感器监测盘刹液压管路输出的压力信号，以此来综合判断游车运行速度是否在可控范围内，继而通过自动控制系统防止由于误操作或意外因素造成游车失速。

Description

一种应用于石油钻井工程钻机或游车的防失速控制装置

技术领域

本实用新型涉及石油钻井工程安全控制技术，尤其是涉及一种游车自动刹车控制安全防护装置及一种游车自动刹车安全防护系统。

背景技术

在石油钻井过程中，一台钻机会配备两套刹车系统，一类是依靠刹车盘与刹车块作用的摩擦式主刹车系统，这其中又包括工作钳和安全钳两种。无论是工作钳还是安全钳，都是依靠液压油缸产生的液体压力通过盘刹液压管路作用于刹车钳。另一类是依靠电磁涡流作用的非摩擦式辅助刹车系统。电磁涡流刹车由刹车主体、可控硅整流装置及司钻开关等三部分组成。司钻通过操作司钻开关可平滑地调节激磁电流，改变制动扭矩，无级地调节滚筒转速，达到控制游车行驶速度的目的。

主刹车系统在钻井作业的起下钻、送钻、驻车以及紧急制动时起着重要作用。在正常钻井过程中，司钻是将主刹车与辅助刹车配合使用的。尤其是在下钻时，由于大钩载重可达到2000KN至3000KN，如此大的载重在游车下行时会产生极大的惯性。因此，司钻借助辅助刹车来控制游车的下放速度，使其缓慢下行并平稳的坐落在钻台面上。但是，在实际操作时，由于人为因素影响，出现游车下行超速砸在钻台上。特别是在大悬重快速下放钻具时，如果出现游车失控，会导致严重的事故发生。

为此，我们前期提出了一种《石油钻井工程钻机/游车防失控控制系统》（专利号：201822124133.6），包括司钻开关、可控硅整流以及电磁涡流刹车主体，在司钻开关与可控硅整流装置之间介入可调压的自动控制模板，所述自动控制模板由信号采集单元、处理单元以及可控硅调压单元组成；信号采集单元实时采集司钻开关输出的低压交流信号并在处理后传输到处理单元，处理单元实时检测分析处理信号采集单元发来的电压信号并根据PLC的指令，控制可控硅调压单元输出不同的0-20V交流电压信号给可控硅整流装置；应用绞车传感器/大钩位置传感器实时捕捉钻机/游车高度与速度的变化，并将捕捉到的变化值实时传输给PLC分析处理，PLC对游车的高度、速度。

但在实际应用中我们发现，上述技术存在如下的局限性：一是有些钻机不配备电磁涡流刹车，如果还是仅仅靠采集司钻开关信号就无法实现游车防失速功能；二是当游车失速时，自动控制电磁涡流刹车只能起到游车降速的作用，要想锁定游车制止恶性事故发生，还是需要依靠自动控制盘刹；三是自动控制电磁涡流刹车的技术难度较大，此种方式更适合于柔性钻进，如果仅仅用于游车防失速则性价比不高。

发明内容

本实用新型针对现有技术不足，提出一种应用于石油钻井工程钻机或游车的防失速控制装置，利用绞车传感器监测游车下行速度，同时利用交/直流变送器监测司钻开关输出的给定电压信号，或（和同时）利用压力传感器监测盘刹液压管路输出的压力信号，来判断游车运行速度是否在可控范围内，继而通过自动控制系统防止由于误操作或意外因素造成游车失速。

本实用新型采用的技术方案：

一种应用于石油钻井工程钻机或游车的防失速控制装置，包括信号采集单元、PLC控制单元以及执行单元；所述信号采集单元包括绞车传感器或大钩位置传感器以及交/直流变送器或压力传感器以及交/直流变送器和压力传感器；所述绞车传感器或大钩位置传感器输出信号接入PLC控制单元的模拟信号输入端；所述交/直流变送器和压力传感器分别检测司钻开关输出的低压交流信号以及盘刹液压管路的压力信号并在经A/D模块处理后传输到PLC控制单元；所述PLC控制单元输出连接执行单元。

所述的应用于石油钻井工程钻机或游车的防失速控制装置，信号采集单元包括悬重传感器，所述悬重传感器采集悬重液压管路的压力信号并在经A/D模块处理后传输到PLC控制单元。

所述的应用于石油钻井工程钻机或游车的防失速控制装置，执行单元包括控制电磁阀以及梭阀；所述控制电磁阀和梭阀联锁到绞车滚筒和总离合高低速控制气路之中，构成盘刹连锁装置；控制电磁阀和梭阀气源进口分别连接气源，所述控制电磁阀的控制线圈连接PLC控制单元的输出，所述控制电磁阀的输出口A连接控制总离合与高低速，控制电磁阀的输出口B连接梭阀的控制输入端，所述梭阀的输出连接控制盘刹。

所述的应用于石油钻井工程钻机或游车的防失速控制装置，与PLC控制单元通讯连接设有一体化工控机，与所述PLC控制单元连接有报警单元。

实用新型有益效果：

1、本实用新型应用于石油钻井工程钻机或游车的防失速控制装置，利用绞车传感器监测游车下行速度，通过监测司钻开关输出的给定电压信号或/和盘刹液压管路输出的压力信号来判断游车是否在可控范围内，继而通过自动控制盘刹刹车来防止由于误操作或意外因素造成游车失控，既实现了钻机和游车的自动控制，又可以有效防止钻机和游车失速造成事故的发生。经济适用，且安全可靠。

2、本实用新型应用于石油钻井工程钻机或游车的防失速控制装置，既实现了游车的自动刹车，有效防止误操作或意外失控导致事故的发生，消除安全隐患；又可以在此基础上略加改进，实现钻机的自动送钻功能，全系统设计合理，容易实现，方便推广，具有较好的社会效益。

3、本实用新型应用于石油钻井工程钻机或游车的防失速控制装置，适合国内外各种型号的钻机，通用性强，适应范围广，技术难度不大，性价比较高。

附图说明

图1是本实用新型应用于钻机或游车的防失速控制装置结构示意图之一；

图2是本实用新型应用于钻机或游车的防失速控制装置结构示意图之二；

图3是本实用新型应用于钻机或游车的防失速控制装置结构示意图之三；

图4是本实用新型应用于钻机或游车的防失速控制装置结构示意图之四。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本实用新型技术方案做进一步的详细描述。以下各实施例仅用于说明本实用新型，不应当构成对实用新型保护范围的限定。本领域技术人员在现有技术范围内，采用惯用技术手段的置换以及和现有技术进行简单组合，均不脱离本实用新型保护范围。

实施例1

参见图1，本实用新型应用于石油钻井工程钻机或游车的防失速控制装置，包括信号采集单元、PLC控制单元以及执行单元；所述信号采集单元包括绞车传感器或大钩位置传感器以及交/直流变送器；所述绞车传感器或大钩位置传感器输出信号接入PLC控制单元的一路模拟信号输入端；所述交/直流变送器检测司钻开关输出的低压交流信号并在经A/D模块处理后传输到PLC控制单元；所述PLC控制单元输出连接执行单元。

本实施例应用于石油钻井工程钻机或游车的防失速控制装置的工作原理：

1）交/直流变送器实时采集司钻开关输出的0-20V交流信号，并调压处理为直流电压信号（通过降压把电压从0-20V降到AD可以接受的0-3.3V）后传输给A/D转换模块，A/D转换模块将直流电压值实时传输给PLC控制单元分析处理；

2）应用绞车传感器/大钩位置传感器实时采集游车的高度与速度的变化，并将捕捉到的信号值实时传输给PLC控制单元分析处理，如果PLC控制单元判断游车在某一高度位置上的运行速度即区间速度没有超过设定值，则防失速控制系统不发出控制指令，此时游车的运行状态体现的是司钻正常的操作意图。反之，若游车的区间速度超过了设定值，且交/直流变送器采集的电压信号小于设定值，PLC控制单元判断游车属于超速运行甚至失速。此时PLC控制单元通过将刹车降速的指令传输给执行单元。

所述执行单元包括控制电磁阀以及梭阀；所述控制电磁阀和梭阀联锁到绞车滚筒和总离合高低速控制气路之中，构成盘刹连锁装置；控制电磁阀和梭阀气源进口分别连接气源，所述控制电磁阀的控制线圈连接PLC控制单元的输出，所述控制电磁阀的输出口A连接控制总离合与高低速，控制电磁阀的输出口B连接梭阀的控制输入端，所述梭阀的输出连接控制盘刹。

控制电磁阀采用两位五通电磁阀，安装在总离合、高低速的开关控制气路上。电磁阀的进口P与控制气源相连，电磁阀的常开式出口Ａ与总离合、高低速的开关控制气路连接，电磁阀的常闭式出口Ｂ与梭阀的一个进气口连接。梭阀的另一个进气口连接钻机的刹车控制气路，梭阀的出气口连接到刹车气缸的控制气路上，电磁阀的信号输入端口与PLC的输出端口连接。

实施例2

参见图2，本实施例应用于石油钻井工程钻机或游车的防失速控制装置，与实施例1不同的是：信号采集单元包括绞车传感器或大钩位置传感器以及压力传感器；所述绞车传感器或大钩位置传感器输出信号接入PLC控制单元的一路模拟信号输入端；所述压力传感器检测盘刹液压管路的压力信号并在经A/D模块处理后传输到PLC控制单元；所述PLC控制单元输出连接执行单元。

本实施例的工作原理：与所述A/D转换模块连接，在盘刹液压管路上安装有压力传感器。所述压力传感器输出信号接入A/D转换模块，将压力信号传输给处理单元检测分析后再传输给PLC控制单元，从而分析判断盘刹液压管路输出的压力信号。

压力传感器实时采集盘刹液压管路输出的压力信号并传输给AD模块，AD模块将液压变化值实时传输给PLC分析处理；绞车传感器实时采集游车的高度和速度信号传输给PLC。如果PLC判断游车在某一高度位置上的运行速度即区间速度没有超过设定值，则防失速控制系统不发出控制指令，此时游车的运行状态体现的是司钻正常的操作意图。反之，若游车的区间速度超过了设定值，且压力传感器实时采集的盘刹液压管路输出的压力信号小于设定值，PLC控制单元判断游车属于超速运行甚至失速。此时PLC通过将刹车降速的指令传输给联锁在绞车滚筒和总离合的控制气路的电磁阀，令其迅速切断绞车滚筒和总离合的控制气路，接通盘刹的刹车气路从而锁定游车。

实施例3

参见图3，本实施例应用于石油钻井工程钻机或游车的防失速控制装置，包括信号采集单元、PLC控制单元以及执行单元；所述信号采集单元包括绞车传感器或大钩位置传感器以及交/直流变送器和压力传感器；所述绞车传感器或大钩位置传感器输出信号接入PLC控制单元的一路模拟信号输入端；所述交/直流变送器和压力传感器分别检测司钻开关输出的低压交流信号以及盘刹液压管路的压力信号并在经A/D模块处理后传输到PLC控制单元；所述PLC控制单元输出连接执行单元。

本实施例应用于石油钻井工程钻机或游车的防失速控制装置，与所述A/D转换模块连接，在司钻开关输出的给定电压信号线路上既安装有交/直流变送器，又在盘刹液压管路上安装有压力传感器。所述交/直流变送器将司钻开关输出的0-20V交流电压信号转换为直流电信号，然后通过降压把电压从0-20V降到A/D转换模块可以接受的0-3.3V后输入给A/D转换模块，A/D转换模块实时采集经过降压后的直流电压信号并传输给PLC控制单元；所述压力传感器输出信号接入A/D转换模块，将压力信号传输给处理单元检测分析后再传输给PLC控制单元。本实施例在实施例1或实施例2的基础上，使PLC控制单元不仅能够判断司钻开关输出的给定电压信号，而且还可以判断盘刹液压管路输出的压力信号。

工作原理：司钻开关输出的0-20V交流电压信号进入交/直流变送器，将交流电转换为直流电，然后通过降压把电压从0-20V降到A/D转换模块可以接受的0-3.3V后输入给A/D转换模块，A/D转换模块实时采集经过降压后的直流电压信号并传输给PLC控制单元；压力传感器实时采集盘刹液压管路输出的压力信号并传输给A/D转换模块，A/D转换模块将液压变化值实时传输给PLC分析处理；绞车传感器实时采集游车的高度和速度信号传输给PLC。如果PLC控制单元判断游车在某一高度位置上的运行速度即区间速度没有超过设定值，则防失速控制系统不发出控制指令，此时游车的运行状态体现的是司钻正常的操作意图。反之，若游车的区间速度超过了设定值，且交/直流变送器采集的电压信号和压力传感器实时采集盘刹液压管路输出的压力信号都小于设定值，PLC控制单元判断游车属于超速运行甚至失速。此时PLC通过将刹车降速的指令传输给联锁在绞车滚筒和总离合的控制气路的电磁阀，令其迅速切断绞车滚筒和总离合的控制气路，接通盘刹的刹车气路从而锁定游车。

实施例4

参见图4，本实施例应用于石油钻井工程钻机或游车的防失速控制装置，与前述各实施例不同的是，所述信号采集单元包括悬重传感器，所述悬重传感器采集悬重液压管路的压力信号并在经A/D模块处理后传输到PLC控制单元。

本实施例在实施例1或实施例2或实施例3的基础上增加悬重传感器，使PLC不仅能够判断游车的区间速度，而且还可以判断游车上的大钩挂载了多少钻具。

实施例5

本实施例应用于石油钻井工程钻机或游车的防失速控制装置，与前述各实施例不同的是，与所述PLC控制单元通讯连接设有工控机，与所述PLC控制单元连接有报警单元。对数据进行分析判断处理可以由工控机完成，然后发送控制指令给PLC控制单元。

Claims (5)

1.一种应用于石油钻井工程钻机或游车的防失速控制装置，包括信号采集单元、PLC控制单元以及执行单元；其特征是：所述信号采集单元包括绞车传感器或大钩位置传感器以及交/直流变送器或压力传感器以及直流变送器和压力传感器；所述绞车传感器或大钩位置传感器输出信号接入PLC控制单元的一路模拟信号输入端；所述交/直流变送器和压力传感器分别检测司钻开关输出的低压交流信号以及盘刹液压管路的压力信号并在经A/D模块处理后传输到PLC控制单元；所述PLC控制单元输出连接执行单元。

2.根据权利要求1所述的应用于石油钻井工程钻机或游车的防失速控制装置，其特征是：所述信号采集单元包括悬重传感器，所述悬重传感器采集悬重液压管路的压力信号并在经A/D模块处理后传输到PLC控制单元。

3.根据权利要求1或2所述的应用于石油钻井工程钻机或游车的防失速控制装置，其特征是：所述执行单元包括控制电磁阀以及梭阀；所述控制电磁阀和梭阀联锁到绞车滚筒和总离合高低速控制气路之中，构成盘刹连锁装置；控制电磁阀和梭阀气源进口分别连接气源，所述控制电磁阀的控制线圈连接PLC控制单元的输出，所述控制电磁阀的输出口A连接控制总离合与高低速，控制电磁阀的输出口B连接梭阀的控制输入端，所述梭阀的输出连接控制盘刹。

4.根据权利要求3所述的应用于石油钻井工程钻机或游车的防失速控制装置，其特征是：与所述PLC控制单元通讯连接设有一体化工控机，与所述PLC控制单元连接有报警单元。

5.根据权利要求1或2所述的应用于石油钻井工程钻机或游车的防失速控制装置，其特征是：与所述PLC控制单元通讯连接设有一体化工控机，与所述PLC控制单元连接有报警单元。

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