[發(fā)明專利]一種石油鉆機絞車位置控制系統(tǒng)及方法

在審

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• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114604794A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設計）人: 胡東;崔生科;曾钘
• 申請（專利權）人: 四川宏華電氣有限責任公司
• 主分類號: B66D1/48
• 分類號: B66D1/48;B66D1/54;E21B19/18
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

本發(fā)明公開了一種石油鉆機絞車位置控制系統(tǒng)及方法，其系統(tǒng)包括PLC控制器、人機界面、絞車電機、絞車編碼器和絞車變頻器；人機界面輸出端與PLC控制器輸入端相連接；PLC控制器輸出端與絞車變頻器輸入端相連接；絞車變頻器輸出端與絞車電機相連接；絞車電機與絞車編碼器分別安裝在絞車上；絞車編碼器輸出端與PLC控制器相連接，將絞車位置反饋至PLC控制器。本發(fā)明絞車運行過程加速平穩(wěn)，減速平穩(wěn)，精準達到設定位置。節(jié)省能源，降低設備損耗，同時實現(xiàn)重復性鉆井活動的標準化，減少司鉆個人經驗水平等人為因素對鉆井作業(yè)的影響，保證重復性作業(yè)的一致性，提高鉆井作業(yè)質量和效率。

技術領域

本發(fā)明涉及絞車控制技術領域，尤其涉及一種石油鉆機絞車位置控制系統(tǒng)及方法。

背景技術

油氣勘探開發(fā)投入大、風險大，開發(fā)成本高，油價波動對工程技術市場沖擊大。產業(yè)智能化數(shù)字化升級是大勢所趨，新技術的應用可以提高作業(yè)效率，用于實現(xiàn)鉆進、起鉆、下鉆等重復性鉆井活動的標準化，減少司鉆個人經驗水平等人為因素對鉆井作業(yè)的影響，保證重復性作業(yè)的一致性，提高鉆井作業(yè)質量和效率，讓司鉆更專注于鉆井安全。

現(xiàn)有技術書方案：

絞車基本功能就是在起鉆，下鉆和鉆井活動時控制游車達到上下連接或斷開鉆桿的工作位置。現(xiàn)有絞車控制方式為司鉆通過絞車手柄直接控制絞車在工作區(qū)間上下運行，在高位和低位設置電子防碰保護高度，超過保護高度絞車立即速度回零和剎車。

現(xiàn)有技術方案的缺點：

因為絞車完全受司鉆控制，每個司鉆技術水平和操作習慣都各不相同，在實際操作時加減速度控制不平穩(wěn)，會造成很多問題，例如中東地區(qū)司鉆習慣操作幅度大，加速過猛會造成供電電源負載劇烈增長，浪費能源且可能造成發(fā)電機跳閘；減速過猛會造成制動單元負荷突增，且浪費能源。而國內司鉆操作比較柔和，會直接影響工作效率。還有就是最終需要達到的工作高度因為是手動控制不能完美達到需要的位置，所以還需要手動來回調整，也影響實際使用效率。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術的不足，提供了一種石油鉆機絞車位置控制系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：

一種石油鉆機絞車位置控制系統(tǒng)，包括PLC控制器、人機界面、絞車電機、絞車編碼器和絞車變頻器；所述人機界面輸出端與PLC控制器輸入端相連接；所述PLC控制器輸出端與所述絞車變頻器輸入端相連接；所述絞車變頻器輸出端與絞車電機相連接；所述絞車電機與絞車編碼器分別安裝在絞車上；所述絞車編碼器輸出端與PLC控制器相連接，將絞車位置反饋至PLC控制器。

所述PLC控制器采用西門子300或1500系列CPU，用于鉆機的邏輯運算和數(shù)據(jù)處理。

所述人機界面采用西門子TP1900系列或工控機，用于人機交互發(fā)送指令以及顯示設備狀態(tài)和運行參數(shù)。

所述絞車變頻器采用西門子S120系列或ABB ACS880系列，用于驅動絞車電機。

一種石油鉆機絞車位置控制方法，包括以下具體步驟：

在人機界面上操作，發(fā)送游車位置控制命令到PLC控制器；

絞車安裝絞車編碼器并接入到PLC控制器，PLC控制器將測量到的游車實時高度傳輸給PLC控制器；

PLC控制器結合設定的鉤速曲線和剩余的移動距離處理計算得到鉆機的最佳運行方式，使電機減速至零的時候正好達到設定的高度。

所述控制命令包括游車高度、最大鉤速和加減速度。

所述處理計算的算法具體為：

將輸入鉤速轉換成需要的最大電機速度，由輸入的加速度來控制最終的電機輸出速度；

將當前高度和目標高度實時計算剩余距離，從變頻器讀取絞車電機加速度，由運動學速度位移公式實時計算當前限制絞車電機速度；