SU1062760A1 - Тренажер буровика - Google Patents

Abstract

ТРЕНАЖЕР БУРОВИКА, содержащий пульт оператора и последовательно включенные блок задани  эта-лонов , блок сравнени  и блок отображени  учебной информации, второй вход которого соединен с выходом блока задани  эталонов, отличающийс  тем, что, с целью расширени  дидактических возможностей тренажера, в него введены последовательно включенные блок элементов ИЛИ, сумматор, блок моделировани  привода, делитель напр жени  и имитатор колебательных движений, выход которого соединен с вторым входом блока сравнени  и с третьим входом блока отображени  учебной информации, и функциональный преобразователь , выход которого подключен к второму и третьему входам блока моделировани  привода, к второму входу имитатора колебательных движений и к первому входу сумматора,пер (О вый, второй, третий, четвертый и п тый выходы пульта оператора соединены соответственно с четвертым, п тым и шестым входами блока моделировани  привода и с вторым и третьим входами блока элементов ИЛИ.

Description

Изобретение относитс  К тренажер дл  обучени  пользованием рабочим инструментом и может бытьиспользовано дл  обучени  навыкам управлени буровой уста1новки при проведении спуско-подъемных операций. Известно устройство, содержащее пульт управлени  лебедкой, ограничитель хода буровой колонны и блоки управлени  буровой установки iTj . Однако включение такой буровой установки в учебный процесс дл  при обретени  навыков проведени  спуско подъемных операций отрицательно вли  ет на обучающегос . У обучающихс  возникает чувство неуверенности, бо зни из-за возможности возникнове НИН аварийной ситуации - выхода из стро  буровой установки. Кроме того обучение на реальном техническом объекте - буровой установке приводи к нерациональному использованию высокопроизводительного и дорогосто щего оборудовани , так какбурова  установка полностью исключаетс  из производственного цикла. Наиболее близким к изобретению  вл етс  тренажер, предназначенный дл  отработки навыков проведени  спуско-подъемных операций, содержащее пульт оператора и последователь но включенные блок задани  эталонов блок сравнени  и блок отображени  учебной информации, второй вход которого соединен с выходом блока задани  эталонов 2 . Однако формирование с помощью .известного устройства навыков прове дени  спуско-подъемных операций про исходит в услови х обучени  на реал ном техническом объекте - буровой установке, что вызывает у обучающих с  чувство неуверенности, бо зни из-за опасности возникновени  аварийной ситуации, поломки. Возникающее при этом напр женное состо ние обучающегос  снижает активность его работы, что противоречит основному принципу дидактики - принципу сознательности и активносзти. Кроме того, не имеющие непосредственного отношени  к отработке сцуско-подъемных операций органы управлени  и узлы буровой установки отвлекают внимание обучающегос ,сни жают нагл дность обучени , что приводит к нарушению принципа дидактики - принципа нагл дности. Таким об разом, недостатком указанного устро ства  вл ютс , его ограниченные дида тические возможности. Целью изобретени   вл етс  расши , рение дидактических возможностей тр нажера . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в тренажер буровика, содер жащий пульт оператора и последовате но включенные блок задани  эталонов, блок сравнени  и блок отображени  учебной информации, второй вход которого соединен с выходом блока за .дани  эталонов, введены последовательно включенные блок элементов ИЛИ, сумматор, блок моделировани  привода , делитель напр жени  и имитатор колебательных движений, выход которого соединен с вторым входом блока сравнени  и с третьим входом блока f отображени  учебной информации, и функциональный преобразователь,выход которого подключен к второму и третьему входам блока моделировани  привода, к второму входу имитатора колебательных движений и к первому входу сумматора, первый, второй,тре-. тий, четвертый и п тый выходы пуль- J та оператора соединены соответствен но с четвертым, п тым и шестым вхо- i дами блока моделировани  привода и с вторым и третьим входами блока .элементов ИЛИ. На чертеже представлена структур -, на  схема тренажера. Тренажер содержит пульт 1 оператора и последова;тельно включенные блок 2 задани  эталонов, блок 3 сравнени  и блок 4 отображени  учебной информации, второй вход которого соединен с выходом блока 2 задани  эталонов, последовательно включенные блок 5 элементов ИЛИ, сумматор 6, блок 7 моделировани  привода, делитель 8 напр жени  и имитатор 9 колебательных движений, выход которого соединен со вторым входом блока 3сравнени  и третьим входом блока 4отображени  учебной информации, и функциональный преобразователь 10, выход которого подключен ко второму и третьему входам блока 7 моделировани  привода, ко второму входу имитатора 9 колебательных, движений и к первому входу сумматора 6, первый , второй третий, четвертый и п тый выходы пульта 1 оператора соединены соответственно с четвертым, п тым и шестым входами,блока 7 моделировани  привода и со вторым и третьим входами блока элементов ИЛИ. Кран 11 барабана, перекидна  ручка 12, маховик 13 контролера,руко тка 14 ручного тормоза, пневматическа  ручка 15 .вход т в состав пульта 1 оператора. Сигнал, поступающий на вход датчика 16 с крана 11 барабана, преобразуетс  в сигнал, пропорциональный перемещению этого крана. Сигнал, поступающий на вход датчика 17 с перекидной ручки 12,преобразуетс  в сигнал, пропорциональный перемещению этой перекидной ручки. Сигнал, поступающий на вход датчика 18 с руко тки 14 ручного тормоэа , преобразуетс  в сигнал,пропорциональный перемещению этой руко  тки ручного тормоза.

Сигнал, поступающий на вход датчика 19 с пневматической ручки 15, преобразуетс  в сигнал, пропорциональный перемещению этой пневматической ручки.

В качестве датчика 16 крана барабана , датчика 17 перекидной ручки , датчика 18 руко тки ручного тормоза и датчика 19 пневматической ручки могут быть использованы потенциометрические преобразователи, кинетически соединенные с соответствующим орг-аном ручного управлени 

Узел 20 моделировани  пневмосисTeNEj тормоза по сигналу, поступающему на его вход с датчика 19 пневматической ручки, воспроизводит процессы, аналогичные процессам в реальной пневмосистеме тормоза. Поэтому сигнал на выходе узла 20 моделировани  пневмосистемы тор-моза будет соответствовать величи|Не давлени  воздуха на выходе пнев- мрсистемы тормоза.

Узел 20 моделировани  пневмосис темы тормоза может быть реализован , с помощью нелинейного функционального преобразовател .

Датчик 16 крана барабана, датчик 17 перекидной ручки, датчик 18 руко тки ручного тормоза, датчик 19 пневматической ручки и узел 20 моделировани  пневмосистемы тормоза также вход т в состав пульта 1 оператора .

Функциональный преобразователь 10 предназначен дл  преобразовани  сигнала, соответствующего заданной дЛине буровой колонны, в сигнал, соответствующий весу буровой колонны.

Функциональный преобразователь 10 может быть реализован с помощью потенциометрического преобразовател .

Блок 7 моделировани  привода состоит из узла 21 моделировани  электродвигател , узла 22 моделировани  редуктора, узла 23 моделировани  муфты и узла 24 моделировани  барабана .

Узел 21 моделировани  электродвигател  по сигналу, поступающему на его первый вход по второму входу блока 7 моделировани  привода с функционального преобразовател  10, пропорциональному весу буровой колонны и сигналу, поступающему на его второй вход по четвертому входу блока 7 моделировани  привода и первому выходу пульта 1 оператора с маховика 13 контроллера, пропорциональному положению маховика контроллера, воспроизводит процессы, аналогичные процессам в реальном электродвигателе.

-Поэтому сигнал на выходе узла 21 моделировани  электродвигател  будет соответствовать скорости вращени  выходного вала электродвигател .

Узел 22 моделировани  редуктора по сигналу, поступающему на его первый вход по п тому входу блока 7 моделировани  привода и второму выходу пульта 1 оператора с выхода датчика 17 перекидной ручки, пропор0 циональному перемещению перекидной ручки и сигналу, поступающему на его второй вход с выхода узла 21 моделировани  электродвигател , пропор-. циональному скорости вращени  элек5 тродвигател , воспроизводит процессы , аналогичные процессам в реальном редукторе. Поэтому сигнал на выходе узла. 22 моделировани  редуктора будет соответствовать скорости

0 вращени  выходного вала редуктора.

В качестве узла 22 моделировани  редуктора может быть прин т суммирующий усилитель.

Узел 23 моделировани  муфты по

5 , поступающему на его первый вход по третьему входу блока 7 моделировани  привода с функционального пре (образовател  10 сигналу, пропорциональному весу буровой колонны, по поступающему ка его второй вход по

0 шестому входу блока 7 моделировани  привода и третьему выходу пульта 1 оператора с датчика 16 крана бара-, бана сигналу/ пропорциональному перемещению крана барабана, и по пос5 тупающему на его третий вход с узла 22 моделировани  редуктора сигналу , пропорциональному скорости вращени  выходного вала редуктора , воспроизводит процессы, анало0 гичные процессам в реальной муфте. ПОЭТОМУ сигнал на выходе узла 23 моделировани  муфты будет соответствовать скорости вращени  выходного

вала муфты.

5 I

В качестве узла 23 моделировани  .муфты может быть прин т суммарный усилитель.

0

Узел 24 моделировани  барабана по поступающему на его первый вход по первому входу блока 7 моделировани  электропривода с сумматора 6 сигналу, пропорциональному величине тормозного усили  и сигналу, поступающему на его второй вход с узла 23 моделировани  муфты, воспроизводит процессы, аналогичные процессам в реальном барабане. Поэтому напр жение на выходе узла 24 моделировани  барабана будет соответствовать углу поворота барабана.

В качестве узла 24 моделировани  барабана может быть прин т интегрирующий усилитель.

Делитель 8 напр жени  предназначен дл  воспроизведени  коэффициент полиспаста.

Имитатор 9 колебательных движений по поступающему на его второй вход с функционального преобразовател  10 сигналу, соответствующему весу буровой колонны и по поступающему на его первый вход с блока 7 моделировани  привода через делител

8напр жени  сигналу, соответствующему углу поворота барабана, воспроизводит процессы, аналогичные процессам в реальной талевой системе. Поэтому сигнал на выходе имитатора

9колебательных движений будет соответствовать высоте подъема талевого блока.

Блок 5 элементов ИЛИ предназначен дл  пропуска.сигналов, идущих с руко тки 18 ручного тормоза и узла 20 моделировани  пневмосистемьз тормоза на сумматор 6.

Последний по поступающему с выхода функционального преобразовател 

10сигналу, соответствующемувесу буровой колонны и поступающим через блок.5 элементов ИЛИ с выхода узла 20 моделировани  пневмосистемы тормоза сигналу, соответствующем величине давлени  воздуха на выходе пневмосистеМы, и сигналу с выхода датчика 18 руко тки ручного тормоза воспроизводит процессы, аналогичные процессам в реальном тормозе.Поэтому сигнал на выходе сумматора 6 будет соответствовать тормозному усилию .

Сумматор 6 может быть реализован с помощью суммирующего усилител . Блок 2 задани  эталонов, выход которого соединен со вторым входом блока 4 отображени  учебной информации и первым входом блока 3 сравнени , формирует два сигнала, один из которых соответствует положению ротора - ограничению хода i буровой колонны снизу, а другой положению противозатаскивател  ограничению хода буровой колонны сверху.

Блок 2 задани  эталонов может быть реализован с помощью двух однотактных потенциометрических датчиков , один из которых задает напр жение , соответствующее положению ротора, а другой-напр жение, соответствующее положению противозатаскивател .

Блок 3 сравнени  сравнивает сигналы , поступающие на его первый вход с блока 2 задани  эталонов, пропорциональные величине задани  ограничений хода буровой колонны сверху и снизу, с сигналом,поступающим на его второй вход с имитатора |9 колебательных движений, пропорцио

нальным высоте подъема талевого блока. В момент равенства сигнала, пропорционального высоте подъема талевого блока, с сигнале / пропорциональным величине ограничени  хода буровой колонны сверху, что соответствует переподъему буровой колонны,сигнал о возникшей ошибке с выхода блока 3 сравнени  поступает на первый вход блока 4 отображени  учебной информации, где индицируетс  с помощью светового табло. Аналогично на световом табло блока 4 отображени  учебной информации будет индицироватьс  ошибка управлени  в момент равенства сигнаша. пропорционального высоте подъема т алевого блока, с сигналом, nponopiio- : нальным величине ограничени  хода буровой колонны снизу.

Блок 3 сравнени  может быть реализован с помощью схемы, отрабатывающей характеристику с трем  устойчивыми состо ни ми.

Блок 4 отображени  учебной информации служит дл  информации обучающегос  и инструктора по сигналам, поступающим на его входы: с блока 2 задани  эталонов - о положении ротора и противозатаскивател , ограничени х хода буровой колонны соответственно снизу и сверху/ с блока 3 сравнени  - о виде ошибки обучающегос ; с имитатора 9 колебательрчх движений - о текущем, положении талевого блока.

Блок 4 отображени  учебной информации может быть реализован с помощью вертикально установленного р да равномерно рассредоточенных электрических лампочек так, что зажженные лампы будут соответствовать положению талевого блока, ротора и противозатаскивател ..Включение этих лампочек осуществл етс  с помощью пороговых устройств.Каждое из этих пороговых устройств включает цепь питани  только одной определенной лампы, поэтому порог срабаты вани  каждого порогового устройства определ етс  положением в вертикальном р ду включаемой им лампы.

Пороговые устройства могут быть реализованы с помощью усилител , в цепи обратной св зи которого включены стабилитроны.

Кроме того, в состав блока 4 отображени  учебной информации входит световое табло, индицирующее ошибки, допускаемые обучающимс .

Тренажер работает следующим образом .

Перед включением тренажера кран 1 барабана, перекидную ручку 12,маховик 13 контроллера, руко тку 14 ручного тормоза, пневматическую ручку 15, вход щие в состав .пульта

Claims (1)

1 оператора, устанавливают в исходные положени , характеризующие исходное состо ние тренажера. Кроме того, инструд тор с помощью движка потенциометра,вход щего в функциональный преобразователь 10, задает длину буровой колонны.

При включении тренажера на датчи

16крана барабана, на датчик 17 перекидной ручки, на датчик 18 руко тки ручного тормоза, на датчик 19 пневматической ручки поступают сигналы соответственно с крана 11 барабана , перекидной ручки 12 руко тки ручного тормоза, пневматической ручки 15. По четвертому входу блока 7 моделировани  привода поступает сигнёш с маховика 13 контроллера по первому выходу пульта 1 оператора. При исходном состо нии тренажера равны нулю напр жени  на выходах датчика 16 крана барабана, датчика

17перекидной ручки, датчика 19 пневматической ручки, и максимально напр жение на выходе датчика 18 руко тки ручного тормоза. В соответствии с этим максимально напр жение на выходе сумматора 6, равно нулю напр жение на выходе блока 7 моделировани  привода, а на выходе функционального преобразовател  10 величина напр жени  соответствует заданной длине буровой колонны.

При включении тренажера на блоке 4 отображени  учебной информации из всех лампочек, установленных в вертикальном р ду, зажжены только те, которые обозначают положение ротора - ограничение хода буровой колонны снизу, положение противозатаскивател  - ограничение хода буровой колонны сверху и нижнее исходное положение талевого блока. Дл  этого блок. 2 задани  эталонов подает по второму входу блока 4 отображени  учебной информации два напр жени , одно из которых соответствует положению ротора, а другое - положению противозатаскивател . Эти напр жени  зажигают лампочки, положение которых в вертикальном р ду соответствует положению ротора и противозатаскивател . Одновременно с эти с имитатора 9 колебательных движе .НИИ по третьему входу блока 4 отображени  учебной информации поступает напр жение, величина которого соответствует положению талевого блока. Так как талевый блок при ,включении тренажера находитс  в исiходном нижнем состо нии, то выходное напр жение имитатора 9 колебательных движений равно нулю. Под , действием этого напр жени  срабатывает соответствующее пороговое устройство блока 4 отображени  учебной информации, зажигающее лампочку , положение которой в вертикальном р ду соответствует положению талевого блока в рассматриваемой момент времени.

Дл  отработки навыков подъема бу ровой колонны обучающийс  включает кран 11 барабана, передвига  руко тку крана с Выключено на Тихий до упора. При воздействии обучающегос  на кран 11 барабана напр жение на ходе датчика 16 крана барабана измен етс  пропорционально перемещению крана 11 барабана. Поэтому при установке крана 11 барабана в крайнее до упора положение напр жени  на вы5 ходе датчика 16 крана барабана принимает свое, наибольшее значение и, поступа  на второйвход узла 23 моделировани  муфты,,обеспечивает полное включение муфты.

0 . Далее обучающийс  плавно вращает маховик 13 контроллера. В результате этого напр жение, пропорциональное положению маховика контроллера по первому выходу пульта 1 оператора

5 и четвертому входу блока 7 моделировани  привода, поступает на второй вход узла 21 моделировани  электродвигател , воспроизвод  в нем процессы , аналогичные процессам в

Q реальном электродвигателе. Поэтому напр жение на выходе узла 21 моделировани  элактродвигат-ел  будет измен тьс  в соответствии с изменением скорости вращени  вала электродвигател .

Дл  того, чтобы учесть зависимость скорости вращени  вала электродвигател  от веса буровой колонны , на первый вход узла 21 моделировани  электродвигател  по второму

0 входу блока 7 моделировани  привода с выхода функционального преобразовател  10 поступает напр жение, пропорциональное весу буровой колонны .

5 Напр жение с выхода узла 21 моделировани  электродвигател  поступает на второй вход узла 22 моделировани  редуктора, на первый вход которого по п тому ВХОДУ блока 7

0 моделировани  привода и второму выходу пульта 1 оператора с выхода датчика 17 перекидной ручки поступает напр жение, пропорциональное . перемещению перекидной ручки.

5 Узел 22 моделировани  редуктора под действием этих напр жений формирует на своем выходе напр жение, пропорциональное скорости вращени  выходного вала редуктора.

0 Напр жение с выхода узла 22 моделировани  редуктора поступает на третий вход узла 23 моделировани  муфты. Так как в рассматриваемом примере кран 11 барабана переве5 Д6Н в крайнее до упора положение.

а напр жение на втором входе узла 23 моделировани  муфты максимально и обеспечивает взаимное прижатие ведущих и ведомых дисков муфты,то скорости вращени  выходного и входного валов муфты равны. При этом в конце подъема дл  получени  малых перемещений талевого блока обучающийс  не доводит кран 11 барабана до упора, поэтому напр жение на втором входе узла 23 моделировани  муфты не обеспечивает полного при-, жати  ведущих и ведомых дисков муфты , следовательно, за счет взаимной пробуксовки дисков муфты скорость вращени  выходного вала меньше скорости вращени  ее входного вала.

Дл  того, чтобы учесть зависимость скорости вращени  выходного вала муфты от веса буровой колонны, на первый вход узла 23 моделировани  муфты по третьему входу блока 7 моделировани  привода с выхода функционального преобразовател  10 поступает напр жение, пропорциональное весу буровой колонны.

Напр жение с выхода узла 23 моделировани  муфты поступает на второй вход узла 24 моделировани  барабана, воспроизвод щего процессы , аналогичные процессам в реальном барабане. Поэтому напр жение на выходе узла 24 моделировани  барабана соответствует углу поворота барабана . Дл  оттормаживани  барабана обучающийс  поднимает руко тку 14 ручного тормоза. Датчик 18 руко тки ручного тормоза при этом формирует на своем выходе напр жение, пропорциональное перемещению руко тки 14 ручного тормоза, которое поступает на третий вход блока 15 элементов ИЛИ. В случае оттормаживани  барабана пневматической ручкой 15 напр жение на выходе датчика 19 пневматической ручки измен етс  пропорционально перемещению пневматической ручки 15, и напр жение на выходе узла 20 моделировани  пневмосистемы тормоза соответствует величине давлени  воздуха, на входе тормоза, так как узел 20 моделировани  пневмосистемы тормоза воспроизводит процессы,аналогичные процессам в реальной пневмосистеме.

1

Сумматор 6 по поступающему с

выхода функционального преобразовател  10 напр жению, соответствующему весу буровой колонны, и поступающим через блок 5 элементов ИЛИ с выхода узла 20 моделировани  пневмосистемы тормоза напр жению, соответствующему величине давлени  воздуха на выходе пневмосистемы, и напр жению с выхода датчика 18 руко тки ручного тормоза, воспроизводит процессы, аналогичные процессам в реальном тормозе. Поэтому напр жение на выходе сумматора 6 соответствует тормозному усилию. Следовательно , при оттормаживании бара бана или с помощью руко тки 14 ручного тормоза, или с помощью пневматической ручки 15 выходное напр жение сумматора 6, соответствующее величине тормозного усили , уменьшаетс  и, воздейству  на первый

вход узла 24 моделировани  барабана , увеличивает его выходное напр жение , что соответствует разгону барабана по мере оттормаживани . Напр жение с выхода узла 24 модели5 ровани  барабана поступает через делитель 8 напр жени  на первый вход имитатора 9 колебательных движений , на второй вход которого поступает напр жение с выхода функцио0 Цельного преобразовател  10, пропорциональное весу буровой колонны.

Имитатор 9 колебательных движений воспроизводит процессы, аналогичные процессам в реальной талевой

5 системе,. Поэтому напр жение на выходе имитатора 9 колебательных движений измен етс  в соответствии с изменением высоты подъема Тсшевого блока.

Q Напр жение с выхода имитатора 9 колебательных движений поступает на второй вход блока 3 сравнени , на первый вход которого поступаг г два напр жени  с блока 2 задани  эталонов . Одно из напр жений, формируемых блоком 2 задани  эталонов, соответствует положению ротора, а дру- гое - положению противозатаскивател .

0 .Если действи  обучающегос  при отработке навыков подъема буровой i колонны ошибочны и характеризуютс  переподъемом буровой колонны, то в момент переподъема в блоке 3 срав5 нени  наступает равенство напр жени , снимаемого с выхода имитатора 9 колебательных движений, соответствующего положению талевого блока,с напр жением, снимаемым с выхода блоQ ка 2 задани  эталонов, соответствующим положению противозатаскивател . В этот момент блок 3 сравнени  вырабатывает на своем выходе напр жение , поступающее по второму входу блока 4 отображени  учебной информации на световое табло, которое выдает обучающемус  информацию об сшибке - переподъеме буровой колонны . Таким образом, име  информацию о текущем положении талевого блока,

0 обучающийс  имеет возможность точно соизмерить свои управл ющие воздействи  на органы управлени  подъемом буровой колонны.

По мере подъема буровой колонны

5 напр жение, поступающее с выхода

имитатора 9 колебательныхдвижений на третий вход влока 4 отображени  учебной.информации, возрастает, и в I соответствии с этим поднимаетс  уро вень загорани  лампочек блока 4 отобргикени  учебной информации.

Дл  прекращени  подъема буровой 1КОЛОННЫ обучающийс  останавливает Электродвигатель, воздейству  на маховик 13 контроллера, в результате чего прекращаетс  рост напр -жений на выходах блока t моделировани  привода и имитатора 9 колебательных движений.

Одновременно с этим обучгиощийс  воздействует на руко тку 14 ручного тоЕЯноза или пневматичес- кую ручку 15 дл  более эффективного прекращени  подъема буровой колонны При этом на выходе сумматора 6 формируетс  напр жение, пропорциональное тормозному усилию, величина которого задаетс  обучающимс . Это напр жение с выхода сумматора 6, , поступа  на первый вход узла 24 моделировани  барабана, форсир} ет прекращение роста напр жений на выходах узла 24 моделировани  барабана И имитатора 9 колебательных движений .

В момент полного останова талевого блока напр жение на выходе ими татора 9 колебательных движений посто нно и соответствует подн тому .положению талевого блока, и на блоке 4 отображени  учебной информации будет зажжена лампочка, соответствующа  этому положению. Отработка навыков спуска буровой колонны происходит аналогично при соответствующем пор дке управлени  обучающимс  органами спуска буровой

колонны.

Использование тренажера буровика по сравнению с известным позвол ет обучающемус  значительно быстрее приобрести навыки управлени  буровой установкой при проведении спускоподъемных операций} отработать навыки работы в услови х учебного класса высвободить дорогосто щее обору|дование (буровую установку) от учеб ,ных целей.

Экономический эффект от использовани  изобретени  может быть получен за счет ускорени  процесса обучени  и снижени  затрат на обучение рабочих .