CN218860227U - 一种钻机绞车控制装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种钻机绞车控制装置，属于钻机绞车领域，本申请包括压力传感器、绞车编码器、信号处理器、显示器和直流开关电源：所述压力传感器与所述信号处理器相连，用于测量位于钻机绞车上的死绳固定器的压力值，获取所述死绳固定器的载荷信号，并输入至所述信号处理器；所述绞车编码器与所述信号处理器连接，用于获取位于钻机绞车上的游动滑车的大钩升降幅度信号，并输入至所述信号处理器；所述信号处理器，用于将所述死绳固定器的载荷信号和所述游动滑车的大钩升降幅度信号转换为数字信号；所述显示器与所述信号处理器连接，用于显示所述数字信号值；所述直流开关电源用于为钻机绞车控制装置供电。有助于解决钻机绞车操纵可靠性低的技术问题。

Description

一种钻机绞车控制装置

技术领域

本申请属于钻机绞车技术领域，具体涉及一种钻机绞车控制装置。

背景技术

现有石油钻机绞车设备其配套的显示装置，大部分仍然沿用机械指针仪表，少量使用显示单一参数的数字仪表，且均为单个参数显示，结构功能简单，操控可靠性不高，不能集中显示记录钻具悬重、升降幅度限位、转速和各种故障及报警信息等参数，不方便观察判断绞车及钻具的工作状态，极大限制设备性能。

由于石油行业经常需要野外施工，环境恶劣等较多原因，导致工作人员一一查看各种运行参数是否运行正常耗时较长，尤其当工作人员漏看某些运行参数是否运行正常或多个运行参数均出现故障时，将会造成各种人身和财产事故，从而影响作业施工质量及进度，带来更大的经济损失。

发明内容

为此，本申请提供一种钻机绞车控制装置，以解决现有石油钻机绞车设备结构功能简单，操控可靠性不高。不能集中显示记录钻具悬重、升降幅度限位、转速和各种故障及报警信息等参数，不方便观察判断绞车及钻具的工作状态，极大限制设备性能的技术问题。

为实现以上目的，本申请采用如下技术方案：

本申请提供一种钻机绞车控制装置，包括压力传感器、绞车编码器、信号处理器、显示器和直流开关电源：

所述压力传感器与所述信号处理器相连，用于测量位于钻机绞车上的死绳固定器的压力值，获取所述死绳固定器的载荷信号，并输入至所述信号处理器；

所述绞车编码器与所述信号处理器连接，用于获取位于钻机绞车上的游动滑车的大钩升降幅度信号，并输入至所述信号处理器；

所述信号处理器，用于将所述死绳固定器的载荷信号和所述游动滑车的大钩升降幅度信号转换为数字信号；

所述显示器与所述信号处理器连接，用于显示所述数字信号值；

所述直流开关电源用于为钻机绞车控制装置供电。

进一步地，还包括：模拟量输出器，与所述信号处理器相连。

进一步地，还包括：气动控制输出器，与所述信号处理器相连。

进一步地，还包括控制按键器，与所述显示器连接。

进一步地，还包括声光报警器，分别与所述显示器和所述直流开关电源连接。

进一步地，所述显示器还包括第一显示单元和第二显示单元。

进一步地，所述显示器还包括功能设置单元，所述功能设置单元包括参数设置、防碰设置、指重设置和系统设置。

进一步地，所述显示器还包括：静态参数、动态位置信息、时间、日期和操作指南的显示。

进一步地，所述直流开关电源利用直流电压转换器为与其连接的负载供电。

本申请采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：

采用彩色液晶显示技术、以数字和模拟形式组合集中显示多种参数、具有响应速度块(ms级)精度高(小于1％)、智能化和自动化钻机绞车控制器。同时输出模拟量电压信号和气动控制输出信号，模拟信号控制绞车电磁刹车装置减速制动，气动控制输出信号自动控制绞车气动刹车制动。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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是根据一示例性实施例示出的一种钻机绞车控制装置结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。

请参阅图1，图1是根据一示例性实施例示出的一种钻机绞车控制装置结构示意图，包括：压力传感器1、绞车编码器2、信号处理器3、显示器4、直流开关电源5、按键控制器6、声光报警器7、模拟量输出器8和气动控制输出器9。

所述压力传感器1，用于测量位于钻机绞车上的死绳固定器的压力值，获取所述死绳固定器的载荷信号，并输入至所述信号处理器3。死绳固定器压力值是不断变化的数值，而压力传感器1得到的载荷信号是一个模拟信号，通过与压力传感器1连接的信号处理器3，将所述载荷信号直接转换为数字载荷值，从而将该数字载荷值在显示器4上显示数值。

所述绞车编码器2，用于测量位于钻机绞车上的游动滑车的大钩升降幅度信号值，并输入至所述信号处理器3。游动滑车的大钩升降幅度是不断变化的脉冲信号，绞车编码器2得到的大钩升降幅度是一个模拟信号值，通过与绞车编码器2连接的信号处理器3，将游动滑车的大钩升降幅度模拟信号值转化为数字信号值，并在显示器4上显示该数值。

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3芯片型号为dsp28335,可以依据死绳固定器的载荷信号和所述游动滑车的大钩升降幅度信号的变化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。

在具体实现中，绞车编码器2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。

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，在钻机绞车中还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。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，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。

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，可以通过模拟量输出器8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，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器9，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。也可以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。

当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。

针对于游动滑车起升时对应的幅度值，可以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，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，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器9，所述模拟量输出器9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，可以通过模拟量输出器9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，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。

针对于游动滑车起升时对应的幅度值，可以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器9，输出气动控制信号，从而控制绞车气动刹车装置制动。

为了方便工作人员可以实时观察载荷值和升降幅度值，所述显示器4还包括第一显示单元和第二显示单元，第一显示单元用于显示载荷值，第二单元用于显示升降幅度值。所述显示器4还设有功能设置单元，所述功能设置单元包括参数设置、防碰设置、指重设置和系统设置。从而实现静态参数、动态位置信息、时间、日期和操作指南等显示。

为保证信号处理器3、声光报警器7、模拟量输出器8和气动控制输出器9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5分别与所述信号处理器3、声光报警器7、模拟量输出器8和气动控制输出器9连接，用于为所述信号处理器3、声光报警器7、模拟量输出器8和气动控制输出器9提供相应的电压。其中，直流开关电源5还可以采用直流24V供电，直流开关电源5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。

为了进一步提升所述钻机绞车控制器的性能，在该钻机绞车控制装置中还设置了控制按键器6和声光报警器7。

设置控制按键器6便于用户可以根据实际情况进行参数的设定，所述控制按键器6与所述显示器4连接，用于接收用户设置的数值，并将所述数值显示至所述显示器4。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，设置声光报警器7可以及时提醒用户，所述声光报警器7与所述直流开关电源5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，所述声光报警器7发出声光信号。

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装置中设置控制按键器6和声光报警器7中的任意一个或任意组合，在此不做限定。

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1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2获取与游动滑车升降幅度相关的脉冲信号；并依据所述脉冲信号的相序判断出绞车的运动方向；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，通过本申请的钻机绞车控制装置实现了自动获取钻机设备的载荷值和游动滑车的升降幅度值，且能集中显示记录钻具悬重、升降幅度限位、转速和各种故障及报警信息等参数，方便观察判断绞车及钻具的工作状态，提升了设备性能。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”、“多”的含义是指至少两个。

应该理解，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件；当一个元件被称为“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件,此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接；使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为：表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

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申请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申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种钻机绞车控制装置，其特征在于，包括压力传感器、绞车编码器、信号处理器、显示器和直流开关电源：

所述压力传感器与所述信号处理器相连，用于测量位于钻机绞车上的死绳固定器的压力值，获取所述死绳固定器的载荷信号，并输入至所述信号处理器；

所述绞车编码器与所述信号处理器连接，所述信号处理器，用于将所述死绳固定器的载荷信号和游动滑车的大钩升降幅度信号转换为数字信号；

所述显示器与所述信号处理器连接，用于显示所述数字信号值；

所述直流开关电源用于为钻机绞车控制装置供电。

2.根据权利要求1所述的钻机绞车控制装置，其特征在于，还包括：模拟量输出器，与所述信号处理器相连。

3.根据权利要求1所述的钻机绞车控制装置，其特征在于，还包括：气动控制输出器，与所述信号处理器相连。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的钻机绞车控制装置，其特征在于，还包括控制按键器，与所述显示器连接。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的钻机绞车控制装置，其特征在于，还包括声光报警器，分别与所述显示器和所述直流开关电源连接。

6.根据权利要求1所述的钻机绞车控制装置，其特征在于，所述显示器还包括第一显示单元和第二显示单元。

7.根据权利要求6所述的钻机绞车控制装置，其特征在于，所述显示器还包括功能设置单元，所述功能设置单元包括参数设置、防碰设置、指重设置和系统设置。

8.根据权利要求7所述的钻机绞车控制装置，其特征在于，所述显示器还包括：静态参数、动态位置信息、时间、日期和操作指南的显示。

9.根据权利要求1-3任意一项所述的钻机绞车控制装置，其特征在于，所述直流开关电源利用直流电压转换器为与其连接的负载供电。

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