SE533084C2 - Drilling rig and method and control system for controlling a feed rate of said drilling rig - Google Patents
Drilling rig and method and control system for controlling a feed rate of said drilling rigInfo
- Publication number
- SE533084C2 SE533084C2 SE0800745A SE0800745A SE533084C2 SE 533084 C2 SE533084 C2 SE 533084C2 SE 0800745 A SE0800745 A SE 0800745A SE 0800745 A SE0800745 A SE 0800745A SE 533084 C2 SE533084 C2 SE 533084C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- drilling
- speed
- feed rate
- current
- feed
- Prior art date
Links
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions
- E21B44/02—Automatic control of the tool feed
- E21B44/08—Automatic control of the tool feed in response to the amplitude of the movement of the percussion tool, e.g. jump or recoil
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions
- E21B44/02—Automatic control of the tool feed
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions
- E21B44/005—Below-ground automatic control systems
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Description
25 30 35 533 Üíifi en kugghjulsförsedd hydraulmotor (matarmotor). Släden med borrmaskinen kan sedan drivas framåt och bakåt längs balken med hjälp av en vid släden fäst och av matarmotorn driven kedja, vilken löper längs matarbalken. Det hydraultryck som driver matarcylinderlmatarrnotor kallas allmänt matartryck och anger med vilken kraft som borrkronan pressas mot berget. Den hastighet som borrmaskinen och släden har under borrningen benämns allmänt borrsjunkning eller matningshastighet. Matningshastigheten (borrsjunkningen) regleras vanligen genom att matarcylindern/matarmotorn styrs med en elektroniskt styrd hydraulisk ventil. 25 30 35 533 Üíifi a geared hydraulic motor (feed motor). The carriage with the drilling machine can then be driven forwards and backwards along the beam by means of a chain attached to the carriage and driven by the feeder motor, which runs along the feed beam. The hydraulic pressure that drives the feed cylinder / feed motor is generally called feed pressure and indicates the force with which the drill bit is pressed against the rock. The speed that the drill and the slide have during drilling is generally called drilling subsidence or feed speed. The feed rate (drilling subsidence) is usually regulated by controlling the feed cylinder / feed motor with an electronically controlled hydraulic valve.
Flödesekvationen för en hydraulisk ventil ger att flödet q från ventilen är lika med öppningsarean A för ventilen gånger roten ur tryckdifferensen Ap över ventilen, där G1, CZ är konstanter: q= crAm/Aïrcz <1) Genom att hålla tryckdifferensen Ap konstant blir flödet q från ventilen genom ventilen direkt proportionellt mot öppningsarean A. Därmed kan flödet q styras genom att kontrollera öppningsarean A om tryckdifferensen Ap hålls konstant.The flow equation for a hydraulic valve gives that the q fate q from the valve is equal to the opening area A for the valve times the root of the pressure difference Ap over the valve, where G1, CZ are constants: q = crAm / Aïrcz <1) By keeping the pressure difference Ap constant fl the fate q from the valve through the valve directly proportional to the opening area A. Thus, the q fate q can be controlled by checking the opening area A if the pressure difference Ap is kept constant.
För att kontrollera borriggen vid exempelvis utförande av olika borrningsapplikationer, och manövrering samt förflyttning av riggen innefattar borriggen vanligen ett styrsystem innefattande en styrenhet. Styrsystemet ställs in genom att borrparametrar, såsom exempelvis önskat matningstryck, för olika applikationer matas in. Styrsystemet ställs från början in med generella borrparametrar. l riggens program finns ett stort antal borrfunktioner motsvarande dessa applikationer och vissa av dessa är framtagna för särskilda situationer som t.ex. påhugg, dvs. startprocessen innan borrkronan når berget, borrning, fastborrning, inbromsning av släden, eller utbackning av borrstålet.In order to control the drilling rig when, for example, performing various drilling applications, and maneuvering and moving the rig, the drilling rig usually comprises a control system comprising a control unit. The control system is set by entering drilling parameters, such as the desired feed pressure, for different applications. The control system is set from the beginning with general drilling parameters. The rig program has a large number of drilling functions corresponding to these applications and some of these are developed for special situations such as. cut, ie. the starting process before the drill bit reaches the rock, drilling, fixed drilling, braking of the slide, or reversing of the drill steel.
För varje borrfunktion fastställs att antal borrparametrar. parametervärden är utprovade i förväg för respektive riggsort.For each drilling function, the number of drilling parameters is determined. parameter values are tested in advance for each rig type.
Dessa När dagens styrsystem ska ställas in så matar operatören eller serviceteknikern in ett antal värden på borrparametrarna. Det önskade matningstryck som ställs in motsvarar det verkliga trycket i systemet, vilket medför att det är relativt enkelt att göra en prognos för denna borrparameter eftersom det inställda 10 20 25 30 35 533 Bält värdet för matningstrycket och det verkliga trycket är direkt kopplade till varandra.These When the current control system is to be set up, the operator or service technician enters a number of values on the drilling parameters. The desired feed pressure set corresponds to the actual pressure in the system, which makes it relatively easy to make a forecast for this drilling parameter since the set belt value of the feed pressure and the actual pressure are directly linked to each other.
För att ställa in matningshastigheten (borrsjunkningen) dvs. hur snabbt som släden/borrmaskinen ska drivas framåt matningshastigheten (borrsjunkningen) måste motsvarande flöde ställas in. Den elektroniskt styrda hydrauliska ventilen styrs vanligen genom att flödet genom ventilen anordnas direkt proportionellt mot en styrström till ventilen. Varje önskat flöde bestäms genom att operatören eller serviceteknikern fastställer motsvarande styrström som borrparameter till den elektroniskt styrda hydraulventilen. Om tryckdifferensen över ventilen hålls konstant öppnas den tryckkompenserade ventilens öppningsarea proportionellt mot den satta strömmen och på så sätt fås ett flöde som reglerar matningshastigheten. Varje strömvärde motsvarar en specifik hastighet men eftersom ström inte är ett direkt värde för hastighet så är det mycket svårare för operatören att få en känsla för vilken ström som kommer att resultera i vilken hastighet vid inställningen av riggen. Det kräver en lång erfarenhet av styrsystemet för att veta vilken hastighet som ett specifikt strömvärde motsvarar. När sedan operatören eller serviceteknikerna jobbar med en annan borrigg med en annan ventil eller andra dimensioner på matningscylinder/matarmotor så motsvarar samma styrström en helt annan matarhastighet. Detta resulterar ofta i att operatören/serviceteknikern ställer in styrsystemet med förmodade lämpliga värden för borrparametrarna och sedan testar värdena genom att utföra provborrningar. Under provborrningarna utförs korrigeringar manuellt av styrströmmarna för hydraulventilen för att passa den aktuella applikationen. Om operatörenlserviceteknikern förlitar sig på provborrning för att korrigera parametrarna så finns alltid risken att provborrningen för någon applikation utelämnas och därmed korrigeras inte motsvarande parametrar. Det förekommer också att inställningarna blir inaktuella när borriggen utnyttjats en tid och utrustningen blir sliten.To set the feed rate (drilling sink) ie. how fast the sled / drill should be driven forward the feed speed (drilling sink) the corresponding flow must be set. The electronically controlled hydraulic valve is usually controlled by arranging the fate through the valve directly proportional to a control current to the valve. Each desired fl fate is determined by the operator or service technician determining the corresponding control current as the drilling parameter of the electronically controlled hydraulic valve. If the pressure difference across the valve is kept constant, the opening area of the pressure-compensated valve is opened in proportion to the set current and thus a fl fate is obtained which regulates the supply speed. Each current value corresponds to a specific speed, but since current is not a direct value for speed, it is much more difficult for the operator to get a sense of which current will result in which speed when setting the rig. It requires a long experience of the control system to know which speed corresponds to a specific current value. When then the operator or service technicians work with a different drilling rig with a different valve or other dimensions on the feed cylinder / feed motor, the same control current corresponds to a completely different feed speed. This often results in the operator / service technician setting up the control system with presumed suitable values for the drilling parameters and then testing the values by performing test drilling. During the test drilling, corrections are made manually by the control currents for the hydraulic valve to suit the current application. If the operator service technician relies on test drilling to correct the parameters, there is always the risk that the test drilling for any application is omitted and thus the corresponding parameters are not corrected. It also happens that the settings become obsolete when the drilling rig has been used for a while and the equipment becomes worn.
Styrströmmen är vidare beroende av vilken matarcylinder eller matarmotor som används i det aktuella fallet.The control current also depends on which feed cylinder or feed motor is used in the case in question.
Vid borrning med en borrmaskin av ovanstående typ är det vanligt att de rådande borrningsförhållandena ofta förändras. Det finns ett stort antal bergarter, och beroende på hur deras uppbyggnad, t.ex. beträffande hårdhet, är de olika svåra att borra i. Allmänt gäller att en ökning av 10 15 20 25 30 35 533 4 matningshastigheten (borrsjunknlngen) utgör en indikation på att berget blir mjukare.When drilling with a drilling machine of the above type, it is common that the prevailing drilling conditions often change. There are a large number of rocks, and depending on how their structure, e.g. with respect to hardness, they are variously difficult to drill in. In general, an increase in the feed rate (drilling subsidence) is an indication that the rock is becoming softer.
Ovanstående gör också att det är svårt att göra generella rekommendationer för hur riggarna ska ställas in eftersom styrströmmarna sällan motsvarar samma hastighet för olika riggsorter. Det gör att det är svårt att ställa in borriggen på plats för borrning på en ny lokalisering. Det existerar således ett behov av en förbättrad metod och anordning för reglering av matningshastigheten.The above also makes it difficult to make general recommendations for how the rigs should be set because the control currents rarely correspond to the same speed for different rig types. This makes it difficult to set up the drilling rig in place for drilling at a new location. Thus, there is a need for an improved method and apparatus for controlling the feed rate.
REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ett första ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en metod av inledningsvis angivet slag som löser ovanstående problem.DISCLOSURE OF THE INVENTION A first object of the invention is to provide a method of the kind indicated at the outset which solves the above problems.
Lösningen är en metod som har de karaktäriserande kännetecknen i krav 1.The solution is a method having the characterizing features of claim 1.
En sådan metod för styrning av åtminstone en borrparameter vid borrning i berg, där en impulsalstrande anordning genom ett stötorgan är anordnat att inducera stötvågor i ett mot berget verkande verktyg utnyttjas, varvid den impulsalstrande anordningen är förskjutbart anordnad i borriktningen relativt ett bärorgan, och den impulsalstrande anordningen är anordnad med en styrenhet, innefattar: a) att bestämma en referenshastighet, b) att bestämma en aktuell matningshastighet, c) att beräkna en styrsignal i beroende av referenshastigheten och den aktuella matningshastigheten, och d) att automatiskt i beroende av styrslgnalen reglera en ny matningshastighet för den nämnda impulsalstrande anordningen.Such a method for controlling at least one drilling parameter when drilling in rock, where an impulse generating device is arranged by an impact member to induce shock waves in a tool acting against the rock, the impulse generating device being displaceably arranged in the drilling direction relative to a support member, and the impulse generating device the device is arranged with a control unit, comprises: a) determining a reference speed, b) determining a current feed rate, c) calculating a control signal in dependence on the reference speed and the current feed rate, and d) automatically regulating a new feed rate for said impulse generating device.
Detta möjliggör att reglera styrsystemet direkt genom att den önskade hastigheten ställs in direkt. Detta har fördelen att operatören kan göra en noggrann hastighetsinställnlng istället för att anta ett strömvärde som representerar en förmodad hastighet. En fördel med uppfinningen är att den verkliga aktuella matningshastigheten utnyttjas. Vanligen är operatören genom sin erfarenhet väl medveten om vilken den verkliga aktuella 10 15 20 25 30 35 533 Üâšíl matningshastigheten är och genom jämföra referenshastigheten med denna matningshastlghet har operatören ett värde att referera till. Detta är både intuitivt enklare för en operatör/servicetekniker samt tidsbesparande eftersom operatören/serviceteknikern inte behöver pröva fiera olika strömvärden som han sedan väljer emellan för varje hastighet utan systemet istället utför denna inställning automatiskt. Eftersom regleringen sker automatiskt ijämförelse med den verkliga aktuella matningshastigheten möjliggörs att specifika parametrar för en specifik borrigg med större säkerhet ställs in på ett korrekt sätt. Eftersom inställningsprocessen härmed är förenklad samt risken för felaktiga inställningar av riggen är minimerad blir behovet av utbildning av operatören mindre, vilket dessutom innebär en resursbesparing. En ytterligare fördel med att bestämma borrparametrar individuellt är att inställningen av parametrar inte påverkas av vilken sorts rigg och därmed vilken matarcylinder eller matarrnotor som används i det aktuella fallet utan ställs in korrekt för varje individuell borrigg. l en utföringsform enligt uppfinningen repeteras stegen b-d. Detta är en fördel eftersom en iterativ process kan ge ett mer noggrant resultat. Detta gör det möjligt att successivt styra in styrsignalen till en önska hastighet. Det gör det dessutom möjligt att snabba upp processen, eftersom processen är väl kontrollerad.This makes it possible to control the control system directly by setting the desired speed directly. This has the advantage that the operator can make an accurate speed setting instead of assuming a current value that represents a presumed speed. An advantage of the invention is that the actual actual feed rate is used. Usually, the operator is well aware through his experience of what the actual current feed rate is and by comparing the reference rate with this feed rate, the operator has a value to refer to. This is both intuitively easier for an operator / service technician and time-saving because the operator / service technician does not have to try several different current values which he then chooses between for each speed but the system instead performs this setting automatically. Since the control takes place automatically in comparison with the actual current feed speed, it is possible for specific parameters for a specific drilling rig to be set correctly with greater certainty. Since the setting process is hereby simplified and the risk of incorrect settings of the rig is minimized, the need for training by the operator is reduced, which also means a saving of resources. A further advantage of determining drilling parameters individually is that the setting of parameters is not affected by the type of rig and thus which feeder cylinder or feeder motor is used in the case in question, but is set correctly for each individual drilling rig. In an embodiment according to the invention, steps b-d are repeated. This is an advantage because an iterative process can give a more accurate result. This makes it possible to successively control the control signal to a desired speed. It also makes it possible to speed up the process, as the process is well controlled.
I en utföringsform enligt uppfinningen bestäms den aktuella matningshastigheten i beroende av en positionsförändring av den impulsalstrande anordningen relativt bärorganet. l en föredragen utföringsform mäts den aktuella positionen med en positionsgivare. Detta är en fördel eftersom borriggar enkelt utrustas med positionsgivare med syfte att ange slädens position på matarbalken. Den aktuella hastigheten beräknas exempelvis i beroende av en positionsförändring under en uppmätt tidsperiod. l en utföringsform enligt uppfinningen bestäms den aktuella hastigheten genom att beräkna den impulsalstrande anordningens acceleration. Därvid utnyttjas exempelvis en accelerometer för att bestämma accelerationen och sedan beräknas hastigheten i beroende av utsignalen från accelerometern. 10 15 20 25 30 35 533 ÜEi-fi l en utföringsform enligt uppfinningen mäts den aktuella hastigheten med en hastighetsgivare. Det är enkelt att utrusta en släde eller matarbalk med en hastighetsgivare och ansluta denna till styrenheten. l en utföringsform enligt uppfinningen beräknas styrsignalen i beroende av skillnaden mellan den aktuella matningshastigheten och referenshastigheten.In an embodiment according to the invention, the actual feed speed is determined in dependence on a position change of the impulse generating device relative to the support member. In a preferred embodiment, the current position is measured with a position sensor. This is an advantage because drilling rigs are easily equipped with position sensors for the purpose of indicating the position of the carriage on the feed beam. The actual speed is calculated, for example, depending on a position change during a measured period of time. In an embodiment according to the invention, the actual speed is determined by calculating the acceleration of the pulse generating device. In this case, for example, an accelerometer is used to determine the acceleration and then the speed is calculated depending on the output signal from the accelerometer. In an embodiment according to the invention, the current speed is measured with a speed sensor. It is easy to equip a sled or feed beam with a speed sensor and connect it to the control unit. In an embodiment according to the invention, the control signal is calculated depending on the difference between the actual feed rate and the reference speed.
Eftersom den aktuella matningshastigheten är en verklig uppmätt matningshastighet möjliggör detta en snabb och effektiv inställning av systemet. l en utföringsform enligt uppfinningen beräknas styrsignalen i beroende av medelvärdet av ett flertal på varandra följande bestämda värden för den aktuella matningshastigheten och referenshastigheten. Detta gör det möjligt att filtrera bort brus och eventuella enstaka onormala värden. l en utföringsform enligt uppfinningen regleras den nya matningshastigheten så att den är lika med referenshastigheten eller lägre än referenshastigheten. Då begränsas hastigheten dels av den aktuella borrsjunkningen dels av miljöförutsättriingar, exempelvis att borrkronan passerar en luftficka i berget, vilket förorsakar att hastigheten plötsligt ökar och motorn accelererar snabbt.Since the current feed rate is an actual measured feed rate, this enables a fast and efficient setting of the system. In an embodiment according to the invention, the control signal is calculated in dependence on the average value of a plurality of successively determined values for the current feed rate and the reference speed. This makes it possible to filter out noise and any occasional abnormal values. In an embodiment according to the invention, the new feed rate is regulated so that it is equal to the reference speed or lower than the reference speed. Then the speed is limited partly by the current drilling subsidence and partly by environmental conditions, for example that the drill bit passes an air pocket in the rock, which causes the speed to suddenly increase and the engine accelerates quickly.
Eftersom referenshastigheten är en övre gräns för den nya hastigheten accelererar inte motorn på ett sätt som annars skulle ha varit skadligt för borrmaskinen. Då blir den nya matningshastigheten även begränsad av den fysiska borrsjunkningen. Detta gör det möjligt att reglera hastigheten så att plötsliga accelerationer av borrmaskinen undviks. Detta är annars en risk möjliggör att den aktuella borrsjunkningen och miljöförutsättningar, såsom bergets beskaffenhet är begränsande faktorer vid hastigheter den nya hastigheten istället begränsas av l en utföringsform enligt uppflnningen reglerar ett flödesreglerat matningstryck den impulsalstrande anordningens förflyttning längs med bärorganet varvid flödet därvid regleras som funktion av styrsignalen. Detta gör det möjligt att styra borrrnaskinens rörelse med en hydraulventil. l en utföringsform enligt uppfinningen innefattar metoden vidare att matningsflödet regleras. Detta gör det möjligt att styra borrmaskinens rörelse 10 15 20 25 30 35 533 ÜB-“íl med exempelvis en elektriskt styrd hydraulventil. l en annan utföringsform kan även en hydraulpilot utnyttjas för att styra hydraulventilen.Since the reference speed is an upper limit for the new speed, the motor does not accelerate in a way that would otherwise be harmful to the drill. Then the new feed speed will also be limited by the physical drilling subsidence. This makes it possible to regulate the speed so that sudden accelerations of the drill are avoided. This is otherwise a risk enables the current drilling subsidence and environmental conditions, such as the nature of the rock, to be limiting factors at speeds. The new speed is instead limited by an embodiment according to the invention. the control signal. This makes it possible to control the movement of the drilling machine with a hydraulic valve. In an embodiment according to the invention, the method further comprises that the feed flow is regulated. This makes it possible to control the movement of the drilling machine 10 15 20 25 30 35 533 ÜB- “íl with, for example, an electrically controlled hydraulic valve. In another embodiment, a hydraulic pilot can also be used to control the hydraulic valve.
I en utföringsform enligt uppfinningen innefattar metoden vidare att matningsflödet Pl-regleras (proportionell och integrerande reglering) i beroende av en referenshastighet. Vilket är en fördel exempelvis när styrsystemet reglerar mot att referenshastigheten är konstant under en tidsperiod. l en utföringsform enligt uppfinningen innefattar metoden vidare att matningsflödet PlD~regleras (proportionell, integrerande och deriverande reglering) i beroende av en referenshastighet. Detta är en fördel om den aktuella hastigheten ökar och minskar plötsligt och oförutsett exempelvis till följd av att borrkronan stöter på håligheter eller luftfickor i berget eller löst bergmaterial. l en utföringsform enligt uppfinningen innefattar metoden vidare att den nya matningshastigheten regleras så att den är inom ett intervall innefattande referenshastigheten. Detta är en fördel då en relativt konstant borrningshatighet behövs. Ett typiskt värde för intervallet är l_-5% av referenshastigheten. Åven snävare intervall är fördelaktiga.In an embodiment according to the invention, the method further comprises that the feed rate P1 is regulated (proportional and integrating control) in dependence on a reference speed. Which is an advantage, for example, when the control system regulates against the reference speed being constant for a period of time. In an embodiment according to the invention, the method further comprises that the feed rate PlD ~ is regulated (proportional, integrating and derivative control) in dependence on a reference speed. This is an advantage if the current speed increases and decreases suddenly and unforeseen, for example as a result of the drill bit encountering cavities or air holes in the rock or loose rock material. In an embodiment according to the invention, the method further comprises that the new feed rate is regulated so that it is within a range comprising the reference speed. This is an advantage when a relatively constant drilling speed is needed. A typical value for the range is 1-5% of the reference rate. Even narrower intervals are advantageous.
Ett andra ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett datoriserat kontrollsystem som löser ovanstående problem.A second object of the invention is to provide a computerized control system which solves the above problems.
Lösningen är ett kontrollsystem som har de karaktäriserande kännetecknen i krav 16.The solution is a control system having the characterizing features of claim 16.
Ett sådant datoriserat kontrollsystem som innefattar medel att utföra en metod att styra av åtminstone en borrparameter vid borrning i berg, i enlighet med kraven 1-15.Such a computerized control system comprising means for performing a method of controlling at least one drilling parameter when drilling in rock, according to claims 1-15.
Uppfinningen omfattar även ett datorprogram direkt nedladdningsbart i en dators internminne, vilket program innefattar programkod för att kontrollera en metod enligt metodkrav 1-15 enligt uppfinningen. Uppfinningen omfattar dessutom ett datorläsbart medium med ett inspelat datorprogram, vilket 10 15 20 25 30 35 533 084 datorprogram är designat att få en dator att utföra stegen enligt något av kraven 1-15.The invention also comprises a computer program directly downloadable in a computer's internal memory, which program comprises program code for checking a method according to method claims 1-15 according to the invention. The invention further comprises a computer readable medium having a recorded computer program, which computer program is designed to cause a computer to perform the steps of any of claims 1-15.
Uppfinningen omfattar vidare en borrigg innefattande ett datoriserat kontrollsystem enligt krav 16.The invention further comprises a drilling rig comprising a computerized control system according to claim 16.
Fördelaktiga vidareutvecklingar av uppfinningen framgår av nedanstående beskrivning och patentkrav.Advantageous further developments of the invention appear from the following description and claims.
FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall närmare förklaras genom beskrivning av utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningar, i vilka figur 1 visar en bergborrningsrigg enligt en utföringsform av uppfinningen, figur 2 visar en matarbalk med borrmaskin på borriggen i figur 1 mer i detalj, flgur 3 visar ett reglersystem enligt en utföringsform av uppfinningen, figur 4A visar en datordisplay enligt känd teknik, figur 4B visar en datordisplay enligt en utföringsform av uppfinningen, figur 5A visar ett flödesdiagram enligt en utföringsform av uppfinningen och figur 5B visar ytterligare ett flödesdiagram enligt en utföringsform av uppfinningen.DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be explained in more detail by describing exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 shows a rock drilling rig according to an embodiment of the invention, Figure 2 shows a feed beam with drilling machine on the drilling rig in Figure 1 in more detail. an embodiment of the invention, Figure 4A shows a computer display according to the prior art, Figure 4B shows a computer display according to an embodiment of the invention, Figure 5A shows a fate diagram according to an embodiment of the invention and Figure 5B shows another fate diagram according to an embodiment of the invention.
BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Följande beskrivning beskriver en underjordsrfgg, men uppfinningen kan även appliceras på en ovanjordsrigg.DESCRIPTION OF EMBODIMENTS The following description describes an underground rig, but the invention can also be applied to an above-ground rig.
Figur 1 visar en bergbormingsrigg 10 för tunneldrivning, malmbrytning eller installation av bergsförstärkningsbultar vid tex. tunneldrivning eller gruvdrift.Figure 1 shows a rock drilling rig 10 for tunnel driving, ore mining or installation of rock reinforcement bolts at e.g. tunneling or mining.
Borriggen 10 inkluderar en bom 11, vars ena ände 11a är ledbart fäst vid en bärare 12, såsom ett fordon, via ett eller flera ledorgan och vi vars andra ände 11b är anordnad en matarbalk 13 som uppbär en impulsalstrande anordning i form av en borrmaskin 14. Borrmaskinen 14 är förskjutbar längs matarbalken 13, och genererar stötvågor som via en borrsträng 15 och en borrkrona 18 överförs till berget 17. Riggen 10 innefattar vidare ett datoriserat kontrollsystem innefattande en styrenhet 16, vilken kan användas vid styrning av 10 15 20 25 30 35 533 D84 borrparametrar enligt föreliggande uppfinning och enligt vad som kommer att beskrivas nedan. Styrenheten 16 kan användas för att övervaka position, riktning och borrat avstånd osv. med avseende på borrmaskin och bärare. ett Det datoriserade kontrollsystemet kan även användas för förflyttning av riggen 10, även om ett separat kontrollenhet naturligtvis kan användas för detta. Det datoriserade kontrollsystemet utnyttjas även för att övervaka position, riktning och borrat avstånd osv. med avseende på borrmaskin och bärare. l figur 2 visas matarbalken 13 med borrmaskinen 14 mer i detalj. Bornnaskinen 14 är fäst vid en längs matarbalken 13 förskjutbar släde 20, vars rörelse längs matarbalken 13 styrs av en matarcylinder 22, vilken i detta exempel utgörs av en hydraulcylinder. Ett altemativt sätt att driva borrmaskinen 14 framåt är att använda en så kallad kedjematare, där matarcylindern är ersatt med en kugghjulsförsedd hydraulmotor som är monterad längst bak på mataren. Med hjälp av en kedja, som är fäst i släden, och ett kugghjul längst fram på mataren för släden med borrmaskinen framåt och bakåt. Vid borrning inställs matarbalken 13 i position för borrning, företrädesvis med borrmaskinen 14 så långt tillbakaskjuten som möjligt i syfte att möjliggöra att en borrsträngskomponent 24, i nämnda borrsträng 15, kan kopplas till borrrnaskinen via en i borrmaskinen 14 innefattad adapter 26. Adaptem är i sin ena ände fäst i borrrnaskinen 14 och i sin andra ände försedd med medel, exempelvis gängor, ej visade, för anslutning till borrsträngskomponenten 24.The drilling rig 10 includes a boom 11, one end 11a of which is articulated to a carrier 12, such as a vehicle, via one or more guide members and we whose other end 11b is provided with a feed beam 13 which supports an impulse generating device in the form of a drilling machine 14. The drilling machine 14 is displaceable along the feed beam 13, and generates shock waves which are transmitted to the rock 17 via a drill string 15 and a drill bit 18. The rig 10 further comprises a computerized control system comprising a control unit 16, which can be used in controlling 533 D84 drilling parameters according to the present invention and as will be described below. The control unit 16 can be used to monitor position, direction and drilled distance, etc. with respect to drill and carrier. The computerized control system can also be used to move the rig 10, although a separate control unit can of course be used for this. The computerized control system is also used to monitor position, direction and drilled distance, etc. with respect to drill and carrier. Figure 2 shows the feed beam 13 with the drilling machine 14 in more detail. The drilling machine 14 is attached to a carriage 20 slidable along the feed beam 13, the movement of which along the feed beam 13 is controlled by a feed cylinder 22, which in this example consists of a hydraulic cylinder. An alternative way of driving the drilling machine 14 forward is to use a so-called chain feeder, where the feed cylinder is replaced by a geared hydraulic motor which is mounted at the rear of the feeder. Using a chain attached to the carriage and a gear at the front of the carriage feeder with the drill forward and backward. When drilling, the feed beam 13 is set in the position for drilling, preferably with the drilling machine 14 pushed as far back as possible in order to enable a drilling string component 24, in said drilling string 15, to be connected to the drilling machine via an adapter 26 included in the drilling machine 14. one end attached to the drilling machine 14 and at its other end provided with means, for example threads, not shown, for connection to the drill string component 24.
På detta sätt är borrkronan 18 lokaliserad relativt nära ett vid matarbalken 13 anordnat främre borrstöd 27. Vid matarbalkens bortre ände är också i detta fall en slangtrumma 28 anordnad, slangtrumman styr slangar för försörjning av till borrrnaskinens 14 olika enheter under borrning. Varefter borrningen fortskrider kommer matarcylindern att förskjuta borrmaskinen i riktning mot berget för att, när släden 20 förskjutits i riktning mot berget till ett främre ändläge, frikopplas från den in i berget borrade borrsträngskomponenten så att en ny borrsträngskomponent av passande längd kan anslutas mellan borrmaskin och borrsträngskomponent 24, varvid borrningen kan fortsätta till dess ett hål av önskad längd erhållits. l de fall borrsträngskornponenten 24 i sig själv tillhandahåller önskat håidjup behöver naturligtvis inte någon ytterligare borrsträngskomponent användas. 10 15 20 25 30 35 533 084 10 På bärarens 12 matarbalk 13 sitter en positionsgivare monterad, ej visad i figur.In this way the drill bit 18 is located relatively close to a front drilling support 27 arranged at the feed beam 13. At the far end of the feed beam a hose drum 28 is also arranged in this case, the hose drum guides hoses to supply the various units of the drilling machine 14 during drilling. As drilling proceeds, the feed cylinder will displace the drill in the direction of the rock so that, when the carriage 20 is displaced in the direction of the rock to a forward end position, it is disengaged from the drill string component drilled into the rock so that a new drill string component can be connected. 24, whereby the drilling can continue until a hole of the desired length is obtained. Of course, in cases where the drill string grain component 24 itself provides the desired height, no additional drill string component needs to be used. 10 15 20 25 30 35 533 084 10 On the carrier beam 13 of the carrier 12 there is a position sensor mounted, not shown in figure.
Positionsgivaren mäter slädens 20 och därmed borrmaskinens 14 position relativt matarbalken 13 och sänder positionsangivelser till styrenheten 16.The position sensor measures the position of the slide 20 and thus the drilling machine 14 relative to the feed beam 13 and sends position indications to the control unit 16.
Styrenheten 16 beräknar med hjälp av positionsangivelserna hur lång sträcka som borrats.The control unit 16 calculates with the aid of the position indications how long a distance has been drilled.
Figur 3 visar en schematisk utföringsform av ett reglersystem 30 som reglerar en borrmaskin 31. Borrmaskinen är 31 fast anordnad vid en släde som är glidbart anordnad vid en matarbalk 32. Reglersystemet 30 innefattar en styrenhet 33 som är anordnad att reglera borrmaskinens 31 rörelser. En matarcylinder 35 är anordnad vid balken för att reglera slädens och därmed borrmaskinens rörelse, borrsjunkningen, framåt eller bakåt längs matarbalken 32 genom att reglera matarcylindems 35 rörelser. Vid matarcylinderns 35 kolvstång 35a är ett vajerhjul 37 fast anordnat i mataroylinderns rörelseriktning.Figure 3 shows a schematic embodiment of a control system 30 which controls a drilling machine 31. The drilling machine 31 is fixedly arranged on a slide which is slidably arranged on a feed beam 32. The control system 30 comprises a control unit 33 which is arranged to control the movements of the drilling machine 31. A feed cylinder 35 is arranged at the beam to regulate the movement of the carriage and thus the drilling machine, the drilling sink, forwards or backwards along the feed beam 32 by regulating the movements of the feed cylinder 35. At the piston rod 35a of the feed cylinder 35, a wire wheel 37 is fixedly arranged in the direction of movement of the feed cylinder.
Vajerhjulet 37 är anordnat att driva en vajer 38 som är fäst vid matarbalken i sin ena ände 38a och i sin andra ände 38b vid släden. Matarcylindern 35 är på så sätt anordnad att reglera borrmaskinens 31 rörelser framåt eller bakåt genom att matarcylindern driver vajerhjulets 37 rotation medsols eller motsols. Istället för att förflytta borrmaskinen med ett vajerhjul och en vajer kan även ett kugghjul och en kedja användas. Vid användning av en matarcylinder 35. är vajerdrift fördelaktigt. Vid användande av en hydraulmotor är kedjedrift fördelaktigt.The wire wheel 37 is arranged to drive a wire 38 which is attached to the feed beam at its one end 38a and at its other end 38b to the carriage. The feed cylinder 35 is thus arranged to regulate the forward or backward movements of the drilling machine 31 by the feed cylinder driving the rotation of the wire wheel 37 clockwise or counterclockwise. Instead of moving the drill with a wire wheel and a wire, a gear wheel and a chain can also be used. When using a feed cylinder 35, wire drive is advantageous. When using a hydraulic motor, chain operation is advantageous.
Styrenheten 33 styr därmed borrmaskinens 31 rörelser genom att reglera matarcylinderns 35 rörelser. Vid inställningen av styrsystemet i denna utföringsform matar operatören 39 in olika borrparametrar, exempelvis matartryck och olika referenshastigheter för olika applikationer för borriggen, till styrenheten 33 via en display, ej visad. En elektroniskt styrd hydraulisk ventil 40 är ansluten till styrenheten 33. Styrenheten 33 styr borrmaskinens rörelser genom att styra flödet q från den elektroniskt styrda hydrauliska ventilen 40 till matarcylindern 35. Den elektroniskt styrda hydrauliska ventilen 40 är ansluten tili matarcylindern så att den reglerar matarcylinderns 35 kolvstångs 35a rörelser. Flödet q styrs genom att hålla tryckdifferensen Ap över ventilen konstant, därmed blir flödet q direkt proportionell mot öppningsarean A för ventilen. Matningsflödet q strömregleras, så att hydraulventilens 40 öppningsarea A är anordnad proportionell mot en styrström. 10 15 20 25 30 35 533 G84 11 Den hydrauliska ventilen 40 är anordnad vid en tank 41. Tryckdifferensen är lika med differensen av trycket för flödet från den hydrauliska ventilen 40, dvs. det tryck som går till matarcylindern p2, och trycket p1 för flödet till den hydrauliska ventilen 40: Ar>=p2-p1 (2) Matningstrycket p2, begränsas till ett maximalt önskvärt matningstryck med en hydraulisk ventil 42. Den hydrauliska ventilen 42 kontrolleras av styrsystemet 33. Den hydrauliska ventilen 42 är anordnad vid tanken 41. Systemtrycket begränsar det maximala matningstryck som kan erhållas. Systemtrycket regleras med hjälp av en pump som drivs med borriggens huvudmotor, i detta fall en dieselmotor 36. Det kan även vara en elmotor, speciellt när riggen är en underjordsrigg.The control unit 33 thus controls the movements of the drilling machine 31 by regulating the movements of the feed cylinder 35. When setting up the control system in this embodiment, the operator 39 feeds in different drilling parameters, for example feed pressure and different reference speeds for different applications for the drilling rig, to the control unit 33 via a display, not shown. An electronically controlled hydraulic valve 40 is connected to the control unit 33. The control unit 33 controls the movements of the drilling machine by controlling the flow q from the electronically controlled hydraulic valve 40 to the feed cylinder 35. The electronically controlled hydraulic valve 40 is connected to the feed cylinder so that it regulates the feed cylinder 35 piston rod 35a movements. The flow q is controlled by keeping the pressure difference Ap across the valve constant, thus the flow q becomes directly proportional to the opening area A of the valve. The supply flow q is current regulated so that the opening area A of the hydraulic valve 40 is arranged proportionally to a control current. 10 15 20 25 30 35 533 G84 11 The hydraulic valve 40 is arranged at a tank 41. The pressure difference is equal to the difference of the pressure for the flow from the hydraulic valve 40, ie. the pressure going to the feed cylinder p2, and the pressure p1 for the flow to the hydraulic valve 40: Ar> = p2-p1 (2) The supply pressure p2, is limited to a maximum desired supply pressure with a hydraulic valve 42. The hydraulic valve 42 is controlled by the control system 33. The hydraulic valve 42 is arranged at the tank 41. The system pressure limits the maximum supply pressure that can be obtained. The system pressure is regulated by means of a pump which is driven by the main motor of the drilling rig, in this case a diesel motor 36. It can also be an electric motor, especially when the rig is an underground rig.
Tryckdifferensen Ap över den elektroniskt styrda hydrauliska ventilen 40 hålls väsentligen konstant genom att styra trycket p1 till ventilen med en mekanisk tryckregelande ventil 43. Tryckdifferensen Ap över den elektroniskt styrda hydrauliska ventilen 40 kontrolleras genom att styra trycket till den hydrauliska ventilen 40 genom att kontrollera trycket pt med en tryckreglerande ventil 43.The pressure difference Ap over the electronically controlled hydraulic valve 40 is kept substantially constant by controlling the pressure p1 to the valve with a mechanical pressure regulating valve 43. The pressure difference Ap over the electronically controlled hydraulic valve 40 is controlled by controlling the pressure of the hydraulic valve 40 by controlling the pressure pt with a pressure regulating valve 43.
På riggens matarbalk 33 är här vidare en positionsgivare 45 anordnad för att bestämma borrmaskinens position X relativt matarbalken. Positlonsgivaren 45 är ansluten till styrenheten 33. Positionsgivaren 45 skickar information om borrmaskinens position X till styrenheten 32. Utifrån borrmaskinens fortlöpande position räknar styrenheten ut hur långt som borrats. Styrenheten 33 är även utrustad med en tidsregistrerande anordning. l denna utföringsform beräknar styrenheten 33 borrmaskinens positionsförändring i beroende av information från positionsgivaren 45 och den tidsregistrerande anordningen, och därefter en aktuell matningshastlghet. I beroende av den en önskad referenshastighet och den aktuella matningshastigheten beräknar styrenheten 33 en styrsignal S.Further, on the feed beam 33 of the rig, a position sensor 45 is arranged here for determining the position X of the drilling machine relative to the feed beam. The position sensor 45 is connected to the control unit 33. The position sensor 45 sends information about the position X of the drilling machine to the control unit 32. Based on the continuous position of the drilling machine, the control unit calculates how far it has been drilled. The control unit 33 is also equipped with a time recording device. In this embodiment, the control unit 33 calculates the position change of the drilling machine in dependence on information from the position sensor 45 and the time recording device, and then a current feed rate. Depending on the desired reference speed and the current feed speed, the control unit 33 calculates a control signal S.
Styrenheten beräknar därefter automatiskt en ny matningshastighet för den nämnda impulsalstrande anordningen i beroende av styrsignalen S.The control unit then automatically calculates a new feed rate for the said pulse generating device in dependence on the control signal S.
Referenshastigheten hämtas exempelvis från borrparametrarna för den aktuella applikationen eller från ett tidigare uppmätt värde för den aktuella 10 15 20 25 30 35 533 034 12 applikationen. Slutligen beräknar styrenheten 33 en styrström S i beroende av styrsignalen S. Styrenheten 33 reglerar automatiskt den hydrauliska ventilen 40 genom att reglera ventilens styrström så att flödet genom ventilen ändras så att det motsvarar den nya matningshastigheten för borrmaskinen.The reference speed is taken, for example, from the drilling parameters for the current application or from a previously measured value for the current application. Finally, the control unit 33 calculates a control current S depending on the control signal S. The control unit 33 automatically regulates the hydraulic valve 40 by regulating the control current of the valve so that the flow through the valve is changed so that it corresponds to the new feed speed of the drill.
Styrenheten 33 reglerar i detta fall den nya hastigheten som en PID-regulator, men kan självklart även reglera den nya hastigheten som någon annan typ av regulator, exempelvis en Pl-regulator, eller en adaptiv regulator.The control unit 33 in this case regulates the new speed as a PID controller, but can of course also regulate the new speed as some other type of controller, for example a P1 controller, or an adaptive controller.
Om istället matarcylindern är ersatt med en kugghjulsförsedd hydraulmotor i en annan utföringsform, ej visad i figur, drivs borrmaskinen framåt genom att använda en så kallad kedjematare. Släden med borrmaskinen drivs framåt och bakåt längs balken med hjälp av en vid släden fäst och av hydraulmotorn driven kedja, vilken löper längs matarbalken. Den elektroniskt styrda hydrauliska ventilen är därvid ansluten till styrenheten 33. Styrenheten styr i detta fall borrmaskinens rörelser genom att styra flödet q från den elektroniskt styrda hydrauliska ventilen till hydraulmotorn. Den elektroniskt styrda hydrauliska ventilen är ansluten till hydraulmotom så att den reglerar hydraulmotorns kolvstångs rörelser. Flödet q styrs på samma sätt som ovan beskrivits genom att hålla tryckdifferensen Ap över ventilen konstant, därmed blir flödet q direkt proportionell mot öppningsarean A för ventilen.If instead the feed cylinder is replaced with a geared hydraulic motor in another embodiment, not shown in fi gur, the drill is driven forward by using a so-called chain feeder. The carriage with the drilling machine is driven forwards and backwards along the beam by means of a chain attached to the carriage and driven by the hydraulic motor, which runs along the feed beam. The electronically controlled hydraulic valve is then connected to the control unit 33. In this case, the control unit controls the movements of the drilling machine by controlling the flow q from the electronically controlled hydraulic valve to the hydraulic motor. The electronically controlled hydraulic valve is connected to the hydraulic motor so that it regulates the movements of the piston rod of the hydraulic motor. The flow q is controlled in the same way as described above by keeping the pressure difference Ap across the valve constant, thus the flow q becomes directly proportional to the opening area A of the valve.
Matningsflödet q strömregleras, så att hydraulventilens öppningsarea A är anordnad proportionell mot en styrström. l en första utföringsform av en borrapplikation utförs begränsande styrning: Operatören bestämmer för denna applikation en maximal hastighet för borrmaskinen som referenshastighet. När den aktuella matningshastigheten, närmar sig den angivna maximala hastigheten så beräknar styrenheten en ny styrström avsedd att strypa flödet från hydrauliska ventilen och matarcylindern bromsas därmed. Därmed säkerställer styrenheten att hastigheten inte ökar ytterligare. När hastigheten sjunker beräknar och sänder styrenheten ytterligare en ny styrström till den hydrauliska ventilen så att ventilöppningen ökas för att inte borrningen ska försämras. Vid denna utföringsform där en maximal hastighet tillåts uppnås den maximala hastigheten inte under borrning i fast berg eftersom penetrationshastigheten genom berget begränsar borrsjunkningen. Det är först när borrmaskinen träffar hålrum eller lättborrade 10 15 20 25 30 35 533 DB!! 13 partier i berget som matningshattigheten kan öka för snabbt och styrenheten initierar en begränsning av hastigheten när den närmar sig den angivna maximala hastigheten. Därmed skyddas utrustningen från att få en för hög hastighet eller att accelerera för snabbt varvid annars utrustningen riskerar att gå sönder eller borrkax gör att borrkronan sätter igen eller borrkronan fastnar eftersom spolmediet som avlägsnar borrkaxet försvinner ut i sprickor i berget. l en andra utföringsform av en borrapplikation regleras en önskad hastighet: Operatören anger en bestämd medelhastighet som referenshastighet för matningshastigheten. Vilket innebär att om den aktuella hastigheten är för låg ökar styrenheten 33 den hydrauliska ventilens 40 utstyrning. Vidare om den aktuella hastigheten är för hög minskar styrenheten den hydrauliska ventilens 40 utstyrning. Denna styralgorltm är iämplig vid exempelvis igängning och urgängning av borrstål. Då är det viktigt att hålla en förutbestämd hastighet för att inte nöta på gängorna i onödan. Då styrs borrmaskinen så att den nya hastigheten är inom ett intervall. Ett typiskt intervall är referenshastigheten 15%. Även snävare intervall är fördelaktiga. l en annan utföringsform grovregleras styrsignalen genom att tillföra styrenheten en referenstabell som anger en specifik ventilutstyrning för en viss matningshastighet. Därefter finjusterar styrenheten den aktuella hastigheten genom att reglera styrsignalen vid drift av borriggen. l en annan utföringsform ei visad är istället för positionsgivaren en accelerometer (ei visad) anordnad vid matarbalken för att bestämma accelerationen av borrmaskinen relativt matarbalken och den aktuella matningshastigheten beräknas sedan i beroende av nämnda acceleration. l ytterligare en utföringsform av en borrapplikation utnyttjas en kalibreringsfunktion utförd i det datoriserade kontrollsystemet eller i en extern dator för att ställa in en referenstabell. Kalibreringen utförs när riggen är ny och när en komponent i riggen bytts ut. l ännu en utföringsform av en borrapplikation drivs riggen i ett ”nödläge” exempelvis om positionsgivaren går sönder. Då utnyttjas en referenstabell, på samma sätt som ovan beskrivits. Detta ger visserligen inte en lika korrekt 10 15 20 25 30 35 533 084 14 hastighet men ändå en tillräckligt noggrann inställning så att det möjliggör fortsatt borrning med riggen, exempelvis till dess att reservdelar har anlänt.The supply flow q is regulated by current, so that the opening area A of the hydraulic valve is arranged proportionally to a control current. In a first embodiment of a drilling application, restrictive control is performed: The operator determines for this application a maximum speed for the drilling machine as a reference speed. When the current feed speed approaches the specified maximum speed, the control unit calculates a new control current intended to restrict the flow from the hydraulic valve and the feed cylinder is thereby braked. Thus, the control unit ensures that the speed does not increase further. When the speed drops, the control unit calculates and sends another new control current to the hydraulic valve so that the valve opening is increased so that the drilling does not deteriorate. In this embodiment where a maximum speed is allowed, the maximum speed is not reached during drilling in solid rock because the penetration speed through the rock limits the drilling subsidence. It is only when the drill hits cavities or easily drilled 10 15 20 25 30 35 533 DB !! 13 sections in the rock as the feed rate can increase too fast and the control unit initiates a speed limitation as it approaches the specified maximum speed. This protects the equipment from getting too high a speed or accelerating too fast, otherwise the equipment risks breaking or the drill bit causes the drill bit to clog or the drill bit to get stuck because the flushing medium that removes the drill bit disappears into cracks in the rock. In a second embodiment of a drilling application, a desired speed is regulated: The operator specifies a certain average speed as the reference speed for the feed speed. Which means that if the current speed is too low, the control unit 33 increases the equipment of the hydraulic valve 40. Furthermore, if the current speed is too high, the control unit reduces the equipment of the hydraulic valve 40. This control algorithm is suitable for, for example, threading and unwinding of drill steel. Then it is important to keep a predetermined speed so as not to wear on the threads unnecessarily. Then the drill is controlled so that the new speed is within a range. A typical range is the reference rate of 15%. Even narrower intervals are advantageous. In another embodiment, the control signal is coarsely regulated by supplying the control unit with a reference table which indicates a specific valve control for a certain feed speed. Then fi the control unit adjusts the current speed by regulating the control signal during operation of the drilling rig. In another embodiment not shown, instead of the position sensor, an accelerometer (not shown) is arranged at the feed beam to determine the acceleration of the drilling machine relative to the feed beam and the actual feed speed is then calculated in dependence on said acceleration. In a further embodiment of a drilling application, a calibration function performed in the computerized control system or in an external computer is used to set up a reference table. The calibration is performed when the rig is new and when a component in the rig has been replaced. In yet another embodiment of a drilling application, the rig is operated in an "emergency", for example if the position sensor breaks. Then a reference table is used, in the same way as described above. Although this does not give an equally correct speed, it still provides a sufficiently accurate setting so that it enables continued drilling with the rig, for example until spare parts have arrived.
Figur 4A visar två datordisplayer 50a, 50b, enligt känd teknik, i vilka referensparametrar år inmatade såsom begynnelseparametrar, exempelvis olika matartryck (bar) och olika strömvärden (mA) representerande olika hastigheter för olika applikationer för borriggen hämtade ur en referenstabell.Figure 4A shows two computer displays 50a, 50b, according to the prior art, in which reference parameters are entered as initial parameters, for example different feed pressures (bar) and different current values (mA) representing different speeds for different applications for the drilling rig taken from a reference table.
Olika borrparametrar kan vara maximalt matningstryck, minimalt matningstryck, önskat matningstryck vid borrning, matningstryck vid påhugg, ström för kalibrering, ström motsvarande maximal hastighet framåt, ström motsvarande minimal hastighet framåt, ström motsvarande hastighet vid borrning framåt, ström motsvarande hastighet vid borrning bakåt och/eller ström motsvarande maximal hastighet vid påhugg.Different drilling parameters can be maximum feed pressure, minimum feed pressure, desired feed pressure when drilling, feed pressure at cut, current for calibration, current corresponding to maximum speed forward, current corresponding to minimum speed forward, current corresponding speed when drilling forward, current corresponding to speed / drilling speed or current corresponding to the maximum speed at cutting.
Figur 4B visar två datordisplayer 50c, 50d, enligt en utföringsform av uppfinningen, i vilket en operatör matar in begynnelseparametrar, exempelvis olika matartryck (bar) och olika hastigheter (m/min) för olika applikationer för borriggen. Olika borrparametrar kan vara matningstryck vid påhugg, önskat matningstryck vid borrning maximalt matningstryck vid borrning, minimalt matningstryck vid borrning, kalibreringshastighet, önskad hastighet vid borrning, hastighet vid påhugg, maximal hastighet framåt, och/eller maximal hastighet bakåt. Även andra borrparametrar är möjliga.Figure 4B shows two computer displays 50c, 50d, according to an embodiment of the invention, in which an operator enters initial parameters, for example different feed pressures (bar) and different speeds (m / min) for different applications for the drilling rig. Different drilling parameters can be feed pressure at cut, desired feed pressure at drilling maximum feed pressure at drilling, minimum feed pressure at drilling, calibration speed, desired speed at drilling, speed at cut, maximum speed forward, and / or maximum speed backwards. Other drilling parameters are also possible.
Figur 5A visar ett flödesschema för en metod för styrning av åtminstone en borrparameter vid borrning i berg, varvid en impulsalstrande anordning borrar i berg genom ett stötorgan som är anordnat att inducera stötvågor i ett mot berget verkande verktyg. Den impulsalstrande anordningen är förskjutbart anordnad i borriktningen relativt ett bärorgan. Den impulsalstrande anordningen är anordnad med en styrenhet.Figure 5A shows a flow chart of a method for controlling at least one drilling parameter when drilling in rock, wherein an impulse generating device drills in rock through a shock means which is arranged to induce shock waves in a tool acting against the rock. The impulse generating device is slidably arranged in the drilling direction relative to a support member. The impulse generating device is provided with a control unit.
Metoden innefattar följande steg: a) En första borrparameter ställs in genom att bestämma en referenshastighet, genom att operatören matar in ett värde för referenshastigheten i styrsystemet manuellt eller genom att styrenheten automatiskt hämtar referenshastigheten ur en referenstabell (60). 10 15 20 25 30 35 533 084 15 b) En andra borrparameter, en aktuell matningshastighet bestäms (61). Den aktuella matningshastigheten är ett uppmätt värde för hastigheten eller ett beräknat värde för hastigheten i beroende av ett uppmätt värde för accelerationen. c) En styrsignal beräknas i beroende av referenshastigheten och den aktuella hastigheten genom en förutbestämd beräkningsmetod i styrenheten (64).The method comprises the following steps: a) A first drilling parameter is set by determining a reference speed, by the operator entering a value for the reference speed in the control system manually or by the control unit automatically retrieving the reference speed from a reference table (60). 10 15 20 25 30 35 533 084 15 b) A second drilling parameter, a current feed rate is determined (61). The actual feed rate is a measured value for the speed or a calculated value for the speed depending on a measured value for the acceleration. c) A control signal is calculated depending on the reference speed and the current speed by a predetermined calculation method in the control unit (64).
Beräkningsmetoden kan vara av varianterna Pl- eller PlD-regelering eller adaptiv reglering. Styrsignalen kan även beräknas i beroende av differensen mellan absolutbeloppet av den aktuella matningshastigheten och den önskade matningshastighet. d) En ny matningshastighet regleras automatiskt i beroende av styrsignalen. l en utföringsform reglerar styrsignalen en ventil som styr den impulsalstrande anordningens rörelser relativt ett bärorgan (66).The calculation method can be of the variants P1 or PlD control or adaptive control. The control signal can also be calculated depending on the difference between the absolute amount of the current feed rate and the desired feed rate. d) A new feed rate is regulated automatically depending on the control signal. In one embodiment, the control signal controls a valve that controls the movements of the impulse generating device relative to a support member (66).
Figur 5B visar ett flödesschema för en annan utföringsfonn av metoden för styrning av åtminstone en borrparameter vid borrning i berg. Metoden innefattar ovanstående steg samt följande steg: e) Stegen b-d upprepas (68). Detta utförs exempelvis till dess den nya hastigheten är inom ett föredraget intervall av referenshastigheten. l en annan utföringsform utförs detta steg så att den nya hastigheten närmar sig referenshastigheten utan att överskrida densamma. l en fysisk implementering av styrenheten innefattar denna en logik enhet, en dator enhet eller en kalkylerande enhet innefattande en mikroprocessor eller processorer innefattande en CPU (Central processing unit) eller en FPGA (field-programmable gate array) eller någon annan halvledarenhet innefattande programmerbara logikkomponenter och programmerbara kopplingar som utför stegen i metoden enligt en aspekt av denna uppfinning. Detta utför med hjälp av ett eller flera datorprogram, som är sparade åtminstone till en del i ett programminne som styrenheten har åtkomst till. Datorprogrammen innefattar programkodelement eller mjukvara som kan få datorn att utföra metoden 10 533 084 16 genom att utnyttja ekvationer, algoritmer, data och beräkningar som tidigare beskrivits.Figure 5B shows a fate diagram for another embodiment of the method for controlling at least one drilling parameter when drilling in rock. The method includes the above steps as well as the following steps: e) Steps b-d are repeated (68). This is done, for example, until the new speed is within a preferred range of the reference speed. In another embodiment, this step is performed so that the new speed approaches the reference speed without exceeding it. In a physical implementation of the controller, it comprises a logic unit, a computer unit or a calculating unit comprising a microprocessor or processors comprising a CPU (Central processing unit) or an FPGA (field-programmable gate array) or any other semiconductor unit comprising programmable logic components and programmable couplings that perform the steps of the method according to one aspect of this invention. This is done with the help of one or more computer programs, which are stored at least in part in a program memory to which the control unit has access. The computer programs include program code elements or software that can cause the computer to perform the method using 5353 equations, algorithms, data, and calculations previously described.
Uppfinningen är inte begränsad till de visade utföringsexemplen utan fackmannen kan givetvis modifiera den på ett flertal sätt inom ramen för den av patentkraven definierade uppfinningen. Således kan exempelvis istället för en positionsgivare en hastighetsgivare utnyttjas, varvid en särskild givare som anger borrmaskinens hastighet anordnas vid matarbalken. Vidare kan borrmaskinens rörelser istället för att styras elektriskt styras hydraulisk eller pneumatiskt. Olika matarkonstruktioner kan utnyttjas exempelvis med en elmotor, eller med en kulskruv.The invention is not limited to the embodiments shown, but the person skilled in the art can of course modify it in a number of ways within the scope of the invention as claimed in the claims. Thus, for example, instead of a position sensor, a speed sensor can be used, a special sensor indicating the speed of the drilling machine being arranged at the feed beam. Furthermore, instead of being electrically controlled, the movements of the drill can be controlled hydraulically or pneumatically. Different feeder constructions can be used, for example, with an electric motor, or with a ball screw.
Claims (19)
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0800745A SE533084C2 (en) | 2008-04-01 | 2008-04-01 | Drilling rig and method and control system for controlling a feed rate of said drilling rig |
| PCT/SE2009/000173 WO2009123535A1 (en) | 2008-04-01 | 2009-04-01 | Method and apparatus for adjusting and controlling a parameter |
| SE1051134A SE534665C2 (en) | 2008-04-01 | 2009-04-01 | Method, computerized control system, computer program and computer-readable medium for controlling feed rate and drilling rig |
| FI20106140A FI125984B (en) | 2008-04-01 | 2010-11-01 | A method for controlling the rock drill feed rate and a computer based control system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0800745A SE533084C2 (en) | 2008-04-01 | 2008-04-01 | Drilling rig and method and control system for controlling a feed rate of said drilling rig |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE0800745L SE0800745L (en) | 2009-10-02 |
| SE533084C2 true SE533084C2 (en) | 2010-06-22 |
Family
ID=41135802
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE0800745A SE533084C2 (en) | 2008-04-01 | 2008-04-01 | Drilling rig and method and control system for controlling a feed rate of said drilling rig |
| SE1051134A SE534665C2 (en) | 2008-04-01 | 2009-04-01 | Method, computerized control system, computer program and computer-readable medium for controlling feed rate and drilling rig |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE1051134A SE534665C2 (en) | 2008-04-01 | 2009-04-01 | Method, computerized control system, computer program and computer-readable medium for controlling feed rate and drilling rig |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| FI (1) | FI125984B (en) |
| SE (2) | SE533084C2 (en) |
| WO (1) | WO2009123535A1 (en) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE538090C2 (en) * | 2014-02-18 | 2016-03-01 | Atlas Copco Rock Drills Ab | Rock drilling machine and rock drilling procedure |
| US10428638B2 (en) | 2016-12-06 | 2019-10-01 | Epiroc Drilling Solutions, Llc | System and method for controlling a drilling machine |
| SE543372C2 (en) * | 2019-03-29 | 2020-12-22 | Epiroc Rock Drills Ab | Drilling machine and method for controlling a drilling process of a drilling machine |
| CN116472396A (en) * | 2020-11-27 | 2023-07-21 | 安百拓凿岩有限公司 | Device for controlling drilling parameters during removal of a drill string |
| CN117703344B (en) * | 2024-02-01 | 2024-04-30 | 成都三一能源环保技术有限公司 | Drilling parameter adjusting method based on data analysis |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3581830A (en) * | 1969-09-03 | 1971-06-01 | Bucyrus Erie Co | Linear feed control for a rotary tool |
| FI104279B (en) * | 1996-11-27 | 1999-12-15 | Tamrock Oy | Method and arrangement for controlling the feed of rock drilling |
-
2008
- 2008-04-01 SE SE0800745A patent/SE533084C2/en not_active IP Right Cessation
-
2009
- 2009-04-01 WO PCT/SE2009/000173 patent/WO2009123535A1/en active Application Filing
- 2009-04-01 SE SE1051134A patent/SE534665C2/en unknown
-
2010
- 2010-11-01 FI FI20106140A patent/FI125984B/en active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FI125984B (en) | 2016-05-13 |
| SE534665C2 (en) | 2011-11-08 |
| SE0800745L (en) | 2009-10-02 |
| WO2009123535A1 (en) | 2009-10-08 |
| FI20106140A (en) | 2010-11-01 |
| SE1051134A1 (en) | 2010-10-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6938702B2 (en) | Method and equipment for controlling operation of rock drilling apparatus | |
| AU2013396723B2 (en) | Arrangement for controlling percussive drilling process | |
| SE533986C2 (en) | Method device and drilling rig and computerized control system for controlling a rock drill when drilling in rock | |
| SE533084C2 (en) | Drilling rig and method and control system for controlling a feed rate of said drilling rig | |
| KR102409875B1 (en) | Methods and construction devices for soil processing | |
| JP5555619B2 (en) | Method and apparatus for controlling at least one excavation parameter for rock drilling | |
| KR20090007344A (en) | Method of controlling operation of rock drilling rig, and rock drilling rig | |
| AU2010264620B2 (en) | Method and apparatus for controlling rock drilling | |
| SE526923C2 (en) | Method, system and device for controlling power consumption during a rock drilling process | |
| CN105201405A (en) | Propelling device for jackdrill and drill jumbo | |
| US6253860B1 (en) | Method and arrangement for controlling rock drilling | |
| US6209662B1 (en) | Method of and apparatus for controlling diamond drill feed | |
| SE526462C2 (en) | Procedure, program and arrangement for the control of slag drilling | |
| US11293274B2 (en) | Drill pipe segment life monitor | |
| CN205154011U (en) | A advancing device and drill jumbo for rock drill | |
| US11480014B2 (en) | Automatic force adjustment control system for mobile drilling machines | |
| JP2015021340A (en) | Shield machine | |
| US11401795B2 (en) | Collar control system for mobile drilling machines | |
| SE535421C2 (en) | Method and system for determining a change in a flushing medium flow and rock drilling device | |
| CA2258316C (en) | Method and arrangement for controlling rock drilling | |
| AU2020205242A1 (en) | Collar control system for mobile drilling | |
| CN113465956A (en) | Rock breaking machine and apparatus and method for monitoring a rock breaking machine | |
| WO2017001506A1 (en) | Method of and device for installing a ground anchor comprising an expandable part | |
| JP2006177104A (en) | Operation instructing device for boring machine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |