一种基于钻机集成控制的急停控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于钻机集成控制的急停控制系统，包括集成控制系统动作急停组件和集成控制系统动力急停组件，集成控制系统动作急停组件与相应的子设备急停系统分别连接；集成控制系统动力急停组件与液压站电机及发电机分别连接；集成控制系统动作急停组件包括动作安全继电器及其扩展模块、主司钻动作急停按钮、副司钻动作急停按钮和现场总急停按钮；集成控制系统动力急停组件包括动力安全继电器及其扩展模块、主司钻动力急停按钮和副司钻动力急停按钮。本发明的系统，整个急停控制系统自上而下，结构严谨，各级急停开关分工明确，构成一个金字塔型的急停结构，安全可靠。
【专利说明】一种基于钻机集成控制的急停控制系统
【技术领域】
[0001]本发明属于电气自动化控制【技术领域】，涉及一种基于钻机集成控制的急停控制系统。
【背景技术】
[0002]随着石油钻井机械和自动化钻机产品日新月异的发展，钻机集成控制系统在石油钻井行业有着非常广阔的前景。
[0003]通常情况下，配有集成控制系统的钻机除了具有常规必备的设备外，往往还配备了顶驱、管柱自动化处理系统等能够简化劳动强度、增加安全系数的设备。当现场发生异常状况时，现场操作人员面对如此多的设备，如何对设备进行紧急停止就成为了保证安全的关键所在。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种基于钻机集成控制的急停控制系统，解决了现有技术中存在的，当现场发生异常状况时，现场操作人员面对如此多的设备，不能对设备进行紧急停止的问题。
[0005]本发明所采用的技术方案是，一种基于钻机集成控制的急停控制系统，包括集成控制系统动作急停组件和集成控制系统动力急停组件，集成控制系统动作急停组件与相应的子设备急停系统分别连接；集成控制系统动力急停组件与液压站电机及发电机分别连接。
[0006]本发明的基于钻机集成控制的急停控制系统，其特点还在于:
[0007]集成控制系统动作急停组件的结构是，包括动作安全继电器及其扩展模块、主司钻动作急停按钮、副司钻动作急停按钮和现场总急停按钮；动作安全继电器的输入端与主司钻动作急停按钮、副司钻动作急停按钮、现场总急停按钮依次串联，动作安全继电器的输出端与子设备急停系统的对应接口连接。
[0008]集成控制系统动力急停组件的结构是，包括动力安全继电器及其扩展模块、主司钻动力急停按钮和副司钻动力急停按钮；动力安全继电器的输入端与主司钻动力急停按钮和副司钻动力急停开关串联，动力安全继电器的输出端分别与液压站急停接口和发电机急停接口连接。
[0009]子设备急停系统，包括顶驱急停系统、垂直排管机急停系统、铁钻工急停系统、转盘急停系统、钻井绞车急停系统、动力猫道急停系统、泥浆泵急停系统；子设备急停系统的对应接口包括垂直排管机急停接口、钻井绞车急停接口、转盘急停接口、泥浆泵急停接口、铁钻工急停接口、顶驱急停接口和动力猫道急停接口。
[0010]顶驱急停系统包括安全继电器一，安全继电器一的输入端与顶驱控制箱急停按钮和顶驱急停接口依次串联，安全继电器一的输出端与顶驱PLC的DO模块及放大器、顶驱的MCC、以及备用扩展接口分别连接。[0011]垂直排管机急停系统包括安全继电器二,安全继电器二的输入端与垂直排管机急停接口及若干个垂直排管机现场急停按钮依次串联，安全继电器二的输出端与垂直排管机的PLC的DO模块供电及放大器、DI模块、以及备用扩展接口分别连接。
[0012]铁钻工急停系统包括安全继电器三，安全继电器三的输入端与铁钻工急停接口、铁钻工现场急停按钮、铁钻工本体急停按钮和无线接收器依次串联；安全继电器三的输出端与铁钻工的DO模块供电及放大器、DI模块、以及备用扩展接口分别连接。
[0013]转盘急停系统包括安全继电器四，安全继电器四的输入端与转盘急停接口直接连接；安全继电器四的输出端与转盘电机、DI模块、以及备用扩展接口分别连接。
[0014]钻井绞车急停系统包括安全继电器五，安全继电器五的输入端与钻井绞车急停接口直接连接；安全继电器五的输出端与盘刹机构、钻井绞车电控系统的PLC的DI模块、以及备用扩展接口分别连接。
[0015]动力猫道急停系统包括安全继电器六，安全继电器六的输入端与动力猫道急停接口、若干个动力猫道现场急停按钮和无线接收器依次串联，安全继电器六的输出端与动力猫道的DO模块供电及放大器、DI模块、以及备用扩展接口分别连接；
[0016]所述的泥浆泵急停系统包括安全继电器七，安全继电器七的输入端与泥浆泵急停接口直接连接；安全继电器七的输出端与泥浆泵电机、泥浆泵电控系统的PLC的DI模块、以及备用扩展接口分别连接。
[0017]本发明的有益效果是:I)整个急停控制系统自上而下，结构严谨，各级急停开关分工明确，构成一个金字塔型的急停结构；2)现场操作人员通过操作子设备的急停按钮停止该子设备的动作，对其他设备无影响；3)司钻操作人员通过操作总急停按钮停止所有设备的动作、或者所有设备的动力源，安全可靠。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明钻机急停系统的总单线连接示意图；
[0019]图2是本发明钻机总急停系统的连接示意图1 ;
[0020]图3是本发明钻机总急停系统的连接示意图2 ；
[0021]图4是本发明中的顶驱急停系统的结构示意图；
[0022]图5是本发明中的垂直排管机急停系统的结构示意图；
[0023]图6是本发明中的铁钻工急停系统的结构示意图；
[0024]图7是本发明中的转盘急停系统的结构示意图；
[0025]图8是本发明中的钻井绞车急停系统的结构示意图；
[0026]图9是本发明中的动力猫道急停系统的结构示意图；
[0027]图10是本发明中的泥浆泵急停系统的结构示意图。
[0028]图中，1.集成控制系统动作急停组件，2.集成控制系统动力急停组件，3.子设备急停系统，4.动作安全继电器，5.主司钻动作急停按钮，6.副司钻动作急停按钮，7.现场总急停按钮，8.动力安全继电器，9.主司钻动力急停按钮，10.副司钻动力急停按钮，11.顶驱急停系统，12.垂直排管机急停系统，13.铁钻工急停系统，14.转盘急停系统，15.钻井绞车急停系统，16.动力猫道急停系统，17.泥衆泵急停系统,18.液压站电机,19.发电机。【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0030]本发明基于钻机集成控制的急停控制系统，实施例中的主要控制对象包括顶驱、垂直排管机、铁钻工、转盘、钻井绞车、动力猫道和泥浆泵，这些被控制设备也是普通施工过程中的基本设置。
[0031]参照图1，本发明急停控制系统按照功能来说，包括集成控制系统动作急停组件I和集成控制系统动力急停组件2，集成控制系统动作急停组件I与作为控制对象的相应的子设备急停系统3分别连接；集成控制系统动力急停组件2与作为控制对象的液压站电机18及发电机19分别连接。
[0032]参照图2，集成控制系统动作急停组件I的结构是，包括动作安全继电器4及其扩展模块、主司钻动作急停按钮5、副司钻动作急停按钮6和现场总急停按钮7，动作安全继电器4的输入端(S10、SlU S12接口端)与位于主司钻操作站的主司钻动作急停按钮5、位于副司钻操作站的副司钻动作急停按钮6、现场总急停按钮7依次串联，动作安全继电器4的输出端与各个子设备急停系统3的对应接口连接，这些对应接口包括垂直排管机急停接口、钻井绞车急停接口、转盘急停接口、泥浆泵急停接口、铁钻工急停接口、顶驱急停接口和动力猫道急停接口。
[0033]集成控制系统动作急停组件I基于动作安全继电器4实现所有设备动作的停止。拍下急停可以激活所有子设备急停系统3中的安全继电器。
[0034]参照图3，集成控制系统动力急停组件2的结构是，包括动力安全继电器8及其扩展模块、主司钻动力急停按钮9和副司钻动力急停按钮10构成。动力安全继电器8的输入端(S10、SlU S12接口端)与位于主司钻工作站的主司钻动力急停按钮9和位于副司钻工作站的副司钻动力急停开关10串联，动力安全继电器8的输出端分别与液压站急停接口和发电机急停接口控制连接。
[0035]集成控制系统动力急停组件2基于动力安全继电器8实现所有动力源的断开。拍下急停可以实现:a)液压站电机18的停止工作；b)发电机19的停止运行。
[0036]参照图4-图10，本发明实施例的各个子设备急停系统3，包括顶驱急停系统11、垂直排管机急停系统12、铁钻工急停系统13、转盘急停系统14、钻井绞车急停系统15、动力猫道急停系统16、泥衆泵急停系统17。
[0037]参照图4，顶驱急停系统11基于安全继电器一实现。安全继电器一的输入端与顶驱控制箱急停按钮和顶驱急停接口(动作总急停安全继电器的输出端)依次串联，安全继电器一的输出端与顶驱PLC的DO模块及放大器、顶驱的MCC、以及备用扩展接口分别连接。拍下顶驱控制箱急停按钮，(动作总急停上面已经说过，这里应不再提及)输出端可以实现:a)断开顶驱PLC的DO模块供电及放大器的使能输入；b)断开顶驱的MCC供电；c)备用有扩展接口，方便扩展使用。
[0038]参照图5，垂直排管机急停系统12基于安全继电器二实现。安全继电器二的输入端与垂直排管机急停接口(动作总急停安全继电器的输出端)及若干个垂直排管机现场急停按钮依次串联，安全继电器二的输出端与垂直排管机的PLC的DO模块供电及放大器、DI模块、以及备用扩展接口分别连接。拍下任意一个排管机现场急停按钮，输出端可以实现:
a)将急停信号返回至垂直排管机的PLC的DI模块；b)断开垂直排管机PLC的DO模块供电及放大器使能输入；c)备用有扩展接口，方便扩展使用。
[0039]参照图6，铁钻工急停系统13基于安全继电器三实现。安全继电器三的输入端与铁钻工急停接口(动作总急停安全继电器的输出端)、铁钻工现场急停按钮、铁钻工本体急停按钮和无线接收器依次串联；安全继电器三的输出端与铁钻工的DO模块供电及放大器、DI模块、以及备用扩展接口分别连接。拍下铁钻工现场急停按钮或者铁钻工本体急停按钮或者位于无线遥控器上的急停按钮(三者任一)，安全继电器三的输出端可以实现:a)将急停信号返回至铁钻工的PLC的DI模块；b)断开铁钻工PLC的DO模块供电及放大器使能输A；c)备用有扩展接口，方便扩展使用。
[0040]参照图7，转盘急停系统14基于安全继电器四实现。安全继电器四的输入端与转盘急停接口(动作总急停安全继电器的输出端)直接连接；安全继电器四的输出端与转盘电机、DI模块、以及备用扩展接口分别连接。拍下动作总急停按钮，输出端可以实现:a)将急停信号返回至电控系统的PLC的DI模块；b)停止转盘电机的工作；c)备用有扩展接口，方便扩展使用。
[0041]参照图8，钻井绞车急停系统15基于安全继电器五实现。安全继电器五的输入端与钻井绞车急停接口(动作总急停安全继电器的输出端)直接连接；安全继电器五的输出端与盘刹机构、钻井绞车电控系统的PLC的DI模块、以及备用扩展接口分别连接。拍下动作总急停按钮，输出端可以实现:a)将急停信号返回至钻井绞车电控系统的PLC的DI模块；
b)断开钻井绞车电机的供电；c)激活盘刹中的相关液压钳；d)备用有扩展接口，方便扩展使用。
[0042]参照图9，动力猫道急停系统16基于安全继电器六实现。安全继电器六的输入端与动力猫道急停接口(动作总急停安全继电器的输出端)、若干个动力猫道现场急停按钮(图9中显示两个)和无线接收器依次串联，安全继电器六的输出端与动力猫道的DO模块供电及放大器、DI模块、以及备用扩展接口分别连接。拍下任一动力猫道现场急停按钮或者位于无线遥控器上的急停按钮，输出端可以实现:a)将急停信号返回至动力猫道的PLC的DI模块山)断开动力猫道PLC的DO模块供电及放大器使能输入；c)备用有扩展接口，方便扩展使用。
[0043]参照图10，泥浆泵急停系统17基于安全继电器七实现。安全继电器七的输入端与泥浆泵急停接口(动作总急停安全继电器的输出端)直接连接；安全继电器七的输出端与泥浆泵电机、泥浆泵电控系统的PLC的DI模块、以及备用扩展接口分别连接。拍下动作总急停按钮，输出端可以实现:a)将急停信号返回至泥浆泵电控系统的PLC的DI模块；b)停止泥浆泵电机的工作；c)备用有扩展接口，方便扩展使用。
[0044]上述的子设备急停系统中，安全继电器及扩展模块的输入端由本设备的急停按钮与上一级总急停安全继电器的输出端串联，输出端连接需要断开的电路。
[0045]主司钻动作急停按钮5、副司钻动作急停按钮6、现场总急停按钮7是平级关系，按下该三个中的任一急停按钮均可停止所有子设备的动作。
[0046]主司钻动力急停按钮9、副司钻动力急停按钮10是平级关系，按下该两个中的任一急停开关均可停止动力源。
[0047]当设备总急停按钮和动力总急停按钮均未拍下时，用户可以拍下该子设备的急停按钮用于停止该子设备的动作，对其他子设备没有影响。[0048]本发明系统的具体控制过程是:
[0049]I)顶驱、垂直排管机、铁钻工、动力猫道的控制自成系统。在各自的控制系统中安装安全继电器，输入输出端分别按照图4、图5、图6、图9的结构连接。
[0050]2)转盘、钻井绞车、泥浆泵的安全继电器安装在集成控制系统中，输入输出端分别按照图7、图8、图10的结构连接。
[0051]3)钻机集成控制系统中安装动作安全继电器和动力安全继电器，输入输出端按照图2、图3的结构连接。
[0052]本发明系统的控制原理是:
[0053]I)子设备的急停系统是基于安全继电器及其扩展模块实现的:继电器输入端由设备各自的若干个急停按钮和位于集成控制系统的动作总急停安全继电器的输出端串联；继电器输出端连接需要断开的电路。在动作总急停按钮没有被拍下的情况下，子设备的急停按钮可以停止该设备的所有动作，并对其他设备没有影响。
[0054]2)集成控制系统中的动作总急停是基于安全继电器实现的:继电器输入端由位于主司钻控制站的动作急停按钮、位于副司钻控制站的动作急停按钮和现场总急停按钮串联；继电器输出端连接到子设备安全继电器的输入端。操作人员通过拍下上述三个任一急停按钮均可停止所有设备的动作。
[0055]3)集成控制系统中的动力总急停也是基于安全继电器实现的:输入端由位于主司钻控制站的动力急停按钮、位于副司钻控制站的动力急停按钮串联；输出端控制液压站电机的停止及发电机的停止。操作人员通过拍下上述任一急停按钮停止所有设备的动力源。
【权利要求】
1.一种基于钻机集成控制的急停控制系统，其特点在于:包括集成控制系统动作急停组件(I)和集成控制系统动力急停组件(2)，集成控制系统动作急停组件(I)与相应的子设备急停系统(3)分别连接；集成控制系统动力急停组件(2)与液压站电机(18)及发电机(19)分别连接。
2.根据权利要求1所述的基于钻机集成控制的急停控制系统，其特点在于:所述的集成控制系统动作急停组件(I)的结构是，包括动作安全继电器(4)、主司钻动作急停按钮(5)、副司钻动作急停按钮(6)和现场总急停按钮(7);动作安全继电器(4)的输入端与主司钻动作急停按钮(5)、副司钻动作急停按钮(6)、现场总急停按钮(7)依次串联，动作安全继电器(4)的输出端与子设备急停系统(3)的对应接口连接。
3.根据权利要求1所述的基于钻机集成控制的急停控制系统，其特点在于:所述的集成控制系统动力急停组件(2)的结构是，包括动力安全继电器(8)、主司钻动力急停按钮(9)和副司钻动力急停按钮(10);动力安全继电器(8)的输入端与主司钻动力急停按钮(9)和副司钻动力急停开关(10)串联，动力安全继电器(8)的输出端分别与液压站急停接口和发电机急停接口连接。
4.根据权利要求1所述的基于钻机集成控制的急停控制系统，其特点在于:所述的子设备急停系统(3),包括顶驱急停系统(11)、垂直排管机急停系统(12)、铁钻工急停系统(13)、转盘急停系统(14)、钻井绞车急停系统(15)、动力猫道急停系统(16)、泥浆泵急停系统(17);子设备急停系统(3)的对应接口包括垂直排管机急停接口、钻井绞车急停接口、转盘急停接口、泥浆泵急停接口、铁钻工急停接口、顶驱急停接口和动力猫道急停接口。
5.根据权利要求4所述`的基于钻机集成控制的急停控制系统，其特点在于:所述的顶驱急停系统(11)包括安全继电器一，安全继电器一的输入端与顶驱控制箱急停按钮和顶驱急停接口依次串联，安全继电器一的输出端与顶驱PLC的DO模块及放大器、顶驱的MCC、以及备用扩展接口分别连接。
6.根据权利要求4所述的基于钻机集成控制的急停控制系统，其特点在于:所述的垂直排管机急停系统(12)包括安全继电器二，安全继电器二的输入端与垂直排管机急停接口及若干个垂直排管机现场急停按钮依次串联，安全继电器二的输出端与垂直排管机的PLC的DO模块供电及放大器、DI模块、以及备用扩展接口分别连接。
7.根据权利要求4所述的基于钻机集成控制的急停控制系统，其特点在于:所述的铁钻工急停系统(13)包括安全继电器三，安全继电器三的输入端与铁钻工急停接口、铁钻工现场急停按钮、铁钻工本体急停按钮和无线接收器依次串联；安全继电器三的输出端与铁钻工的DO模块供电及放大器、DI模块、以及备用扩展接口分别连接。
8.根据权利要求4所述的基于钻机集成控制的急停控制系统，其特点在于:所述的转盘急停系统(14)包括安全继电器四，安全继电器四的输入端与转盘急停接口直接连接；安全继电器四的输出端与转盘电机、DI模块、以及备用扩展接口分别连接。
9.根据权利要求4所述的基于钻机集成控制的急停控制系统，其特点在于:所述的钻井绞车急停系统(15)包括安全继电器五，安全继电器五的输入端与钻井绞车急停接口直接连接；安全继电器五的输出端与盘刹机构、钻井绞车电控系统的PLC的DI模块、以及备用扩展接口分别连接。
10.根据权利要求4所述的基于钻机集成控制的急停控制系统，其特点在于:所述的动力猫道急停系统(16)包括安全继电器六，安全继电器六的输入端与动力猫道急停接口、若干个动力猫道现场急停按钮和无线接收器依次串联，安全继电器六的输出端与动力猫道的DO模块供电及放大器、DI模块、以及备用扩展接口分别连接； 所述的泥浆泵急停系统(17)包括安全继电器七，安全继电器七的输入端与泥浆泵急停接口直接连接；安全继电器七的输出端与泥浆泵电机、泥浆泵电控系统的PLC的DI模块、以及备用扩展接口 分别连接。
【文档编号】E21B44/00GK103628858SQ201310568165
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月13日 优先权日:2013年11月13日
【发明者】宋涛, 吴阳, 于兴军, 张鹏飞 申请人:宝鸡石油机械有限责任公司