CN213175608U - 一种基于钻井钻速扭矩的自动控制电气系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于钻井钻速扭矩的自动控制电气系统，包括钻头模块、超声电机、传感模块、PID控制模块，其特征在于：钻头模块一端设有外螺纹，超声电机通过固定基座设于钻头模块的一侧，且轴套的外侧同轴设有飞轮，传感模块包括有光电编码器、无线振动传感器、红外温度传感器，PID控制模块包括工控机、超声波驱动电路、PI调节器，其中的工控机内集成设有数字处理系统、复杂可编程逻辑器件。本实用钻井钻速扭矩的自动控制电气系统经模糊控制和传感模块实现对钻井钻速扭矩的控制，同理本自动控制电气系统不仅可以适用于钻井钻速扭矩，还可以推广到建筑、机械自动化、汽车驾驶、电梯、自动扶梯和机器人的模糊控制自动控制电气系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及电气控制、勘探和开发技术领域，具体是指一种基于钻井钻速扭矩的自动控制电气系统。
背景技术
控制系统和监视检测仪表是体现石油钻机技术水平的核心系统，由于钻机是机械、液压、气控、电控以及地质学、化学、数学、几何学、材料力学、流体力学等等多专业多学科的组合体，在钻机生产配套过程中，同一套钻机多达几十个厂家的配套，各专业厂家因专业屏障，严重缺乏跨专业、跨行业的统一协调，造成整套钻机控制技术水平不高以及重复配套和浪费，并且相同数据不同专业设备检测出不同数据，司钻无法获知哪个是正确的，更不能有效指导和精准控制设备安全高效的完成钻井任务。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，针对以上问题提供一种基于钻井钻速扭矩的自动控制电气系统。
为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：一种基于钻井钻速扭矩的自动控制电气系统，包括钻头模块、超声电机、传感模块、PID控制模块，其特征在于：所述的钻头模块一端设有外螺纹，同时外螺纹一侧设有定位标记，钻头模块是现有市面上可采购产品，所述的超声电机通过固定基座设于钻头模块的一侧，且轴套的外侧同轴设有飞轮，所述的传感模块包括有光电编码器、无线振动传感器、红外温度传感器，其中的光电编码器设于输出轴的一侧，同时光电编码器的电源和信号输出端与PID控制模块之间设有电连接，所述的无线振动传感器、红外温度传感器均设于钻头模块和超声电机的外侧，且无线振动传感器、红外温度传感器的数量设有若干，同时根据现场状态设置安装，所述的PID控制模块包括工控机、超声波驱动电路、PI调节器，其中的工控机内集成设有数字处理系统、复杂可编程逻辑器件，且数字处理系统通过RS232接口与工控机之间设有连接，所述的超声波驱动电路设于复杂可编程逻辑器件的一侧，且超声波驱动电路的输入端与复杂可编程逻辑器件之间设有四路PWM输出连接，同时超声波驱动电路的输出端与超声电机之间设有电连接，所述的PI调节器输入采集端与超声电机之间设有电连接，PI调节器输出控制端与超声波驱动电路之间设有通讯接口连接，同时PI调节器内集成设有模糊推理模块。
本实用新型与现有技术相比的优点在于：本实用钻井钻速扭矩的自动控制电气系统采用模糊控制、超声电机，将多专业多学科的组合体钻井钻速方案，经模糊控制和传感模块实现对钻井钻速扭矩的控制，同理本自动控制电气系统不仅可以适用于钻井钻速扭矩，还适用于各种对旋转型运动和转速扭矩有实时要求的工作场合，可以推广到建筑、机械自动化、汽车驾驶、电梯、自动扶梯和机器人的模糊控制自动控制电气系统。
作为改进，所述的超声波电机的输出端通过轴套和螺纹与钻头模块紧固连接。
作为改进，所述的飞轮是采用轮辐式结构的零件，且飞轮内径与轴套外径之间采用过盈配合，有尺寸要求，同时飞轮角动量方向与超声波电机的输出端主轴之间是共轴设置。
作为改进，所述的超声电机主轴中心与固定基座的底面垂直安装设置。
作为改进，所述的PI调节器、超声电机、超声波驱动电路之间组成闭环模糊控制回路。
附图说明
图1是一种基于钻井钻速扭矩的自动控制电气系统的超声电机及其周边结构示意图。
图2是一种基于钻井钻速扭矩的自动控制电气系统的PI调节器运行原理框图。
图3是一种基于钻井钻速扭矩的自动控制电气系统的传感模块和PID控制模块的系统框图。
如图所示：1、超声电机，2、固定基座，3、光电编码器，4、飞轮。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。
本实用新型在具体实施时，一种基于钻井钻速扭矩的自动控制电气系统，包括钻头模块、超声电机1、传感模块、PID控制模块，其特征在于：所述的钻头模块一端设有外螺纹，同时外螺纹一侧设有定位标记，钻头模块是现有市面上可采购产品，所述的超声电机1通过固定基座2设于钻头模块的一侧，且轴套的外侧同轴设有飞轮4，所述的传感模块包括有光电编码器3、无线振动传感器、红外温度传感器，其中的光电编码器3设于超声电机1输出轴的一侧，同时光电编码器3的电源和信号输出端与PID控制模块之间设有电连接，所述的无线振动传感器、红外温度传感器均设于钻头模块和超声电机1的外侧，且无线振动传感器、红外温度传感器的数量设有若干，同时根据现场状态设置安装，所述的PID控制模块包括工控机、超声波驱动电路、PI调节器，其中的工控机内集成设有数字处理系统、复杂可编程逻辑器件，且数字处理系统通过RS232接口与工控机之间设有连接，所述的超声波驱动电路设于复杂可编程逻辑器件的一侧，且超声波驱动电路的输入端与复杂可编程逻辑器件之间设有四路PWM输出连接，同时超声波驱动电路的输出端与超声电机1之间设有电连接，所述的PI调节器输入采集端与超声电机1之间设有电连接，PI调节器输出控制端与超声波驱动电路之间设有通讯接口连接，同时PI调节器内集成设有模糊推理模块。
所述的超声波电机的输出端通过轴套和螺纹与钻头模块紧固连接。
所述的飞轮4是采用轮辐式结构的零件，且飞轮4内径与轴套外径之间采用过盈配合，有尺寸要求，同时飞轮4角动量方向与超声波电机的输出端主轴之间是共轴设置。
所述的超声电机1主轴中心与固定基座2的底面垂直安装设置。
所述的PI调节器、超声电机1、超声波驱动电路之间组成闭环模糊控制回路。
本实用新型的工作原理：本实用钻井钻速扭矩的自动控制电气系统采用模糊控制、超声电机，经模糊控制和传感模块实现对钻井钻速扭矩的控制，通过钻速扭矩和模糊控制电气输出的模型建立，设计出闭环模糊控制回路，同时优化PI调节器的传递参数，完成钻井钻速扭矩的控制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具本的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (5)
1.一种基于钻井钻速扭矩的自动控制电气系统，包括钻头模块、超声电机(1)、传感模块、PID控制模块，其特征在于：所述的钻头模块一端设有外螺纹，同时外螺纹一侧设有定位标记，钻头模块是现有市面上可采购产品，所述的超声电机(1)通过固定基座(2)设于钻头模块的一侧，且轴套的外侧同轴设有飞轮(4)，所述的传感模块包括有光电编码器(3)、无线振动传感器、红外温度传感器，其中的光电编码器(3)设于超声电机(1)输出轴的一侧，同时光电编码器(3)的电源和信号输出端与PID控制模块之间设有电连接，所述的无线振动传感器、红外温度传感器均设于钻头模块和超声电机(1)的外侧，且无线振动传感器、红外温度传感器的数量设有若干，同时根据现场状态设置安装，所述的PID控制模块包括工控机、超声波驱动电路、PI调节器，其中的工控机内集成设有数字处理系统、复杂可编程逻辑器件，且数字处理系统通过RS232接口与工控机之间设有连接，所述的超声波驱动电路设于复杂可编程逻辑器件的一侧，且超声波驱动电路的输入端与复杂可编程逻辑器件之间设有四路PWM输出连接，同时超声波驱动电路的输出端与超声电机(1)之间设有电连接，所述的PI调节器输入采集端与超声电机(1)之间设有电连接，PI调节器输出控制端与超声波驱动电路之间设有通讯接口连接，同时PI调节器内集成设有模糊推理模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于钻井钻速扭矩的自动控制电气系统，其特征在于：所述的超声波电机的输出端通过轴套和螺纹与钻头模块紧固连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于钻井钻速扭矩的自动控制电气系统，其特征在于：所述的飞轮(4)是采用轮辐式结构的零件，且飞轮(4)内径与轴套外径之间采用过盈配合，有尺寸要求，同时飞轮(4)角动量方向与超声波电机的输出端主轴之间是共轴设置。
4.根据权利要求1所述的一种基于钻井钻速扭矩的自动控制电气系统，其特征在于：所述的超声电机(1)主轴中心与固定基座(2)的底面垂直安装设置。
5.根据权利要求1所述的一种基于钻井钻速扭矩的自动控制电气系统，其特征在于：所述的PI调节器、超声电机(1)、超声波驱动电路之间组成闭环模糊控制回路。
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