Claims (2)
По основному авт. св. № 554399 известна система управлени процессом бурени , состо ща из датчиков осевой нагрузки F, скорости п вращени коронки, механической скорости бурени , блока умножени осевой нагрузки на скорость вращени , блока делени осевой нагрузки на скорость вращени , измерител буримости горной породы , измерител интенсивности износа коронки , определител проходки на коронку, экстремального регул тора, коммутатора, исполнительных механизмов с задающими потенциометрами, двух суммирующих устройств , вырабатывающих сигналы, пропорциональные осевой нагрузке и скорости вращени коронки, и регулируемых приводов подачи и вращени 2. Система управлени процессом бурени работает следующим о&разом. Определитель проходки на коронку на основании сигналов , поступаюпцьх с датчиков к измерител интенсивности износа, вырабатывает сигнал , пропорциональный величине возможной проходки на коронку. Этот сигнал поступает на экстремальный регул тор. С выхода , экстремального регул тора сигнал поступает на коммутатор, который поочередно с равными интервалами времени переключает цень этого сигнала с входа одного исполнительного механизма, устанавливающего значение произведени F-n, на вход второго исполнительного механизма, устанавливающего значение Таким образом осуществл етс щаговой поиск оптимальных управл ющих параметров в зависимости от мощности F-n управлени и переменной - . Такой поиск обеспечивает любое сочетание параметров F и п из всего множества, заключенного в рабочей области этих параметров. . Однако эта система автоматически выбирает дл каждой горнойпороды по максимуму проходки на коронку оптимальные управл ющие параметры и, следовательно, оптимальную механическую скорость бурени и это ограничивает производительность процесса бурени в тех случа х, когда оптимальна механическа скорость бурени меньше запланированной желаемой механической скорости бурени . Целью изобретени вл етс максимальное использование ресурса породоразрущающего инструмента в различных геологических услови х бурени при заданной механической скорости бурени . Цель достигаетс тем, что предлагаема система управлени процессом бурени снаб . I . жена задатчиком величины механической скорости бурени и устройством сравнени , . которое подключено к выходам датчика и задатчика механической скорости бурени «и соединено посредством переключател с исполнительными механизмами, а вход коммутатора подключен к выходам экстремального регул тора и устройства сравнени через логический элемент ИЛИ. На фиг. 1 изображена функциональна схема описываемой системы управлени процессом бурени ; на фиг. 2 - кривые функционала интенсивности износа алмазной коронки . Система управлени процессом бурени включает в себ привод 1 подачи, задающий нагрузку F на коронку, привод 2 вращател , задающийскорость п вращени коронки , алмазную коронку 3, датчик 4 нагрузки F на коронку, датчик 5 скорости вращени коронки, датчик 6 механической скорости Vfteji. бурени , задатчик 7 начальных значений нагрузки на коронку и скорости ее вращени , устройства 8 и 9 суммировани сигналов управлени , устройство 10 вычислени возможной проходки на коронку, экстремальной регул тор 11, исполнительнозапоминающий механизм 12, регулирующий параметры Ри п при сохранении F-n const, исполнительно-запоминающий механизм 13, регулирующий величину F-n.потенциометры 14 и Д5 отработки, коммутатор 16, задатчик 17 желаемой величины механической скорости бурени , устройство 18 сравнени сигналов , пропорциональных текущему и заданному значени м механической скорости бурени , переключатель 19 режимов бурени , логический элемент 20, выполненный по схеме ИЛИ с входами, нечувствительными к пол рности запускающих сигналов. Устройство 18 сравнени подключено к выходам датчика механической скорости и Задатчика величины механической скорости, что позвол ет осуществл ть непрерывное сравнение выходных сигналов. Выходы экстремального регул тора 11 и устройства 18 сравнени подключены к разным полюсам переключател 19 режимов работы , ползунок которого подключен к входу исполнительно-запоминающего механизма 13, регулирующего величину произведени Fn управл ющих параметров, и к одному из входов логического элемента 20. Второй вход логического элемента 20 -подключен к выходу экстремального регул тора 11, а вход логического элемента подключен к коммутатору 16 исполнительно-запоминающих механизмов. Система управлени процессом бурени допускает работу в двух режимах, соответCTBeHlio положению I и II переключател 19. Первый режим - оптимальный режим бурени , когда переключатель 19 находитс положении I. Управление приводами поГГОТТГТ Т.Г /-Trj-Vl / / TTT Т Г о ТТТ ГГ . I г Г ЛГТ1ТЛ дачи и скорости вращени коронки осуществл етс сигналом с выхода экстремального регул тора 11 посредством исполнительно-запоминающих механизмов 12 и 13. Начальные значени параметров Rj и по устанавливаютс задатчиком 7, причем сигнал задатчика соответствует среднему значению F-n и среднему значению переменной Регулирование управл ющих параметров F и п осуществл етс одновременно, причем имеетс два канала управлени , работающих поочередно. Исполнительный запоминающий механизм 12 первого канала управлени осуществл ет одновременное пропорциональное и равнонаправленное регулипование параметров Т и п при сохранении F-n const. При работе второго канала управлени исполнительный запоминающий механизм 13 осуществл ет одновременное пропорциональное регулирование параметров F и п. Устройство 10 вырабатывает сигнал, пропорциональный возможной величине проходки Н на коронку, причем мех. Н ) где V/мен. --- механическа скорость бурени ; Л - интенсивность износа алмазной коронки; К - коэффициент пропорциональности. Этот сигнал поступает на экстремальный регул тор 11. Сигнал с выхода экстремального регул тора 11 поступает на коммутатор 16, который поочередно с равными интервалами времени переключает каналы управлени . Таким образом осуществл етс шаговый по.иск оптимальных управл ющих параметров в зависимости от прикладываемой величины F-n и переменной -. Такой поиск обеспечивает любое сочетание параметров F и п из всего множества, заключенного в рабочей области этих параметров. Например, вначале в работу вступает исполнительный запоминающий механизм 12 регулирующий отношение , сохрац Р-п const, в сторону уменьщени интенсивности износа алмазной коронки в конкретной горной породе. Величина механической скорости бурени при этом практически не изменитс . В этом случае происходит поиск максимума проходки Я на коронку по величине согласно формуле (1). Поиск максимального значени проходки на коронку по сн етс на фиг. 2. Кривые 21 и 22 характеризуют интенсивность износа коронки в одной и той же горной породе (буримость К5 const) при различной величине РП. Кривые 22 и 23 характеризуют интенсивность износа коронки в двух горных породах с разной буримостью при F-n const Например, до включени исполнительного запоминающего механизма 12 рабоча точка, характеризующа интенсивность износа алмазной коронки, находилась в точке 24. После первого пробного шага рабоча точка перемещаетс в точку 25. В этот момент происходит переключение каналов управлени , и в работу вступает исполнительный запоминающий механизм 13, измен ющий величину F-n. При этом измен етс как интенсивность износа коронки, так и механическа скорость бурени . Регулирование может происходить как в сторону увеличени мощности, так и в сторону уменьщени . Направление регулировани определ етс интенсивностью изменени параметров VMCX и З Из формулы (I) видно, что если при уменьшении мощности будет более интенсивно уменьшатьс величина tf, чем Умех, то величина Я будет увеличиватьс . Регулирование в этом направлении будет происходить до тех Пор, пока сигнал, пропорциональный величине Я, не станет уменьшатьс . Когда сигнал, пропорциональный проходке Я на коронку, уменьшитс , направление регулировани мощности изменитс . Например, при втором щаге поиска, при уменьшении значени F-n сигнал, пропорциональный величине Я, увеличитс , когда рабоча точка переместитс в точку 26. В точке 26 включаетс исполнительный запоминающий механизм 12 и выводит путем регулировани отноигени .рабочую точку в минимум 27. Сигнал на выходе экстремального регул тора I1 становитс равным нулю. В этом случае запуск коммутатора 16 прекращаетс . Процесс регулировани закончен - найдена максимально возмож на проходка на коронку в данной горной породе и соответствующа ей оптимальна механическа скорость бурени . При смене горной породы изменитс интенсивность Т износа коронки. Например, рабоча точка, характеризующа интенсивность износа в новой горной породе, переместитс на характеристику 23 в точку 28, то есть величина J уменьшитс . Тогда, согласно формул (1),на выходе экстремального регул тора 1 по витс сигнал и снова начнетс поиск, в результате которого рабоча точка переместитс в точку 29. Это будет соответствовать максимально возможной величине проходки Я на коронку в новой горной породе. При этом будет найдена нова оптимальна механическа скорость дл данной горной породы. Второй режим - режим с желаемой производительностью обеспечиваетс введением упом нутых дополнительных признаков и соответствует положению II переключател 19. Управление приводами подачи и вращени осуществл етс поочередно: то сигналом с выхода экстремального регул тора 11 посредством исполнительно-запоминающего механизма 12, то сигналом с выхода устройства 18 сравнени посредством исполнительно-запоминающего механизма 13. Поочередное включение механизмов 12 и 13 осуществ ,л ет коммутатор 16. Во входные цепи логического элемента 20 включены мостовые выпр мители, что разрещает работу логического элемента 20, а следовательно, и коммутатора 16 при управл ющем сигнале любой пол рности. Таким образом, при наличии хот бы одного сигнала (любой пол рности) на входах элемента 20 на е.го выходе будет электрический сигнал, запускающий в работу коммутатор 16. Последний поо-ередно разрешает работу исполнительно-запоминающим механизмам 12 и 13. (маломощные след щие приводы). В этом случае выход экстремального регул тора 11 подключаетс только к исполнительно-запоминающему механизму 12 с механическим выходом, осуществл ющему одиовременное разнонаправленное регулирование управл ющих параметров: осевой нагрузки F на коронку и скорости п ее вращени при сохранении F-n const, а выход устройства 18, сравнивающего текущее значение механической скорости бурени с заданным значением, подключаетс только к исполнительно-запоминающему механизму 13 с электрическим выходом, осуществл ющему одновременное пропорциональное регулирование параметров Тип. Коммутатор 16, как и в известной систе: ме управлени , поочередно подключает указанные исполнительно-запоминающие меха нйШы. -г Таким образом, имеютс два сигнала управлени , которые поочередно, с частой коммутации, управл ютприводаМи механизмов осевой нагрузки на коронку и скорости её вращени . « Регулирование происходит следующим образом . --- .-; -, ..-,---.-Если заданное значение механической скорости ех-}в9.бурени больше текущего значени .T. то на выходе устройства 18 сравнени имеетс положительный сигнал ощибки 4-ДУ VMex-jaj. - Уме. Этот сигнал посредством логического элемента 20 ИЛИ запускает коммутатор 16. Если в этом случае на выходе экстремального регул тора 11 также имеетс сигнал, то он также запускает коммутатор 16 посредством логического элемента 20. Ес:л ивначал е включен исполнительно-запоминающий механизм 13, то в это врем сигналом управлени вл етс сигнал, пропорциональньш ощибке Д V. Этот сигнал одHOBpeivicHno управл ет приводом механизма подачи и приводом Бращател , увеличива произведение FTi до тех пор, пока сигнал ошибки не станет равным нулю. Регулирование может происходить за несколько циклов коммутации. .При смене канала управлени в работу вступает исполнительно-запоминающий механизм 12, регулирующий параметры Ей п при сохранении F-n const, при1|ем управл ющим сигналом вл етс сигнал с выхода экстремального регул тора 11. При смене пол рности управл ющих сигналов регулирование происходит в обратНбм направлении. Таким образом, регулированием по первому каналу управлени при помощи исполнительно-запоминающего механизма 13 достигаетс необходимое значение произведени ЕП, соответствующее заданной (желаемой ) механической скорости бурени , а по второму каналу при помощи исполнительнозапоминающего механизма 12 достигаетс такое отнощение -, которому соответствует максимально возможна проходка на коронку в данной породе при заданном значении механической скорости бурени . Процесс регулировани и коммутации каналов управлени заканчиваетс , когда сигналы на выходах экстремального регул тора 1.1 и устройства 18 сравнени станов тс равными нулю. Система управлени процессом бурени выбирает управл ющие параметры: нагрузку на коронку и скорость вращени коронки , опира сь на разные критерии оценки процесса бурени : заданную механическую скорость бурени и минимально . возможный в этих услови х расход алмазов. Это позвол ет бурить скважину при минимальной стоимости погонного метра. Формула изобретени Система управлени процессом бурени по авт. св. № 554399, отличающа с тем, что, с целью максимального использовани ресурса породоразрущающего инструмента в различных геологических услови х бурени при заданной механической скорости бурени , она снабжена задатчиком величины механической скорости бурени и устройством сравнени , которое подключено к выходам датчика и задатчика механической скорости бурени и соединено посредством переключател с исполнительными механизмами , а вход коммутатора подключен к выходам экстремального регул тора и устройства сравнени через логический элемент ИЛИ. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3373823, кл. 173--6, 1968.-. According to the main author. St. No. 554399, a drilling process control system is known, consisting of axial load sensors F, crown rotation speed n, mechanical drilling speed, axial load multiplier by rotation speed, axial load dividing unit, rotation speed, rock drillability meter, crown wear rate meter , determinant of penetration on the crown, extreme regulator, switch, actuators with master potentiometers, two summers, generating signals proportional to axial load and rotational speed of the crown, and adjustable feed and rotation drives 2. The drilling process control system works about once. The determinant of penetration to the crown on the basis of the signals coming from the sensors to the wear rate meter generates a signal proportional to the amount of possible penetration to the crown. This signal goes to the extreme controller. From the output of the extreme controller, the signal goes to the switch, which alternately at equal time intervals switches the value of this signal from the input of one actuator, setting the value of the product Fn, to the input of the second actuator, setting the value. Thus, the control parameters are searched. depending on the power of the control Fn and the variable -. Such a search provides any combination of parameters F and n from the entire set contained in the working area of these parameters. . However, this system automatically selects optimum control parameters and, therefore, the optimum mechanical drilling rate for each rock formation that limits the drilling process performance in cases where the optimum mechanical drilling rate is less than the planned desired mechanical drilling rate. The aim of the invention is to maximize the resource of a rock cutting tool in various geological drilling conditions at a given mechanical drilling rate. The goal is achieved by the fact that the proposed drilling control system is provided with. I. the master unit of the magnitude of the mechanical speed of drilling and device comparison,. which is connected to the outputs of the sensor and master of the mechanical drilling rate and connected via a switch to the actuators, and the input of the switch is connected to the outputs of the extreme regulator and the comparator through an OR gate. FIG. 1 is a functional diagram of the drilling control system described; in fig. 2 - curves of the functional intensity of wear of the diamond crown. The drilling process control system includes a feed drive 1 that sets the load F on the crown, drive 2 rotators, sets the speed and rotation of the crown, diamond crown 3, sensor 4 of the load F per crown, sensor 5 of the rotation speed of the crown, sensor 6 of the mechanical speed Vfteji. drilling, setting unit 7 of the initial values of the load on the crown and its rotational speed, the device 8 and 9 of the summation of the control signals, the device 10 for calculating the possible penetration of the crown, the extreme regulator 11, the actuating memory 12, adjusting the parameters Re p while maintaining Fn const, a storage mechanism 13 regulating the magnitude of the Fn.potentiometers 14 and D5 of testing, the switch 16, the setting unit 17 of the desired value of the mechanical drilling speed, the device 18 comparing signals proportional to the current and reference Nome values m ROP, drilling mode switch 19, an AND gate 20, OR circuit formed by the inputs insensitive to the polarity of the trigger signals. The comparator device 18 is connected to the outputs of the mechanical speed sensor and the Mechanical speed magnitude setting device, which allows continuous comparison of the output signals. The outputs of the extreme controller 11 and the comparator device 18 are connected to different poles of the operation mode switch 19, the slider of which is connected to the input of the executive-storage mechanism 13 regulating the value of the product Fn of control parameters and to one of the inputs of the logic element 20. The second input of the logic element 20 is connected to the output of the extreme regulator 11, and the input of the logic element is connected to the switch 16 of the executive-memory mechanisms. The drilling control system permits operation in two modes, corresponding to the CT BeHlio position I and II of the switch 19. The first mode is the optimal drilling mode when switch 19 is in position I. Drive control according to the GGOTTGT T.G / -Trj-Vl / / TTT TG o TTT YY I g G LGT1TL data and the speed of rotation of the crown is performed by the signal from the output of the extreme regulator 11 by means of executive-storage mechanisms 12 and 13. The initial values of the parameters Rj and are set by the setting device 7, the setting signal corresponding to the average value Fn and the average value of the variable The parameters F and p are implemented simultaneously, and there are two control channels operating alternately. The executive memory mechanism 12 of the first control channel performs simultaneous proportional and unidirectional adjustment of the parameters T and n while maintaining the Fn const. During the operation of the second control channel, the executive memory mechanism 13 performs simultaneous proportional control of the parameters F and p. The device 10 generates a signal proportional to the possible amount of penetration H on the crown, and the fur. H) where V / men. --- mechanical drilling rate; L - wear rate of the diamond crown; K - coefficient of proportionality. This signal goes to the extreme controller 11. The signal from the output of the extreme controller 11 goes to the switch 16, which alternately switches the control channels alternately at equal time intervals. In this way, stepwise searching of the optimal control parameters is carried out depending on the applied F-n value and the variable -. Such a search provides any combination of parameters F and n from the entire set contained in the working area of these parameters. For example, the executive storage mechanism 12 regulates the ratio, preserved Pn const, in the direction of decreasing the wear rate of a diamond crown in a particular rock, initially enters the work. The magnitude of the mechanical drilling rate remains practically unchanged. In this case, the search for the maximum penetration I on the crown by the value according to the formula (1) occurs. The search for the maximum penetration value for the crown is illustrated in FIG. 2. Curves 21 and 22 characterize the intensity of wear of the crown in the same rock (drillability K5 const) at different RP. Curves 22 and 23 characterize the intensity of wear of a crown in two rocks with different drillability at Fn const. For example, before switching on the actuator memory 12, the operating point characterizing the intensity of wear of the diamond crown was at point 24. After the first trial step, the working point moves to point 25 At this point, the control channels are switched, and the executive memory mechanism 13 is entered, changing the value Fn. This changes both the wear rate of the crown and the mechanical rate of drilling. Regulation can occur both in the direction of increasing power and in the direction of decreasing. The direction of the adjustment is determined by the intensity of the change in the parameters VMCX and H. From formula (I) it is seen that if the value of tf is more intensively reduced than the Umeh with decreasing power, then the value of I will increase. Regulation in this direction will occur until the signal proportional to the magnitude of I declines. When the signal proportional to the penetration of I on the crown decreases, the direction of power control will change. For example, with the second search loop, decreasing the Fn value, the signal proportional to the I value will increase when the operating point moves to point 26. At point 26, the executive storage mechanism 12 is turned on and deduces, by adjusting the ratio, an operating point of at least 27. Output signal the extreme controller I1 becomes zero. In this case, the start of the switch 16 is stopped. The adjustment process is completed - the maximum possible penetration of the crown in this rock has been found and the corresponding optimal mechanical speed of drilling. When the rock is changed, the intensity T of the crown will change. For example, the operating point characterizing the wear rate in a new rock will move by characteristic 23 to point 28, i.e. J will decrease. Then, according to formulas (1), at the output of the extreme regulator 1, the signal turns on and again starts searching, as a result of which the operating point moves to point 29. This will correspond to the maximum possible value of penetration I to the crown in the new rock. A new optimal mechanical speed will be found for this rock. The second mode, the mode with the desired performance, is provided by introducing the aforementioned additional features and corresponds to position II of the switch 19. The feed and rotation drives are controlled alternately: either by a signal from the output of the extreme regulator 11 by means of the memory-executing mechanism 12, or by a signal from the output of the device 18 comparisons by means of an executive memory mechanism 13. The sequential switching on of mechanisms 12 and 13 makes the switch 16. In the input circuits of the logic element 20 yucheny bridge rectifiers that the resolving logical operation element 20, and hence the switch 16, with control signal either polarity. Thus, if there is at least one signal (of any polarity) at the inputs of element 20, there will be an electrical signal at its output that switches commutator 16 into operation. The latter, in turn, allows the executive-memory mechanisms 12 and 13 to work. drives). In this case, the output of the extreme controller 11 is connected only to the executive-storage mechanism 12 with a mechanical output, which simultaneously and simultaneously controls the control parameters: the axial load F on the crown and its rotational speed while maintaining Fn const, and the output of the device 18, comparing the current value of the mechanical drilling rate with a given value is connected only to the executive-storage mechanism 13 with an electrical output that carries out a simultaneous proportional Noe regulation parameter type. The switch 16, as in the well-known system: the control unit, alternately connects the specified memory-executing mechanisms. - Thus, there are two control signals, which in turn, with frequent switching, control the drive mechanisms and mechanisms for the axial load on the crown and its rotational speed. “Regulation is as follows. --- .-; -, ..-, ---.- If the specified value of the mechanical speed ex-} v. Drills is greater than the current value .T. then at the output of the comparator 18, there is a positive signal of the 4-remote control VMex-jaj. - Mind. This signal by the logic element 20 OR switches the switch 16. If in this case there is also a signal at the output of the extreme controller 11, it also starts the switch 16 by means of the logic element 20. Ec: l and the memory-memory 13 is switched on, then this time, the control signal is a signal proportional to the error of V. The signal, oneBOBIvICHno, controls the drive of the feed mechanism and the drive of the Grower, increasing the FTi product until the error signal becomes zero. Regulation can occur over several switching cycles. . When changing the control channel, the executive-storage mechanism 12, which regulates the parameters of it and retains Fn const, comes into play, with the control signal being the signal from the output of the extremal controller 11. When the control signals change polarity, regulation occurs in inverse Nbm. direction. Thus, regulation of the first control channel with the help of the executive-storage mechanism 13 achieves the necessary value of the product EP corresponding to the specified (desired) mechanical drilling rate, and the second channel with the help of the actuating memory 12 achieves this ratio, which corresponds to the maximum possible penetration crown in this rock for a given value of the mechanical speed of drilling. The process of regulating and switching control channels ends when the signals at the outputs of the extreme controller 1.1 and the comparator 18 become zero. The drilling process control system selects the control parameters: the load on the crown and the speed of rotation of the crown, based on different criteria for evaluating the drilling process: the specified mechanical speed of drilling and minimal. diamond consumption possible under these conditions. This allows the well to be drilled at the lowest cost per meter. Invention System Drilling Control System by author. St. No. 554399, characterized in that, in order to maximize the resource of a rock cutting tool in various geological drilling conditions for a given mechanical drilling rate, it is equipped with a setter for the mechanical drilling rate and a comparator, which is connected to the sensor outputs and setter for the mechanical drilling rate and connected through a switch to the actuators, and the switch input is connected to the outputs of the extreme controller and the comparison device through a logic second OR element. Sources of information taken into account in the examination 1. US patent number 3373823, cl. 173--6, 1968.-.
2.Авторское свидетельство № 554399, кл. Е 21 В 45/00, 1973.2. Certificate of author number 554399, cl. E 21 B 45/00, 1973.
2.72.7