钻机下放控制系统及具有其的变频钻机
技术领域
本公开涉及电动钻机领域，尤其涉及一种钻机下放控制系统及具有其的变频钻机。
背景技术
目前，石油钻机绞车下放控制系统主要有三种类型，直流电控系统绞车下放系统、机械驱动系统和变频钻机，其中变频钻机自动化程度高，在负载情况下，可实现平稳起动、制动和调速，其在起、下钻时，通过对电网能量的反馈，减少制动装置损耗，节约能源，但其下钻作业效率低，钻井周期长、成本高。由于下放控制模式的限制，下放过程能量无法快速释放，对控制系统电压冲击较大，导致设备故障率高，安全性下降。
发明内容
有鉴于此，本公开提出了一种钻机下放控制系统，用于控制变频钻机的下放速度，包括上位机、PLC、电控箱、气控箱、伊顿刹车和速度编码器；
所述上位机与所述电控箱电连接；
所述PLC与所述电控箱电连接；
所述上位机与所述PLC电连接，
所述速度编码器与所述电控箱电连接；
所述气控箱的输入端与所述电控箱的输出端电连接；
所述气控箱与伊顿刹车连接；且
所述电控箱适用于与所述变频钻机的电控系统电连接；
所述电控箱适用于与所述变频钻机的刹车手柄电连接；
所述上位机，被配置为接收所述电控箱传输的数据并显示工作状态指示画面和高度显示画面；
所述PLC，被配置为接收所述电控箱传输的大钩高度并判断所述大钩高度与设定值的大小；
所述电控箱，被配置为传输所述上位机的画面数据、所述PLC的判断结果和所述速度编码器所采集的大钩高度；
所述速度编码器，被配置为对大钩当前高度监控以及滚筒实际速度的采集并传输到所述电控箱；
所述气控箱，被配置为接收所述电控箱的电信号并控制所述伊顿刹车。
在一种可能的实现方式中，所述速度编码器的型号的为ZKT-61L-H25-102.4BM-C5L-A-15m。
在一种可能的实现方式中，所述电控箱包括变送器单元；
所述变送器单元的输入端适用于与所述刹车手柄电连接；
所述变送器单元的输出端适用于与所述PLC的输入端电连接；
所述变送器单元，被配置为适用于接收所述刹车手柄的电信号，并将所述电信号进行处理后输入至所述PLC。
在一种可能的实现方式中，所述上位机的型号为TP1500。
在一种可能的实现方式中，所述PLC的型号为西门子S7-300。
在一种可能的实现方式中，所述电控箱还包括显示屏；
所述显示屏被配置为更改参数；
所述参数包括大钩高度的设定值。
在一种可能的实现方式中，所述电控箱还包括Profibus-DP总线；
所述Profibus-DP总线的一端与所述PLC电连接；
所述Profibus-DP总线的另一端适用于与所述电控系统电连接。
在一种可能的实现方式中，所述气控箱包括阀岛；
所述阀岛与所述电控箱电连接；
所述阀岛与所述伊顿刹车连接；
所述阀岛通过所述电控箱接收所述PLC的电信号进行动作。
在一种可能的实现方式中，所述阀岛包括比例阀。
根据本公开的另一方面，还公开了一种变频钻机，其特征在于，包括前面任一项所述的钻机下放控制系统。
通过上位机与电控箱电连接，PLC与电控箱电连接，上位机与PLC电连接，速度编码器与电控箱电连接，气控箱的输入端与电控箱的输出端电连接，气控箱与伊顿刹车连接，且电控箱适用于与变频钻机的电控系统电连接，电控箱适用于与变频钻机的刹车手柄电连接，上位机，被配置为接收电控箱传输的数据并显示工作状态指示画面和高度显示画面，PLC，被配置为接收电控箱传输的大钩高度并判断大钩高度与设定值的大小，电控箱，被配置为传输上位机的画面数据、PLC的判断结果和速度编码器所采集的大钩高度，速度编码器，被配置为对大钩当前高度监控以及滚筒实际速度的采集并传输到电控箱，气控箱，被配置为接收电控箱的电信号并控制伊顿刹车。其中当达到上位机设置的大钩高度时，PLC程序可将由伊顿刹车控制钻具下放转为由绞车电机控制钻具下放，从而在提速的基础上保证下钻的安全性。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
图1示出本公开实施例的钻机下放控制系统的框图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
图1示出根据本公开一实施例的钻机下放控制系统的框图。如图1所示，该1包括：
上位机110与电控箱130电连接，PLC120与电控箱130电连接，速度编码器150与电控箱130电连接，气控箱140输入端与电控箱130的输出端电连接，气控箱140适用于与伊顿刹车160连接，且电控箱130适用于与电控系统200电连接，电控箱130适用于与刹车手柄300电连接，上位机110，被配置为接收电控箱130传输的数据并显示工作状态指示画面和高度显示画面，PLC120，被配置为接收所述电控箱传输的大钩高度并判断所述大钩高度与设定值的大小，电控箱130，被配置为传输上位机110、PLC120和速度编码器150之间的数据，速度编码器150，被配置为对大钩当前高度监控以及滚筒实际速度的采集并传输到电控箱130，气控箱140，被配置为接收电控箱130的电信号并适用于控制伊顿刹车160。
通过上位机110与电控箱130电连接，PLC120与电控箱130电连接，上位机110与PLC120电连接，速度编码器150与电控箱130电连接，气控箱140的输入端与电控箱130的输出端电连接，气控箱140与伊顿刹车160连接，且电控箱130适用于与变频钻机的电控系统电连接，电控箱130适用于与变频钻机的刹车手柄电连接，上位机110，被配置为接收电控箱130传输的数据并显示工作状态指示画面和高度显示画面，PLC120，被配置为接收电控箱130传输的大钩高度并判断大钩高度与设定值的大小，电控箱130，被配置为传输上位机110的画面数据、PLC120的判断结果和速度编码器150所采集的大钩高度，速度编码器150，被配置为对大钩当前高度监控以及滚筒实际速度的采集并传输到电控箱130，气控箱140，被配置为接收电控箱130的电信号并控制伊顿刹车160。其中当达到上位机110设置的大钩高度时，PLC120程序可将由伊顿刹车160控制钻具下放转为由绞车电机控制钻具下放，从而在提速的基础上保证下钻的安全性。
其中，需要指出的是，PLC对获取到的大钩高度与设定值进行对比可以采用本领域常用的比较判断的程序来实现，因此本申请中加载在PLC的对获取到的大钩高度与设定值的比较可以直接采用本领域的常规技术手段来实现。
具体的，参见图1，上位机110与电控箱130电连接，上位机110，被配置为接收电控箱130传输的数据并显示工作状态指示画面和高度显示画面。
在一种可能的实现方式中，上位机110为西门子TP1500，包括显示屏，通过电控箱130控制气控箱140中的各个阀岛动作，其中，显示屏包括工作状态指示画面和高度显示画面，利用工作状态指示画面监控伊顿工作或绞车电机工作、大钩速度、绞车电机下放速度。高度显示画面可进行大钩校零、伊顿刹车160切换绞车电机时大钩高度及显示大钩当前高度。且，上位机110还与PLC120相连接，通过上位机110可以使用现有的技术对PLC120进行编程，使PLC120实现需要的计算功能。
进一步的，参见图1，PLC120与电控箱130电连接，PLC120，被配置为接收所述电控箱130传输的大钩高度并判断所述大钩高度与设定值的大小。
在一种可能的实现方式中，PLC为西门子S7-300，PLC120其中包括频率计数程序块、CPU模块和数模转换模块，频率计数程序块，被配置为接收速度编码器150的信号并进行赋值处理，CPU模块，被配置为接收数据并进行处理，数模转换模块，被配置为接收模拟量并转换为数字量的数据传入CPU模块。刹车手柄300电信号通过变送器处理后输入通过数模转换模块，而后经过CPU模块输出至比例阀使其动作，从而控制伊顿刹车160，另外，当处于绞车电机工作时，信号灯A点亮；当处于伊顿刹车160工作时信号灯B点亮；当系统出现故障时，信号灯C被点亮。其中，频率计数程序块可以为SFB47。
需要说明的，频率计数程序块和数模转换模块均可采用现有技术或本领域常规技术手段实现。且可对大钩高度进行校零，并可设定大钩高度的最大值和最小值，优选的，在大钩高度为4米时切换至原有电控系统绞车电机下放。
进一步的，参见图1，速度编码器150与电控箱130电连接，速度编码器150，被配置为对大钩当前高度监控以及滚筒实际速度的采集并传输到电控箱130。
在一种可能的实现方式中，速度编码器150可以为ZKT-61L-H25-102.4BM-C5L-A-15m，速度编码器150向频率计数程序块输出电信号，并且使用西门子标准对频率计数程序块做赋值处理，以使完成对大钩高度的监控以及滚筒实际速度的采集，当大钩高度高于设定值时，由司钻操作伊顿刹车160进行下放作业，当大钩高度接近设定值时，将采集的滚筒实际速度通过电控箱130传入PLC120处理后，再通过Profibus-DP总线传给原电控系统200使绞车电机工作，并设定一个合适的转速使整个切换过程平稳进行，无缝衔接。
进一步的，参见图1，电控箱130，被配置为传输上位机110、PLC120和速度编码器150之间的数据，电控箱130适用于与电控系统200电连接，电控箱130适用于与刹车手柄300电连接。
在一种可能的实现方式中，电控箱130包括Profibus-DP总线和变送器单元，其中，变送器单元的输入端适用于与所述刹车手柄300电连接，变送器单元的输出端适用于与PLC120的输入端电连接，变送器单元，被配置为适用于接收刹车手柄300的电信号，并将电信号进行处理后输入PLC120。变送器接收刹车手柄300的信号并对信号进行处理，将处理后的信号传入PLC120的数模转换模块，将模拟量转换为数字量之后传入电控箱130。另外的，Profibus-DP总线的一端与PLC120电连接，Profibus-DP总线的另一端适用于与电控系统200电连接。上位机110、PLC120与原有电控系统200通过Profibus-DP组成的网络是系统的控制核心，完成数据的优化、计算、控制及管理工作。电控箱130还包括显示屏，显示屏被配置为可以更改参数，参数包括大钩高度的设定值。
进一步的，参见图1，气控箱140输入端与电控箱130的输出端电连接，气控箱140适用于与伊顿刹车160连接，气控箱140，被配置为接收电控箱130的电信号并适用于控制伊顿刹车160。
在一种可能的实现方式中，气控箱140中包括阀岛，首先由PLC120中的CPU模块，刹车手柄300电信号经变送器处理后输入通过PLC120之模拟量模块，而后经PLC120之CPU模块输出至气控箱140使气控箱140中的阀岛动作，从而控制伊顿刹车160进行工作，其中阀岛包括多个比例阀。
需要说明的是，尽管以上述作为示例介绍了钻机下放控制系统如上，但本领域技术人员能够理解，本公开应不限于此。事实上，用户完全可根据个人喜好和/或实际应用场景灵活设定钻机下放控制系统，只要达到所需功能即可。
这样，通过上位机110与电控箱130电连接，PLC120与电控箱130电连接，上位机110与PLC120电连接，速度编码器150与电控箱130电连接，气控箱140的输入端与电控箱130的输出端电连接，气控箱140与伊顿刹车160连接，且电控箱130适用于与变频钻机的电控系统电连接，电控箱130适用于与变频钻机的刹车手柄电连接，上位机110，被配置为接收电控箱130传输的数据并显示工作状态指示画面和高度显示画面，PLC120，被配置为接收电控箱130传输的大钩高度并判断大钩高度与设定值的大小，电控箱130，被配置为传输上位机110的画面数据、PLC120的判断结果和速度编码器150所采集的大钩高度，速度编码器150，被配置为对大钩当前高度监控以及滚筒实际速度的采集并传输到电控箱130，气控箱140，被配置为接收电控箱130的电信号并控制伊顿刹车160。其中当达到上位机110设置的大钩高度时，PLC120程序可将由伊顿刹车160控制钻具下放转为由绞车电机控制钻具下放，从而在提速的基础上保证下钻的安全性。
另外，基于前面任一所述的钻机下放控制系统100，本公开还提供了一种变频钻机。本公开提供的变频钻机包括前面任一所述的钻机下放控制系统100。其中，该钻机下放控制系统100安装在变频钻机内，用于在使用变频钻机进行大钩下放时，对下放的大钩速度进行控制。通过在变频钻机中安装前面任一所述的钻机下放控制系统100，使得本公开的变频钻机可以稳定完成大钩的上碰下砸功能，这也就有效提高了变频钻机的安全性。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
