SU1030543A1 - Устройство дл управлени режимами вращательного бурени - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ ВРДЩАТЕЛЬНО ГО БУРЕНИЯ скважин, содержатаее датчик механической скорости, ошш  э выходов которого соединен с информаиионным входом первого ключевого элемента, a другой - с шрвым входом вычислитель- ного блока, первый выход которого сое динен с информапионным входом второго ключевого элемента, вмходы пэрво)ч и второго ключевых элементов соединены с входами экстремального регул тора, датчик частоты вращени , соединенный с вторым вход(Я4 вычислительного блока, третий вход которого соеди1ЮН с од|ЯМ из выходов датчика тока, другой выход которого соединен с одним из входов первого элемента сравнени , другой вход Которого соединен с задатчиком тока отсечки , a выход первого блока сравйани  соединен с входом первого решйногд элемента, датчик вибрации И эадатчик вибрации, грединенныё с входами вто.рого блока сравнени , выход которого подклк «1 чен к входу второго релейшго эламе нта. второй выход вычислительного блока под .ключен к одному из входов третьего элемента сравнени , выход которсиго соединен с первым входом коммутатора, первый , второй, третий и четвертый выходы KOtopOro соединены соотьетственно с регул тором усилий подачи и регул тором частоты вращени , задат щк глубины, датчик усили  подачи, первый датчик давлени , выход которого соедииен с входс м первого элемента ИЛИ, с входом г Первого усилител  и с входта первого эт1емента НЕ, выход которого через по . спедователыю соедивэнные блок задерхски и второй элемент НЕ соединен с втот рым входом первого элемента ИЛИ, выход g S которого через второй усилитель соеди нен с электрогидравлическцм клапаном, второй датчик давлени  через третий усилитель соединен с первым входом блока реверса подачи, отличающеес  тем, что, с целью повышени  надёжности управлени , в устройство введены кок«паратор , блок нелинейности, третий ключевой элемент, второй элемент ИЛИ, доСО полнительный кс мутатор, четвертый, п о сд тый, шестой, седьмой и вос1мой элеме - I ты сравнвни , третий, четвертый, п тый, шестой и седьмой релейные элементы, 4 СО задатчики усипи  подачи, производитеЛЕ Ности , максимальной частоты н тока р&верса подачн, причем вь1ходы датчика уси-; ЛИЯ подачи и задатчика усили  подачи сое динены с входами четвёртого блока сра&- .нени , выход которого через третий релейный элемент подключён к первому входу дополнительного коммутатора, второй вход которого соединен с эадатчиком глубины, a третий вход - с выxoдo vr 9kcтpвмaпьнoгoI регул тора, выход дополнительного комму татора соединен с другим входс л третьего

Description

блока срввкеииЯ| Еиходы задатчика производитепьности и бпока вепинейности соепинекы с входами п того бпока сравнени , выход когсрого через четвертый репейный эпемент соединен с управл ющими входами первого и второго кпк чевь1х эпементов , выходы датчика частоты врашеии  и задатчика максимальной частоты подключены к шестому бпоку сравнени , выхо которого через п тый репейный эпэмент соединен с вторым входом кслшутатора, кроме того, выход датчика частоты соединен с информационным входом третьего ключевого элемента, управл ющий вход которого соединен с выходом первого усилите п  ,вь1 ход третьего ключевого элемента подключен к первому входу компарагора,вто рой вход которого соединен с датчиком усили  подачи,а выход компаратора соединен Q третьим входом коммутатора, выход пер вого усилител  соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй и третий входы которого соединены соответственио с выходами первого и второго репейных элементов, выход второго элемента соединен с четвертым входом коммутатора , выходы датчика усили  подачи и аа датчика усилий подачи соединены с входа ми седьмого элемента сравнени  , ЕОЫХОД которого через шестой релейный элемент соединен с п тым входом коммутатора, выходы задатчика тока реверса подачи и датчика тока соединены с входами восьмого элемента сравнени , выход которого через седьмой релейный элемент соедиг йен с вторым входом блока реверса.

2. Устройство по п. 1, о т ft и i ю щ е е с   тем, что коммутатор вьигопнен на элементах И, НЕ, ИЛИ и нупь-о.р«гане , выход которого соединен с первыл  входами первого и второго элементов И, выходы которых подключены к первым входам соответствующих элементов ИЛИ, I вы ход первого элемента НЕ соединен с первым входом третьего элемента И и вторым входом второго элемента И, выход третьего элемента И соединен с Btoрым входом первого элемента ИЛИ, вы;ХОД которогх через второй элемент НЕ соединен с первым входом четвертого элемента И, выход которого  вл етс  первым выходом коммутатора, второй вхо (Четвертохчэ И  вл етс  BTOJ&IM входом коммутатора, вход эпе , мента НЕ, второй вход первого элеме1Ьга И, первый вход п того элемента И и первый вход шестого элемента И о единеш 1 и  вл ютс  третьим входом комму татора , вторые входы третьего элемента И и п того элемента И объединены и  &п ютс  четвертым входом к(Й1мутатора, выход п того элементаМ через третий элемент НЕ соединен с вторым входом шестого элемевта И, выход которого динен с вторым входом второго элеменста ИЛИ, выход которого соединен с входом четвертого элемента НЕ и с первым входом седьмого элемента И, второй вход которого  вл етс  п тым входом комму татора, а выход - третьим выходом коммутатора , выход четвертого элемента НЕ  вл етс  четвертым выходом коммутаторри

Изобретение относитс  к средствам управлени  производственными процессами в ххэрнорудной, угольной и других отрасл х промышленности, в частности при бурении взрывных скважин, и может быть исполь- зовано на буровых станках дп  рткрытьтх горных работ.

Современное состо нш по разработке средств регулировани  и управлени  реж). мами бурени  вз{х 1вных скважин предъ ви л ет требовани  к системам управлени  режимами бурени , которые догЫены быть одноуровневыми, двухуровневыми или многоуровневыми и решать две задачи: задачу стабилизации (поддерживать режвм бу рени  при nocTOi дных задающих воздействи х ) и задачу оптимизации режимов ,бурени  (измен ть управл ющие или зара юшие воздействи  согласно заданному критерию); допускать опт1аа шзашоо режимов бурени  по нескольким критери м; ; допускать управление не менее чем двум  параметрами режима бурени  .(частотой вращени  н усилием подачи); выпо 1н ть функции зашиты от стрпорёни  рабочего органа и от чрезмерного возрастани  крут щехх) момента, от резкого изменени  скорости бурени , от слшком высоких и слишком мапых скоростей Гводачи, от гювышенных вибраций,рт нарушений режима очистки скважины; защищать от стопорени  в две-три- ступени (снижение нагрузки, останов, ре,верс подачи); также соответствовать требовани м, относ щим с  к конструктивному исполнению систем управлени , элементной базе, согпасовани с АСУ горным производством, переходуным процессам и помехоустойчивости fl Предъ вл емым требовани м отвечает система Режим-2НМ, котора  состоит ИЗ регутитора давлени , системы подачи бурового става, усилителей, силового магнитного усилител , двигател  вращател , промежуточного магнитного, усилител , блока отрииательной обратной св зи по напр жению двигател , датчика давлени  в системе подачи, гидросистемы, системы воздушной очистки, обратной св зи по скорости подачи, блока токовой отсечки, датчика механической скороо ти бурени , масштабных блокЬв, нелинейного преобразовател , датчика вибрации, датчика давлени  воздуха и блока обратной св зи по частоте врашени . Эта система обеспечивает на первом уровне решение задачи стабилизации технологических параметров машины. На втором уровне система обеспечивает выбор режима бурени  (частоты вращени  ,п и усилий подачи Q) в зависимости от буримости ;нороды по следующим зависимост м иг где Vn - скорость бурени  или подачи; 0 о1°1|Ьг коэффициенты пропорциональнос ти, определ емые статическими методами дл  конкретных месторождений . , Кроме того, система обеспечивает защиту станка от вибраций 2. Недостатками системы  вл ютс  введенные в нее масштабные и нелинейные  блоки, настрой::у которых необходимо производить на-каждом месторождении после объемных предварительных испытагНИй; отсутствие контура выбора критери  рптимальвоств; отсутствие блока реверсировавЕЯ подачи цри повышенном токе двигател  и заи ламовывании долота. Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  устройство дл  управлени  режимами вращательного бурешш .скважин, содержащее датчики скорости бурени , частоты вращени , ви& рашга в скпа , вычислительный блок, . глубины, блоки сравнени , реи гуп торы частоты врашени  и усили  подачи , репейные элементы и кпючевые элементы, датчик тока, задатчики тока и уровн  вибрации, экстремальный рег ул трр, коммутатор, датчики давлетш, элементы , ИЛИ, НЕ, блок задержки, электрогидравлический клапан и бпок реверса подачи, причем датчики скорости бурени  и часто-, ты врашени  подключены к двум входам вычислительного блока, третий вход которого подключен к выходу датчика тока, а выход вычислительного блока подключен к одному из входов первого блока сравне ни , другой вход которого соединен с выходом задатчика глубины, а выход первого блока сравнени  св зан с одним из входов коммутирующего блока, четыре входа которого подключены соответственно к выходам второго блока сравнени , первого и второго релейных элементов, датчика усили  подачи и одному из входов задатчика глубины,.при этом другой вход задатчика глубины подключен к. первому усилителю, датчик вибрации подкгиочен к второму блоку сравнени , св занному с. задатчиком уровн  вибраций, выход датчика тока подключен к третьему блоку сравнени , св занному с задатчиком тока, третьего блока сравнени  св зан с входом регул тора : частоты вращени  и первым релейным элементом, соединенным с коммутатором и задатчиком глубины , задатчик глубины подключен через второй ключевой элемент к экстремальному регул тору, соединенному Через первый выключатель с датчиком скорости бу реви  и через третий переключающий элемент с вычислительным блоком, первый датчик давлени  подключен через последовате ьно соединенные элементы ИЛИ ц третий усилитель к электрогидравлическому клапану и через последовательно соединенные первый элемент НЕ и блок задержки к второму элементу НЕ, который св зан с элементом ИЛИ, кроме того , первый датчик давлени  соедийен с первым усилитетем, второй датчик давлени  подключен через второй усилитель к блоку реверса подачи Сз Недостатками известного устройства  вл ютс  отсутствие контура выбора критери  оптимальности; высока  наде}кнесть переключени  режимныхпараметров на режим регулирбвани ; отсутствие реверса при повышенном токе двигател  v вращател ; прекращение поиска оптимальных режимов при возникновении ограничений по предельному моменту по уровню вибраций и по зашламовыванию дотюта. Целью изобретени   вл етс  повышение надежности управлени  путем непрерывного поиска оптимальных режимов и за счет автоматического перехода d одного критери  на другой в услови х резко измен ющихс  прочностных и структурных свойств пород по границе допустимых режимов .бурени , определ емой предельным моментом на долоте, уровнем вибрации платформы и зашламовыванием пневмомагистралей долота. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  управлени  режицами вращательного бурени  скважин, содержащее датчик механической скорости, ...™ ° 11°1°. формационным входом первого ключевого элемента, а другой - с первым входом вычислительно1х блока, первый выход которого соединен с информационным ходы первого и второго кщочевых эле ментов соединены с входами экстремального регул тора, датчик частоты вращени , соединенный с вторым входом вычис лительного блока, третий вход которого соединен с одним кз выходов датчика тока, другой вы ход которого соединен с одним из входов первого элемента сравнени , другой вход которого соединен с за датчиком тока отсечки, а выход первого блока сравневи  соединен с входом первого релейного- элемента, датчик вибрации и задатчик вибрации соединенные с входами второго блока сравнени , выход которого подключен к входу второго релейного элемента, второй выход вычколительного блока подключен к одному из входов третьего элемента сравнени , выход которого соединен с первым входом коммутатора, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с регул тором усипий подачн и регул тором частоты вращени  ,задат- IB и t«7ijr. «ct« в««, « чик глубины,датчик усици  пЬдачи,первый датчик давлени ,вы ход которого соедишн с первым входом первого эшмекта ИЛИ, с входом первого усилитеп  и с входом пер вого элемента НЕ, выход которого через последовательно соединенные блок задёрж ки и второй элемент НЕ соедиюн с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого,через второй усилитель сое динен с элект{югидравпическим клапаном, второй датчик давлени  через третий усилитель соединен с.первым входом блока реверсе подачи, введены компаратор, блок нелинейности, третий ключевой элемент, второй, элемент ИЛИ, дополнительный ком мутатор, четвертый, п тый, шестой, седьмой и восьмой элементы сравнени , тре- , тий, четвертый, п тый, шестой и седьмой репейные элементы, задатчики усили  подачи , производительности, максимальной частоты и тока реверса подачи, причем выходы датчика усили  подачи и задатчика усили  подачи соединены с входами четвертого блока сравнени , выход кото рого через третий релейный элемент подключен к первому входу дополнительного коммутатора, второй вход которого соединен с задатчйком глубины, а третий вход - с выходом экстремального регупитора , выход дополнительного коммутатора схюдинвн с другим входом третьего блока сравнени , выходы задатчика провзвод тельности и блока нелинейности соединены с входами п того блока сравнени , выход которого через четвертый релейный элемент, соединен с управл ющими вхо. дами пйрвохх и второго ключевого элементов , выходы датчика частоты враже 1ШЯ и задатчика э«1акснмальной частоты подключены к шестому блоку сравнени , выход которого через тютый репейный элемент соединен с вторым вхооом коммутатора , кроме -того, выход частоты соединен с .информационным вхо дом третьего ключевого элемента, управл ющвй вход которого соеди1юн с выходом первого усипител , выход третьего ключевого элемента подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с датчиком усили  подачи, а компаратора соединен с третьим коммутатооа. выхоп пеового VCHвходом коммутатора, выход первого усилител  соединен с первым входом второг( элемента ИЛИ, второй и третий входы ко торого соединень соответственно с выхощами , первого и второго репейных элемеН тов, 1выход второго элемента ИЛИ соединен с четвертым входом коммутатора, , . йыходы датчика усили  Подачи и задатчика усилий подачи соединены с входами седьмого элемента сравнени , выход которого через шестой релейный элемент,соединен с п тым входом коммутатора, выходы задатчика тока реверса подачи,и датчика тока .соединены с входами элемента сравнени , выход которого релейный эАемент соеци реверса, . Кроме того, коммутатор выполнен на элементах И, НЕ, ИЛИ и нуль-органе, выход которого соединен с первыми входами первого и второго этюментов И, выходы которых подключены к первым входам соответствующих -элемеитов ИЛИ, №1ход первого элемента НЕ соединен с первым входом третьего элемента И и вторым входом второго элемента И, выход третьего элемента И соединен с вто (ым входом первого элемента ИЛИ, выход которого через второй элемент НЕ соединен с первым входом четвертого элемента И, выход которого  вл етс  первым выходом коммутатора, второй вхо четвертого элемента И  вл етс  вторым входом коммутатора, вход первого элемента НЕ,второй вход первого элемента И, первый вход п того элемента И ft первый вход шестого элемента И объединены и  вл ютс  третьим входом комму татора, вторые входы третьего элемента И и п того элемента И объединень и  вл ютс  четвертым входом коммутатора, выход п того элемента И- через третий элемент НЕ соединен с вторым входом шестого элемента И, выход которого соединен с втор  1м входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом четвертого элемента НЕ и с первым входом седьмого элемента И, второй вход которого  вл етс  п тым входом коммутатора, а выход- третыц выходом коммутатора, выход четвертого элемента НЕ  вл етс  четвертым выходом коммутатора.

На фиг. 1 представлена функциональна  блок-схема устройства управлени  режимами вращательного бурени  скважин; на фиг. 2 - схема выпблнени  коммутатора.

Устройство управлени  режимами вращательного бурени  скважин (фиг. 1) содержит датчик 1 механической скорости, датчик 2 частоты вращени , датчик 3 вибраций, датчик 4 тока, датчик 5 усили  подачи, Первый датчик 6 давлени , второй датчюс 7 давлени , задатчик 8 тока реверса подачи, задатчик 9 усилий, задатчик 10 пуби11Ы, задатчик 11 максимальных усилий подачи, задатчик 12 тока отсечки, задатчик 13 вибрации, задатчик 14 максимальной частоты, задатчик 15 производительности,релейные элементы 16 - 22, блок 23 нелинейноотй , ключевые элементы 24 - 26, вычислительный блок 27, экстремальный регул тор 28, дополнительный коммутатор 29, кокшутатор 30, регул тор 31 усилий подачи, регул тор 32 частоты вращени , элементы ИЛИ 33 и 34, элеме ты НЕ 35 и 36, блок 37 задер ски, этюктрогидравпический клапан 38, уси- . лители 39 - 41, блок 42 реверса подачи , компаратор 43 и элементы сравнени  44-51.

Коммутатор ЗО (фиг. 2) содержит элементы НЕ 52 - 55, элементы ИЛИ 56 и 57, элементы И 58 - 64 и нульорган 65..

Датчики скорости бурени  1 и.часто ты вращени  2 в устройстве подключены к двум входам вычислительного блока 27, третий вход которого подключен к выходу датчика 4 тока, а выход вы числительного блока 27 подключен к одному из входов блока 46, другой вход которого соединен с выходом коммутатора 29, Выход блока сра&нени  46 подключен к одному из входов коммутатора ЗО, четыре остальных входа которого подключены соответственно к Ьыходам элемента ИЛИ 33, релейных элементов 18 и 2О и компаратора 43. Датчик 3 вибраций подключен к второму блоку сравнени  48, св занному с задагчиком 13 вибраций, а выход блока сравнени  48 подключен к одному из входов элемента ИЛИ 33 через релейный элемент 17, два других входа которого соответственно соединены с выходами усилител  4О и релейного элемент 16. Вход последнего св зан с выходо1ч1 блока сравнени  49,; входы которого св заны, с задатчиком 12 и датчикам 4 тока. Пер вый датчик 6 давлени  подключен через последовательно соединенные элемент ИЛИ 34 и первый усилитель 39 к выходу эпектрогидравлического клапана 38. Кроме того, первый датчик 6 давлени  . подключен к входу усилител  40 и через последовательную цепочку элементов НЕ 35, блока задержки 34- и элемента НЕ 36 ,к второму входу элемента ИЛИ 3 Второй датчик 7 давлени  через усилитель 41 подключен к первому входу блока 42 реверса подачи. Второй вход последнего через репейный элемент 19 соединен с выходом элемента сравнени  51 . входы которого в свою очередь подключены к датчику 4 тока и задатчику 8 тока реверса подачи. Выход усилител  4О также подключен к управл ющему входу ключевого элемента 26, основной вход которого подключен к датчику 2 частоты вращени , а выход, св зан с входом компаратора 43, второй вход которого св зан с датчиком 5 усили  подачи. Кроме того, выход датчика 5 усили  подачи св зан с релейным элементом 18 через элемент сравнени  50, второй вход которого соединен с задатчиком 11 максимального усили  подачи и с релейньтм элементом 22 через элемент .сравнени  910 44, второй вход которого соединен с задатчшсом 9 усили . Выход репейного элемента 22 подключен к управл ющему входу коммугатора; 29. Выход датчика 2 частоты вращени  подключен к репейному элементу 2О через элемент сравнеЮ1Я 47, соединенный с задатчиком 14 мйксимальной частоты вращени . Датчик 1 скорости бурени  соединен с основным входом ключевого элемента 24 и входом блока 23 нелинейности, причем последний подключен к релейному элементу 21 через элемент сравне(ни  45, который BTOpbiM входом соединен с задатчиком 15 производительности, а выход релейного элемента 21 соединен с управл ющим входами ключевь1х элементов 24 и 25, При этом выход ключевого элемента 25 соединен с входом экстремального регуг л тора 28, выход которого соединен с одним из входов коммутатора 29. Второй вход экстремального регул тора 28 через ключевой элемент 25 подключен к второму выходу вычислительного блока 27. Задатчик 10 глубины св зан с втрры входом коммутатора 2.9. Четыре выхода коммутатора 30 соединены с соответствующими двум  входами регул торов усили  подачи 31 и частотывращени  32. Коммутатор 30 содержит релейный нульорган 65, соединенный с выходом-элемента сравнени  46, при этом выход куй органа 65 соединен с входами эпвментов И 58 и 61, а второй вход элемента И 58 соединен с входом компаратора 43 кроме того, выход последнехч) подключен к входам элемента НЕ 53, элементов И 6О и 62. Выход элемента НЕ 53 подключен к входам элементов И 59 и 61, а выход последнеххз подключен к одному из входовэлемента ИЛИ 56, второй вход которого соединен с выходами элемента И 62, второй вход которого в свою очередь подключен через эгвемент НЕ 52 к выходу элемента И 60. Входы элементов И 59 и 60 годключены к выходу второго элемента ИЛИ ЗЗ.Выхоц элемента ИЛИ 56 . соединен с соответствующим входом регул тора 31 усили  подачи через эле- мент И 64, второй вход последнего соединен с релейным элементом 18, а также соединен с другим входом регул тора 31 усили  через элемент НЕ 54. Входы элемента ИЛИ 57 соответственно сред нвны с выходами элементов И 58 и 59, и выход с соответствующим входомрегул тора 32 частоты вращени  и с вторым входом того же регул тора через элемент НЕ 55 и элемент И 63, причем второй 3 вход последнего соединен с выходом ре- лейного элемента 2О. Устройство работает следующим обрааом . При пуске устройства путем подачи на него, нахф жени  питани  на выходе датчика 5 усили  напр жение равно нулю, а датчика 2 частоты вращени  - некоторой минимальной величине. Эти напр жени  поступают на входы компаратора 43 непосредственно и через ключ 26. На выходе компаратора 43 сигнал 8 0 (так как С-о(оИ 0), и поэтому коммутирующее устройство 30 включает регул тор 31 усилий подачи в режим регулировани , а регул тор 32 частоты вращени  - в режим ограничени . Сигнал г в блоке сравнени  47 сравниваетс  с уставкой максимальной частоты вращени  т1с|И от задатчика 14, разность дп преобра зуетс  в релейиом элементе 20 в дискретный сигнал п, который через коммутатор ЗО воздействует на регул тор 32 .частоты вращени  до максимальной величины Пп. Сигнал с датчика 5 усилии подачи поступает ни вхед этвемента сра&нени  44, на второй вход кот орого подаетс  уставка- усили  перехода к вераару щающему массиву от задатчика 9. При этом разность Л Q - Q О с выхода элемента сравнени  44 поступает на вход релейного эгаемента 22 и Еа входе последнего сигнал равен нулю, который устанавливает коммутатор 29 в положейие подключени  задатчика 10 к одному из входов элемента сравнени  46. Тан как в начальный момейт h-j- 0, то и I углубление также равно нулю, T.e.ti-peO, и на регул тор 31 поступает сигнал, лti через коммутатор 30 на увеличение усили  подачи. Увеличевие Q при п Пц приводит к росту скорости буревпа , и при этом сигнал V от датчика 1 поступает на вход вычислительного бгаока 27, да второй вход которого псютупабт сигнап ,п от датчика 2. В блоке 27 вычисл ет с  сигнал текущего значени  углублени  i ( 2), кото$ 1й по формуле t. постсупает на второй вход этюмента 46. Таким образом, осуществл етс  стабилизаци  заданного значени  углублени  1nло контуру 21-2 - 27 - 46 - 30 - 31. При бурении неразрыхленного массива ; породы дл  обеспечеЕПШ ааданйого ii, увеличиваетс  усилие подачи.- При этом на выходе элемента 44 по вл етс  сигнал , который через релейный элемент 22 юреключает вход элемента сравнени  46 на выход экстреманьного регул тора 28 с помощью коммутатора 29, Так как механическа  скорость еще недостаточно вепика дп  обеспечени  производитепьности , заданной задатчкком 15, то на вы ходе бпока 23 непинейности напр жение П ниже Пч. Блок 23 нелинейности преобразует скорость бурени , поступающую на его вкрд от датчика 1, в производительность - согласно формулы (2). При этом на выходе элемента сравнени  45 сигнал ДП .0, Он поступает на вход репейного элемента 21, не вызыва  по влени  на его выходе единичного сигнала. Нулевой сигнал релейного элемента 21 обеспечивает бключение ключевого элемента 24 и закрытие ключе вого элемента 25. При этом сигнал, Vg через кшочевой элемент 24 поступает на вход экстремального регул тора 28, кото ) в свою очередь выбирает такое значение Ь , которое обеспечивает максимум скорости бурени . . При достижении сжорости бурени , обеспечивающей заданную производитель кость, едиввчный сигнал с релейного эле мента 21 закрывает кшочевой эпелент 24 и открывает ключевой элемент 25, .что приводит к по влению ш входе экст- ремапьного регул тора 28 сигнала, обрат ного эвергоемкости, который вычисл етс  В блоке 27 по формуле 1/е где С - энергоемкость, Э - текущеезва ение тока двигател , хюступаюшее от датчика 4 тсжа. При этом система управ пени  обеспечивает i выбор режима с мини мапьной энергЬе1/костью. Свижешсе скорости бурени  ниже вели чины, опредетшемо% задатчика 15, приводит к обратному перекшочению ключевых элементов 24 и 25, следоватепь (ю, к переходу на критерий максимума скорости бурени . Таким образом, контуры 5 - 44 - 22 29; 1 - 23 - 45 - 21 - 27 - 25; .1 - 27 - 28 - 29; 4 - 1 - 2 - 27 25 - 28 - 29 обеспечивают измейвнне; крктерв  оптимальности в зависимости, о усповий бурени .; В процессе поиска оптщуильных режи MOB при увеличении усили  подачи, при когда Q « 1 ti Q наступает момент В атом случае сигнал 1 (так как Q-е40П О) на выходе компаратора 43 что приводит к переключеН1 коммутато ра 30, регул тора 31 усипн  в режш ограничени , а регул тора32 в режим регулировани . При сигнале f «О прои ходит обратное переключение. Аналогично осуществл етс  гюреключение Q и п в оптимизируемый или ограничиваемый параметр при наличии ограт1чений. При. повышении уровн  вибраций плат- . формы сигнал VY от датчика 3 становитс  больше заданного) задатчиком 13, что приводит к по влению дУ О на выкоде элемента сравнени  48, в котором сравVi . Сигнал л V элементом ниваютс  V и 17 преобразуетс  в дискретный .сигнал V, который поступает на входов мента .ИЛИ 33. Аналогично при превышении текущего тока двигател  , полученного от датчика 4, первой уставки предельного тока J 2 , .задаваемой ёадатчиком 12 и выбираемой в пределах 0,951 ,0 D I на иыходе элемента 49 по вл етс  сигнал , который элементом 16 преобразуетс  в дискретный сигнал Л и поступает на другой вход элемента . ИЛИ 33. При защламовывании.,долота повышаетс  давление в пневмомагистрали и при превышении определенной величины, выбираемой в пределах 1,9-2,3 атм, на выходе датчика 6 по вгметс  дискретный сигнал Р, усиливаемый усилителем 4О и поступающий на вход ИЛИ 33 и управл ктаий вход ключа 26. В последнем случае ключ 26 закрываетс , и на выходе компаратора 43 устанавливаетс  единичный сирнал 1, так как Q7/O. При этом четко фиксируетс , что Q - ограничиваемый параметр, а fi -.оптимизируемый . . Таким образом, при возникновении вибраций , повышенного тока двшател  или зашламовывани  на входы-ИЛИ 33 поступают дискретные сигналы Р , V и J , которые после логического суммировани  (Гр Р + V + D ) поступают на вход коммутатора 30. Это вызывает уменьшение ограничиваемого параметра до исчезновени  сигнала Гр. По исчезновении сигнала Гр ограничиваемый параметр увеличиваетс  до максимальной величины, что соответствует переходу сигнала п, или Q .на нулевой уровень. Сигнал Пр,, формируетс  элементами 14, 47 и 20, а Qm11 , 50 и 18.. Кроме того, при зашламовываниидопота сигнал с дат-чика 6 передаетс  на вход ИЛИ 34 и на вход НЕ 35. Одновременно на второй вход ИЛИ 34 от элемента НЕ 36 ;Поступает сигнал. Сигнал с выхода ИЛИ 34, усиленный усилителем 39, вклю-; чает электрогидравлический клапан 38, обеспечива  повышенный расход воды.

подаваемой в скважину. Увеличение расхоца воды и снижение усили  подачи приводит к расштыбовке допота, в результате чего исчезает сигнал с датчика 6. При этом на выходе элемента НЕ 35 по вл етс  сигнал, который блоком 37 задержк задерживаетс , т.е. на врем  задержки на входе элемента НЕ 36 будет отсутст.вовать сшНап, а на его выходе и входе ИЛИ 34 будет единичный сигнал. Таким образом, в течение времени задержки будет производитьс  бурение с повышенным расходом воды. Если снижение усили  и увешчение расхода воды не приводит к расштыбовке, и давление в пневмомагисграли повышаетс  (до уровн  примерно 3,О атм),, на выходе датчика 7 по вл етс  единичный сигнал, который через усилитель 41 включает уЬтройство 42 ре-, верса подачи, которое осуществл ет подъ- ем инструмента над забоем. Достижение нормального давлени  воздуха переводит станок в исходное положение.

При заклинивании долота снижение усили  Подачи или частоты вращени  jjyтем формировани  сигнала Гр на входе коммутатора ЗО не приводит к уменыиению тока двигател , и он достигает аварийной величины. Поэтому в систему введена дополнительна  токоограничивающа  св зь. Сигнал с датчика 4 сравниваетс  в элементе 51 с -уставкой задатчика 8, котора  равна примерно 1,5-1,7 J ц , а результирующий попожительный сигнал преобразуетс  элементом 19 в дискретный , который поступает на вход блока 42, обеспеч,ива  при заклинивании реверс подачи допота.

Коммутатор 30 (фиг.2)  вл етс  сложным логическим устройством. Он состоит из релейного нуль-органа 65, на выходе которого устанавливаетс  единичный cferнал ti 1 при по влении на его входе положительного сигнала dt 13 -г что требует увеличени  углзгблени  долота за один оборот, в противном случае, т.е. при -ih О, на выходе нутаь-органа, 65 устанавливаетс  нулевой сиг.нал ti 0 Кроме того, коммутатор ЗО содержит . семь двухвходовых элементов И 58 - 64 два двухвходовых элемента ИЛИ 56 и 57 четыре элемента НЕ 52 - 56.

При по влении сигнала на выходе элемента.сравнени  46, т.е. на входе нульг-органа 65, на выходе нупьгоргана 65 по5:ол етс  сигнал li « 1, который поступает на входы элементов И 58 и 61 Если сигнал 1, что соответствует

оптимизации по .частоте вращени , которы поступает на- входы элементов И 58, 6О и 62 и элемента НЕ 53, на выходе элемента И 58 по вл етс  единичный сигнал который через третий элемент ИЛИ 57 воздействует на соответствующий вход регул тора 32, вызыва  уменьшение частоты вращени . При этом сигнал с выхода элемента ИЛИ 57 через элемент НЕ 65 установит на выходе шестого элемента И 63 нулевой уровень.

При по влении ограничений (Гр 1) и Е 1 на обоих входах элемента И 60 выходной сигнал элемента 60 через элемент НЕ 52 устанавливает на выходе элемента И 62 нулевой уровень, который элементом ИЛИ 56 и элементом НЕ 54 преобразуетс  в единичный сигнал и воздействует на соответствующий вход регул тора усили  подачи, вызыва  уменьшение усили  подачи. По исчезновении сигнала Гр на выходе элe yIeнтa 6О устанавг гаваетс  нулевой уровень,а на выходе элемента 52 соответственно единичный уровень , т.е. ,на обоих входах элемента И 62 по вл ютс  единичные сигналы,что в свою очередь вызывает единичный сигнал на его вь1ходе,который через элемент ИЛИ 56 поступает на вход элемента НЕ 54,что прекра щает уменьшение усили  подачи, и на вход элемента И 64. Если усилие меньше максимального (G 1), то на соответствующий вход регул тора 31 усили  подачи поступает единичный сигнал, который приводит к росту усили  подачи. При достижении максимального усили  () регул тор 31 останавливаетс .

При по влении сигнала ti « О и Е 1 нулевой сигнал на выходе первого элемента И 5 через третий элемент ИЛИ 57 прекращает уменьшение- частоты вращени  и через элемент НЕ 55 и эпемент И 63 увеличивает частоту вращени , рели она ниже максимальной, т.е. если п «1,.

Аналогично работает система при сигнале 0, только ограничени  накладываютс  на частоту вращени , а регулирование производитс  по усилию подачи, Работа коммутатора 30 описываетс  логическими выражени ми

)т .--iMVfrp);

(3)

V(Vf Hum:S - v b

где П , п - выходные сигналы коммутирующего устройства 57, воздействующие соогветст- 1510 вённо ва входы увепичени  и уменьшени  частоты врашенн  регуп тора 60; -выходные сигиапы, воздейV M ствующие соответственно на Входы увепичени  и ; уменыиени  усвпв  подачи регул тора 59; -дискретный сигнал углу5пени  допота (при li 1 4i- h ; при /h 0 Т Л - дискретный сигнал переключени  регулируемого режимного параметра (при « 1 fi - регулируемый параметр, Q - ограничиваемый; при Е «О ,п.- ограничиваемый , Q - регупиг руемый); - дискретный сигнал ограничений (при Гр О. ограничений по предельному моменту , уровню вибраций и 3 ааштюмовыванию нет; при Гл 1 имеютс  ограничени ; П , соответственно дискретные сигналы верхнего предела . по частоте вращени  и усилию подачи (при , .И при ; при Р m -1 ); гЖксимально возможные частота вращени  и усилие подачи. Предлагаемое устройство позвол ет повысить надежность и точность регулироени , обеспечива  непрерывную оптимизацию процесса 6ypeffiui при наложении ограничений на ре:)кимнЫе параметры, что Позвол ет повысить эффективность бурени  взрывных скважив (повысить скорость бурени  до 10-12% и стойкость инстру- мента до 30%, снизить удельный расход эгсактроэнергии на 15-2О%).

1

i

/IV/F

t5

/

ej

ж/г

/Л

/r A

«5

«VJ

%

F

M

«s

ж

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УП-

РАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ ВРДЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ скважин, содержащее датчик • механической скорости, один из выходов которого соединен с информационным входом первого ключевого элемента, а другой - с первым входом вычислительного блока, первый выход которого соединен с информационным входом второго ключевого элемента, выходы первого и второго ключевых элементов соединены с входами экстремального регулятора, датчик частоты вращения, соединенный с вторым входом вычислительного блока, третий вход которого соединен с одним из выходов датчика тока, другой выход которого соединен с одним из входов первого элемента сравнения, другой вход которого соединен с задатчиком тока отсечки, а выход первого блока сравнения соединен с входом первого репейного элемента, датчик вибрации и задатчик * * вибрации, соединенные с входами второго блока сравнения, выход которого подключен к входу второго репейного элемента, второй выход вычислительного блока подключен к одному из входов третьего элемента сравнения, выход которого соединен с первым входом коммутатора, первый, второй, третий и четвертый выходы ' которого соединены соответственно с регулятором усилий подачи и регулятором частоты вращения, задатчик глубины, датчик' усилия подачи, первый датчик давления, выход которого соединен с первым^ входом первого элемента ИЛИ, с входом г Первого усилителя и с входом первого элемента НЕ, выход которого через по- . следовательно соединенные блок задержки и второй элемент НЕ соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого через второй усилитель соединен с электрогидравлическцм клапаном, второй датчик давления через третий усилитель соединен с первым входом блока реверса подачи, отличающееся тем, что, с цепью повышения надежности ’ управления, в устройство введены компаратор, блок нелинейности, третий ключевой элемент, второй элемент ИЛИ, дополнительный коммутатор, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой эпемен- : ты сравнения, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой релейные элементы, задатчики усилия подачи, производительности, максимальной частоты и тока реверса подачи, причем выходы датчика усилия подачи и задатчика усилия подачи соединены с; входами четвертого блока срав-.нения, выход которого через третий репейный элемент подключен к первому входу дополнительного коммутатора, второй вход которого соединен с задатчиком глубины, а третий вход — с выходом екстремального¹ регулятора, выход дополнительного коммутатора соединен с другим входом третьего

SU ж, 1030543

1030543 ;

блока сравнения, выходы задатчика про-

2. Устройство поп. 1,отйийа* изводитепьности и блока нелинейности соединены с входами пятого блока сравнения, выход которого через четвертый репейный элемент соединен с управляющими входами первого и второго ключевых элементов, выходы датчика частоты вращения и задатчика максимальной частоты подключены к шестому блоку сравнения, выход которого через пятый репейный элемент ' соединен с вторым входов* коммутатора, кроме того, выход датчика частоты соединен с информационным входом третьего ключевого элемента, управляющий вход которого соединен с выходом первого уси* питепя,вь1ход третьего ключевого элемента, подключен к первому входу компаратора,вто^ рой вход которого соединен с датчиком усилия подачи,а выход компаратора соединен о третьим входом коммутатора, выход первого усилителя соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго репейных элементов, выход второго элемента ИЩИ соединен с четвертым входом коммутатора, выходы датчика усилия подачи и задатчика усилий подачи соединены с входа·* ми седьмого элемента сравнения, выход которого через шестой репейный элемент соединен с пятым входом коммутатора, выходы задатчика тока реверса подачи и датчика тока соединены с входами восьмого элемента сравнения, выход которого через седьмой репейный элемент соединен с вторым входом блока реверса.

ю ш е е с я тем, что коммутатор выполнен на элементах И, НЕ, ИЛИ и нупь-органе, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов Й, выходы которых подключены к первым входам соответствующих элементов ИЛИ, I вы ход первого элемента НЕ соединен с первым входом третьего элемента И и вторым входом второго элемента И, выход третьего элемента И соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого через второй элемент НЕ соединен с первым входом четвертого элемента И, выход которого является первым выходом коммутатора, второй вход· /четвертого элемента И является вторым входом коммутатора, вход первого апе, мента НЕ, второй вход первого элемента И, первый вход пятого элемента Й и первый вход шестого элемента И объединены и являются третьим входом коммутатора, вторые входы третьего элемента И и пятого элемента И объединены! и являются четвертым входом ксйймутатора, выход пятого элемента'И через третий элемент НЕ соединен с вторым входом шестого элемента И, выход которого сое* динен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом четвертого элемента НЕ и с первым входом седьмого элемента И, второй вход 'которого является пятым входом коммутатора, а выход - третьим выходом коммутатора, выход четвертого элемента НЕ является четвертым выходом коммутатора,.