一种修井机自动化作业综合控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于石油修井技术领域，具体涉及一种修井机自动化作业综合控制系统。其可通过电子化实现修井机绞车和转盘控制自动化，安全可靠。本实用新型采用的技术方案包括电机控制中心，所述的电机控制中心与电气控制单元、气控单元、液控单元、操作开关/手柄、CPU控制器连接，所述的CPU控制器与人机界面触摸屏、盘刹、减速箱连接，气控单元与惯刹连接，能耗制动电阻与整流单元连接，整流单元与绞车电机和转盘电机连接，绞车电机与减速箱连接，转盘电机与万向轴连接。
【专利说明】
一种修井机自动化作业综合控制系统
技术领域
[0001]本实用新型属于石油修井技术领域，具体涉及一种修井机自动化作业综合控制系统。
【背景技术】
[0002]目前国内常规修井机仍大量使用柴油机作为修井机的动力源，工作效率低，需要频繁更换链条，维护经费高，能源消耗严重，噪音污染严重，作业成本高，并且在当前国家大力推行清洁生产，提倡节能环保的大环境下，国内修井机设备生产厂家和研究机构在柴油机驱动作业机基础上研制了电力驱动修井机。这些修井机用电机取代柴油机作为动力，传动机构未进行改变，进行游车上提下放的过程中需要挂合链条离合之后，再增加速度，完成快速起升游车，下放的时候需要脱开链条离合，使游车自由下放，需要刹车系统控制游车下放速度，上提和下放就需要进行复杂的操作，不能快速实现上提游车和下放游车的切换，由于频繁使用刹车系统，刹车系统磨损频繁；下放过程中，速度控制依靠刹车系统来控制，对刹车系统的要求较高，一旦刹车系统出现故障，整个系统将不能进行工作;上提过程中需要使用离合挂合装置，长期挂合和脱开也需要定期进行维护才能确保其可靠性。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的是提供一种修井机自动化作业综合控制系统，其可通过电子化实现修井机绞车和转盘控制自动化，安全可靠。
[0004]为解决现有技术存在的问题，本实用新型的技术方案是:一种修井机自动化作业综合控制系统，其特征在于:包括电机控制中心、电气控制单元、气控单元、液控单元、人机界面触摸屏、CPU控制器、操作开关手柄、变频器、能耗制动电阻、绞车电机、绞车编码器、转盘电机、转盘编码器、盘刹、减速箱、滚筒、惯刹、万向轴、转盘和滚筒编码器；
[0005]所述的CPU控制器包括电源、CPU1513、DI数字输入模块、DO数字输入模块、Al模拟输入模块和AO模拟输出模块，所述的电源给CPU 1513供电，CPU 1513、DI数字输入模块、DO数字输入模块、Al模拟输入模块和AO模拟输出模块设置于同一安装轨道上，通过模块背板总线进行连接；
[0006]所述的变频器包括整流单元、能耗制动单元、绞车逆变单元、转盘逆变单元，所述的整流单元分别与能耗制动单元、绞车逆变单元和转盘逆变单元连接；
[0007]所述的电机控制中心与电气控制单元、气控单元和液控单元依次连接，所述的电机控制中心还与CPU控制器的DI数字输入模块连接，所述的电气控制单元分别与CPU控制器的DI数字输入模块、CPU控制器的DO数字输入模块和操作开关手柄连接，所述的CPU控制器的CPU 1513与人机界面触摸屏连接，所述的液控单元分别与操作开关手柄、CPU控制器的AO模拟输出模块和盘刹连接，所述的盘刹与CHJ控制器的Al模拟输入模块连接；
[0008]所述的能耗制动电阻与变频器中的能耗制动单元连接，所述的变频器中的绞车逆变单元分别与绞车电机和绞车编码器连接，所述的绞车电机与减速箱连接;所述的减速箱与滚筒编码器、滚筒连接;所述的滚筒编码器还与CPU控制器的CPU1513连接;所述的滚筒与盘刹连接;所述的转盘逆变单元分别与转盘电机和转盘编码器连接，所述的转盘电机与万向轴连接;所述的万向轴与转盘连接;所述的转盘与惯刹连接。
[0009]所述的惯刹与气控单元连接。
[0010]所述的绞车电机与绞车编码器连接。
[0011]所述的转盘电机与转盘编码器连接。
[0012]CPU控制器为控制核心，其型号为CPU 1513-1 PN0
[0013]与现有技术相比，本实用新型的优点如下:
[0014]1、本实用新型通过CPU控制器控制、触摸屏显示各个设备的运行状态，操作者可以从远程操作操作开关/手柄启动运行绞车、转盘，并实时观察到绞车和转盘的运行状态，操作方便快捷。
[0015]2.本实用新型将自行判断游车位置，对绞车和盘刹进行自动化控制，并提示操作者注意操作；自行判断转盘运行状态是否正常，对转盘和惯刹进行自动化控制，出现异常自动处理，并提示操作者，避免出现误操作，造成事故;增加系统可靠性，保护设备安全和人员安全。
[0016]3、本实用新型要求绞车电机通过减速箱利用变频器能耗制动进行软停机并实现悬停功能，减少盘刹和惯刹的使用频率，减少了盘刹和惯刹的磨损。
[0017]4、本实用新型人机界面触摸屏报警系统，报警提示操作者的同时，记录该报警信息，有利于故障报警统计，便于分析什么设备故障较多，为保养维护和备件管理提供依据。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型的结构不意图；
[0019]图2为CPU控制器的电路图；
[0020]图3为电机控制中心电路图；
[0021 ] 附图标记说明:1-电机控制中心，2-电气控制单元，3-气控单元，4-液控单元，5-人机界面触摸屏，6-CPU控制器，7-操作开关手柄，8-变频器，9-能耗制动电阻，10-整流单元，11-能耗制动单元，12-绞车逆变单元，13-转盘逆变单元，14-绞车电机，15-绞车编码器，16-转盘电机，17-转盘编码器，18-盘刹，19-减速箱，20-惯刹，21-万向轴，22-滚筒编码器，23-电源，24-CPU1513，25-DI数字输入模块、26-D0数字输入模块，27-AI模拟输入模块，28-A0模拟输出模块，29—滚筒，30—转盘。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本设计做详细描述:
[0023]本实用新型电力驱动修井机是以变频器驱动的电动机取代柴油机作为动力源。电机由变频器驱动，电机可实现无级调速，也可在远程实现电机速度设定，速度控制灵活，不再需要频繁更换链条档位，操控性更好，启动扭矩更大;结构更简单、节能环保及维护费用低等优点。
[0024]参见图1: 一种修井机自动化作业综合控制系统，包括电机控制中心1、电气控制单元2、气控单元3、液控单元4、人机界面触摸屏5、CPU控制器6、操作开关手柄7、变频器8、能耗制动电阻9、绞车电机14、绞车编码器15、转盘电机16、转盘编码器17、盘刹18、减速箱.滚筒19、惯刹20、万向轴.转盘21和滚筒编码器22;
[0025]所述的CPU控制器6包括电源23、CPU 1513 24、DI数字输入模块25、D0数字输入模块26、AI模拟输入模块27和AO模拟输出模块28，所述的电源23给CPU 151324供电，CPU151324、DI数字输入模块25、D0数字输入模块26、Al模拟输入模块27和AO模拟输出模块28设置于同一安装轨道上，通过模块背板总线进行连接；
[0026]所述的变频器8包括整流单元10、能耗制动单元11、绞车逆变单元12、转盘逆变单元13，所述的整流单元8分别与能耗制动单元11、绞车逆变单元12和转盘逆变单元13连接；[0027 ] 所述的电机控制中心I与电气控制单元2、气控单元3和液控单元4依次连接，所述的电机控制中心I还与CHJ控制器6的DI数字输入模块25连接，所述的电气控制单元2分别与CPU控制器6的DI数字输入模块25、CPU控制器6的DO数字输入模块26和操作开关手柄7连接，所述的CHJ控制器6的CPU 1513 24与人机界面触摸屏5连接，所述的液控单元4分别与操作开关手柄7、CPU控制器6的AO模拟输出模块28和盘刹18连接，所述的盘刹18与CPU控制器6的Al模拟输入模块27连接；
[0028]所述的能耗制动电阻9与变频器8中的能耗制动单元11连接，所述的变频器8中的绞车逆变单元12分别与绞车电机14和绞车编码器15连接，绞车电机14与减速箱减速箱.滚筒19、滚筒编码器22和CPU控制器的CPU151324依次连接;所述的转盘逆变单元13分别与转盘电机16和转盘编码器17连接，转盘电机16与万向轴.转盘21连接；
[0029]所述的惯刹20与气控单元3连接；
[0030]所述的绞车电机140与绞车编码器15连接；
[0031 ]所述的转盘电机16与转盘编码器17连接。
[0032]CPU控制器6为控制核心，其型号为CPU 1513-1 PN0
[0033]CPU1513 24以通讯方式采集变频器8状态信号，采集人机界面触摸屏5的控制信号，DI模块25采集电机控制中心1、电气控制单元2的反馈信号，采集操作开关的数字控制信号;Al模块27采集盘刹压力信号，采集操作手柄的模拟控制信号;CPU1513 24以通讯方式将采集信号发送到人机界面触摸屏5显示;DO模块送出数字控制信号到电气控制单元2，电气控制单元2将控制信号送到电机控制中心I和气控单元3;气控单元3送出控制气源信号到惯杀IJ20、液控单元4;操作开关/手柄也可直接将控制信号送到电气控制单元2、液控单元4;A0模块28将模拟控制信号送到液控单元4 ；液控单元4液压动力控制盘刹18 ；绞车逆变单元12输出绞车动力到绞车电机14，绞车编码器15送出绞车电机转速信号到绞车逆变单元12，实现绞车电机14闭环控制;转盘逆变单元13输出转盘动力到转盘电机16，转盘编码器17送出转盘电机转速信号到转盘逆变单元13，实现转盘电机16闭环控制；能耗制动单元11输出能耗制动动力到能耗制动电阻9。
[0034]参见图2，本实用新型以CPU 1513 PN为控制核心，CPU1513 PN与人机界面触摸屏、绞车逆变单元通讯板、转盘逆变单元通讯板、滚筒编码器组成工业以太网通讯。数字输入模块采集启动命令和反馈信号，数字输出模块输出数字控制信号，模拟输入模块采集绞车、转盘给定信号和盘刹压力信号，模拟输出模块输出盘刹比例阀控制信号。
[0035]参见图3，系统供电之后，CPU输出信号控制继电器，继电器闭合可使各个接触器吸合线圈得电，给对应设备供电。
【主权项】
1.一种修井机自动化作业综合控制系统，其特征在于:包括电机控制中心(I)、电气控制单元(2)、气控单元(3)、液控单元(4)、人机界面触摸屏(5)、CPU控制器(6)、操作开关手柄(7)、变频器(8)、能耗制动电阻(9)、绞车电机(14)、绞车编码器(15)、转盘电机(16)、转盘编码器(17)、盘刹(18)、减速箱(19)、滚筒(29)、惯刹(20)、万向轴(21)、转盘(30)和滚筒编码器(22); 所述的CPU控制器(6 )包括电源(23)、CPU 1513 (24)、DI数字输入模块(25)、DO数字输入模块(26)、Al模拟输入模块(27)和AO模拟输出模块(28)，所述的电源(23)给CPU 1513(24)供电，CPU 1513(24)、DI数字输入模块(25)、DO数字输入模块(26)、Al模拟输入模块(27)和AO模拟输出模块(28)设置于同一安装轨道上，通过模块背板总线进行连接； 所述的变频器(8)包括整流单元(10)、能耗制动单元(11)、绞车逆变单元(12)、转盘逆变单元(13)，所述的整流单元(10)分别与能耗制动单元(11)、绞车逆变单元(12)和转盘逆变单元(13)连接； 所述的电机控制中心(I)与电气控制单元(2)、气控单元(3)和液控单元(4)依次连接，所述的电机控制中心(I)还与CPU控制器(6)的DI数字输入模块(25)连接，所述的电气控制单元(2 )分别与CPU控制器(6 )的DI数字输入模块(25)、CI3U控制器(6 )的DO数字输入模块(26)和操作开关手柄(7)连接，所述的CPU控制器(6)的CPU 1513(24)与人机界面触摸屏(5)连接，所述的液控单元(4)分别与操作开关手柄(7)、CPU控制器(6)的AO模拟输出模块(28)和盘刹(18)连接，所述的盘刹(18 )与CPU控制器(6 )的Al模拟输入模块(27 )连接； 所述的能耗制动电阻(9)与变频器(8)中的能耗制动单元(11)连接，所述的变频器(8)中的绞车逆变单元(12)分别与绞车电机(14)和绞车编码器(15)连接，所述的绞车电机(14)与减速箱(19)连接;所述的减速箱(19)与滚筒编码器(22)、滚筒(29)连接;所述的滚筒编码器还与CPU控制器的CPU1513 (24 )连接;所述的滚筒(29 )与盘刹(18 )连接;所述的转盘逆变单元(13)分别与转盘电机(16)和转盘编码器(17)连接，所述的转盘电机(16)与万向轴(21)连接;所述的万向轴(21)与转盘(30)连接;所述的转盘(30)与惯刹(20)连接。2.根据权利要求1所述的一种修井机自动化作业综合控制系统，其特征在于:所述的惯刹(20)与气控单元(3)连接。3.根据权利要求1或2所述的一种修井机自动化作业综合控制系统，其特征在于:所述的绞车电机(14)与绞车编码器(15)连接。4.根据权利要求3所述的一种修井机自动化作业综合控制系统，其特征在于:所述的转盘电机(16)与转盘编码器(17)连接。5.根据权利要求4所述的一种修井机自动化作业综合控制系统，其特征在于:CPU控制器(6)为控制核心，其型号为CPU 1513-1 PN0
【文档编号】G05B19/418GK205581628SQ201620211723
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】程波, 贺国波, 凌小成, 谢列平, 冯旭骅, 郑明建
【申请人】西安宝美电气工业有限公司