一种测井钻进式井壁取心器的控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于地质勘探领域，涉及控制钻进式井壁取心器在井下目的地层垂直井壁钻取岩心，具体为一种钻进式井壁取心器的控制系统。
【背景技术】
[0002]目前，在中国专利200620008135.3中，提出一种钻进式井壁取心器，它由地面控制系统和井下取心系统组成，地面控制系统与井下取心系统通过测井绞车的集流环和车载电缆相连接，地面控制系统给井下取心系统的电机提供高电压、大电流的电源，再由电机驱动液压泵给井下取心系统提供液压能，操纵井下取心系统进行取心；其所述地面控制系统由地面调压柜、升压柜、控制柜、测井绞车组成，彼此之间通过电缆相连。
[0003]其地面控制系统由操作员根据取心过程中出现的各种现象做出判断来控制整个取心过程，尤其在钻取岩心遇卡时，操作员需要一手频繁旋转调压柜旋钮，调节井下仪器电机供电电压，一手频繁按动控制柜上的钻头进、退开关，这就要求操作员不仅要熟知仪器，而且还要熟悉操作。其地面控制系统使用井场电网，而井场电网的电压经常处于不稳定状态，当电网电压下降时、井下取心系统的供电电压就会降低，井下仪器的各种电磁阀就不能正常工作，井下仪器就会发生误动作，损坏仪器部件。
[0004]另外，在专利201110219869中，提出一种钻进式井壁取心器的井下仪器电机的驱动电源，这种电源一方面在液压油温度低时可以实现电机的软启动，避免产生较大的电机启动电流；另一方面在钻取岩心遇卡时，可以降低电机重启的启动电流。驱动电源的使用，大大减少了大电流对绞车滑环、车载电缆等设备的损坏。
[0005]但是，由于其电机驱动电源的最大输出电流远小于电机的堵转值，在钻头负荷突然增大电机电流急速增大时，驱动电源不能供出更大电流以维持电机转动，自身就会停止给电机供电，转而重新启动电机，致使在钻取岩心时不能发现发生的钻头遇卡工程事故，造成操作员不能及时做出正确判断，不能及时发出退钻指令解卡，使得钻头卡死，从而损坏井下仪器。
[0006]并且，钻进式井壁取心器在井下工作时，需要操作员根据地面控制面板显示的第一泵压力值、第二泵压力值、电机工作的电压电流、各种位移传感器的数值做出综合分析判断，然后才能进行各种控制仪器动作的操作，当操作失误时就会容易损坏液压部件，造成工程事故；并且在原有的控制系统基础上无法实现控制和采集的集成自动控制，由于要依靠操作人员的经验和熟练程度，因此稳定性较差，整个系统的自动化程度低。
【实用新型内容】
[0007]针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种效率较高，工作性能稳定，安全可靠，能有效提高取心效率和成功率的测井钻进式井壁取心器的控制系统。
[0008]本实用新型是通过以下技术方案来实现:
[0009]一种测井钻进式井壁取心器的控制系统，包括钻进取心地面控制箱，绞车深度装置，变频电源，井下仪器电路部分和井下仪器液压部分；
[0010]钻进取心地面控制箱包括，用于信号处理和数据传输的核心计算机系统；用于接入市电对井下仪器进行供电的下井供电电源系统；用于接入交流电并控制变频电源供电的井下电机电源控制系统；用于对井下仪器供电电源和井下电机供电电源数据进行采集的传感器；核心计算机控制系统的输入端连接传感器，输出端分别连接下井供电电源系统和井下电机电源控制系统；所述传感器包括设置在下井供电电源系统供电线路上的井下仪器供电电压互感器和井下仪器供电电流互感器，以及设置在变频电源供电线路上的电机电流互感器和电机电压互感器；
[0011]绞车深度装置用于为核心计算机控制系统提供井下仪器所在的地层深度、仪器在井下的运动方向和运动速度的实时信号数据；变频电源用于根据核心计算机系统的控制给井下仪器中的电机供电；井下仪器电路部分用于井下仪器工作状态检测和根据核心计算机系统的控制信号控制相应电磁阀的通断；井下仪器液压部分用于根据电磁阀的通断为取心执行机构提供液压动能。
[0012]优选的，井下仪器液压部分包括由变频电源供电控制的电机，由电机驱动控制的第一泵和第二泵，连接在第一泵的输出端经液压马达电磁阀控制的液压马达，分别连接在第二泵输出端的钻头位置油缸、推靠臂油缸和岩心冲针油缸；钻头位置油缸的输入端分别连接调速阀的输出端和设置在第二泵输出管路上的钻进电磁阀，调速阀的输入端分别连接第一泵的输出端和设置有溢流阀的第二泵输出端，溢流阀由步进电机控制；第二泵的输出管路上经推靠电磁阀分别连接推靠臂油缸和岩心冲针油缸；岩心冲针油缸上设置有冲针位移传感器，液压马达与钻头位置油缸上连接钻进位移传感器，液压马达与岩心冲针油缸上连接心长传感器；第一泵和第二泵上分别设置有第一泵压力传感器和第二泵压力传感器。
[0013]优选的，核心计算机系统包括搭载有CPU的嵌入式的计算机主板，用于扩展的外围扩展接口电路，用于对数据采集进行控制的采集控制板，用于与传感器信号和绞车深度装置信号进行预处理的传感器预处理板，连接在采集控制板输出端的步进电机驱动及继电器板；计算机主板通过通讯存储板与采集控制板连接，采集控制板的输入端连接传感器预处理板的输出端；步进电机驱动及继电器板的输出端分别连接下井供电电源系统和井下电机电源控制系统。
[0014]进一步，下井供电电源系统包括输入端连接步进电机驱动及继电器板输出端的步进电机控制器，用于接入市电的自耦调压器，连接在自耦调压器输出端的变压器；步进电机控制器连接在自耦调压器的输入端，变压器的输出端接井下电缆用于对井下仪器进行供电；所述的井下电机电源控制系统包括与依次接入电压电流连接的高压开关和接触器及反向切换器。
[0015]进一步，CPU采用包括AMD Geode? LX处理器和AMD Geode? CS5536辅助设备的S0M-4455CPU模块；所述的采集控制板采用C8051F60采集控制板。
[0016]优选的，变频电源包括两组相同的分别连接在井下电机电源控制系统电源输出端的功率电源通道，用于向功率电源通道发出高低频控制信号的中央控制模块，用于对功率电源通道反馈信号进行预处理的信号预处理板，用于显示变频电源状态的液晶显示器，以及用于扩展的外围接口 ；功率电源通道包括依次连接的功率因数校正模块，BUCK调压模块，高频正弦调制升压模块和逆变换向模块；功率因数校正模块输入端连接井下电机电源控制系统的交流输出端，逆变换向模块输出端连接电机的供电端。
[0017]优选的，还包括通过以太网连接在钻进取心地面控制箱上的数据采集笔记本计算机，和连接在数据采集笔记本计算机USB输出端的绘图仪。
[0018]进一步，核心计算机的输入输出端上设置有外围扩展接口电路；外围扩展接口电路包括3个USB接口，两个串行口，一个以太网接口，TFT-1XD接口以及一个44针2.5寸硬盘接口，接口设有驱动电路，其通过以太网接口连接数据采集笔记本计算机，通过TFT-LCD接口连接液晶显示器。
[0019]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果:
[0020]本实用新型所述的控制系统通过设置核心计算机系统的钻进取心地面控制箱对取心器进行数据采集和反馈控制，能够及时的通过井下仪器的电路部分对井下仪器的各种状态进行检测，利用传感器监控对井下电机以及井下仪器的供电状态，并经过核心计算机系统对采集数据的处理，通过对变频电源进行控制，实现对井下电机的调控，通过对下井供电电源系统的调控，配合完成对钻进取心的控制；利用设置的变频电源在地面控制箱的控制下对电机进行供电，通过将井下仪器的供电与电机的供电进行分离，不仅满足了对电机电源的控制要求，而且不会影响井下仪器的工作状态，各自独立的控制单元也降低了核心计算机系统的控制要求，结构合理，设计巧妙，适用范围广，效率高，控制精确，劳动强度小，利用采集和反馈以及逻辑对比判断为自动化控制的实现提供了必要和完备的硬件支持。
[0021]进一步的，利用井下仪器液压部分中设置的液压马达和油缸，能够完成钻进取心过程中对钻杆和钻头的各种控制动作，满足控制要求，并且利用设置配合设置的电磁阀和传感器能够实现对其动作的精确控制和运动状态的实时反馈，从而保证了地面控制箱的及时有效的指令发送。
[0022]进一步的，利用嵌入式的计算机主板，能够将数字处理和信号传递的功能集成处理，通过传感器预处理板对采集信号进行预处理，提高处理速度，通过采集控制板完成对信号采集进行控制，分担了计算机主板的处理任务并且提高了对各个信号控制以及查询的效率，针对性强，效率高。
[0023]进一步的，通过下井供电电源系统能够利用线性电源给井下仪器以及步进电机供电，保证了井下仪器的正常工作，不会受到电机电源变化的影响，通过变压器和接入步进电机控制器的自耦调压器能够满足对井下仪器不同电源的控制要求，提高取心作业工作效率和系统的工作稳定性。
[0024]进一步的，通过对CPU以及与其配合的采集控制板的选型和限定，保证对数据的高效运