CN112253081A - 一种山地物探电动钻机的控制*** - Google Patents

一种山地物探电动钻机的控制*** Download PDF

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马亚超
张鹏
黄志强
周操
喻洪梅
李琴
朱晶
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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Abstract

本发明一种山地物探电动钻机的控制***，主要由控制终端、线缆和钻机机械结构组成；所述控制终端由手柄按钮模块、驱动器模块和***整体控制模块组成；所述手柄按钮模块由旋转机构操作手柄、提升机构操作手柄、输入按钮和逻辑控制电路板组成；驱动器模块由旋转机构电机驱动器、提升机构电机驱动器和空压机电机驱动器组成；所述***整体控制模块由***整体控制主板、指示灯、高亮显示屏、电池***模块和限位器传感组成；控制终端和钻机机械结构通过线缆连接；采用电能控制***操作钻机，发热量和损失量小，安全隐患较低；可以在高亮显示屏上观看钻机的实时工况，实现了钻机的自动化、信息化。

Description

一种山地物探电动钻机的控制***
技术领域
本发明涉及一种山地物探电动钻机的控制***，属于钻机控制领域。
背景技术
石油和天然气作为国家重要的战略资源，是工业的血液，是人民幸福生活的保障，对国民经济和国家安全至关重要，物探钻机作为勘探油气资源的主要工具，广泛的用于山地、丘陵等复杂地形。
电动物探钻机作为一种新型的物探钻机装备，尚未有与其匹配的控制***，而传统物探钻机采用液压***控制钻机钻具的上升和下降；液压***在使用过程中发热量大，液压油可能会发生泄露，易造成火灾等安全隐患，严重时将造成较大的经济损失；此外，传统的物探钻机不能及时地观察不同情况下的工况信息，信息化、自动化程度较差。因此，传统的物探钻机控制***并不适用于电动钻机的控制***。
为了更好的研发山地物探电动钻机，提出了一种山地物探电动钻机的控制***。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足，设计一种山地物探电动钻机的控制***，能解决传统电动物探钻机控制***发热量和损失量大，信息化、自动化程度差和安全隐患大等问题。
本发明的技术方案：
本发明一种山地物探电动钻机的控制***，主要由控制终端、线缆和钻机机械结构组成；所述控制终端由手柄按钮模块、驱动器模块和***整体控制模块组成；所述手柄按钮模块由旋转机构操作手柄、提升机构操作手柄、输入按钮和逻辑控制电路板组成；驱动器模块由旋转机构电机驱动器、提升机构电机驱动器和空压机电机驱动器组成；所述***整体控制模块由***整体控制主板、指示灯、高亮显示屏、电池***模块和限位器传感组成；控制终端和钻机机械结构通过线缆连接。
所述控制终端的手柄按钮模块与驱动器模块通过线路连接，驱动器模块与***整体控制模块由线路连接。
控制终端通过***整体控制模块查看钻机在工作过程中的实时工况，也通过手柄按钮模块来控制钻机整体的工作。
所述手柄按钮模块的旋转机构操作手柄、提升机构操作手柄和输入按钮通过线路连接在逻辑控制电路板上，旋转机构操作手柄和提升机构操作手柄设置三个机械档位，并带有霍尔传感器，两手柄均为不锈钢外壳，能防水和防雾，输入电压为12V；旋转机构操作手柄、提升机构操作手柄和输入按钮的操控信息通过线路传递到逻辑控制电路板，逻辑控制电路板通过内部编辑好的处理程序将这一信息进行转换，然后传递到下一模块。
所述驱动器模块的旋转机构电机驱动器、提升机构电机驱动器和空压机电机驱动器的输入端口通过线路连接在手柄按钮模块的逻辑控制电路板上，旋转机构电机驱动器、提升机构电机驱动器和空压机电机驱动器的输出端口通过线路连接在***整体控制模块的***整体控制主板上；旋转机构电机控制器、提升机构电机驱动器和空压机电机驱动器采用变频器驱动。
旋转机构电机驱动器的变频器驱动电机旋转，并能快速正反转切换，变频器控制模式采用开环转矩控制并做速度限幅；提升机构电机驱动器的变频器驱动电机带动钻杆升降，变频器控制模式采用开环速度控制；空压机电机驱动器的变频器控制永磁同步电机的软启软停。
旋转机构操作手柄发送转矩大小以及速度快慢信号，变频器控制电机在给定转矩速度下运行，旋转机构操作手柄方向信号改变后，变频器控制电机快速正反转切换，并启动过压失速功能，维持母线电压恒定，达到***性能理论最优值；提升机构操作手柄发送速度、启停和正反转信号，电机启停时，使变频器能及时运转和制动，用于控制电机抱闸器的开启或关闭；变频器均标配RS485/Canopen通讯模块，可将变频器的运行情况传送至总控制器，如如电机电流、电机电压、电机功率、电机转矩等信号。
所述***整体控制模块的指示灯、高亮显示屏、电池***模块和限位传感器通过线路连接在***整体控制主板上；***整体控制主板的CPU频率为1.2GHz，Nand flash储存器容量为1GB，DDR容量为2GB,并且设计有防静电设置，高亮显示屏为组态屏，存储容量为124MB,供电电压为12V。
功能一是通过线路操作驱动器模块内部的变频器控制旋转、提升和空压机的电机旋转和停止，从而实现钻机机械结构部分的正常运行；功能二是将驱动器模块的变频器的运行情况，如电机电流、电机电压、电机功率、电机转矩等信息，通过内部程序的处理，将这些信息呈现在高亮显示屏上。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：1.采用电能控制***操作钻机，发热量和损失量小，安全隐患较低；2.可以在高亮显示屏上观看钻机的实时工况，实现了钻机的自动化、信息化。
附图说明
图1为本发明一种山地物探电动钻机的控制***的实物总图；
图2为本发明一种山地物探电动钻机的控制***的控制终端内部流程图；
图3为本发明一种山地物探电动钻机的控制***的手柄按钮模块流程图；
图4为本发明一种山地物探电动钻机的控制***的驱动器模块流程图；
图5为本发明一种山地物探电动钻机的控制***的***整体控制模块流程图；
图中：1.控制终端；2.线缆；3.钻机机械结构；4.手柄按钮模块；5.驱动器模块；6.***整体控制模块；7.旋转机构操作手柄；8.提升机构操作手柄；9.输入按钮；10.逻辑控制电路板；11.旋转机构电机驱动器；12.提升机构电机驱动器；13.空压机电机驱动器；14.***整体控制主板；15.指示灯；16.高亮显示屏；17.电池***模块；18.限位传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：
如图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明一种山地物探电动钻机的控制***，主要由控制终端1、线缆2和钻机机械结构3组成；所述控制终端1由手柄按钮模块4、驱动器模块5和***整体控制模块6组成；所述手柄按钮模块4由旋转机构操作手柄7、提升机构操作手柄8、输入按钮9和逻辑控制电路板10组成；所述驱动器模块5由旋转机构电机驱动器11、提升机构电机驱动器12和空压机电机驱动器13组成；所述***整体控制模块6由***整体控制主板14、指示灯15、高亮显示屏16、电池***模块17和限位器传感18组成；控制终端1和钻机机械结构3通过线缆2连接。
如图2、图3、图4和图5所示，所述控制终端1的手柄按钮模块4与驱动器模块5通过线路连接，驱动器模块5与***整体控制模块6由线路连接。
控制终端1通过***整体控制模块6查看钻机在工作过程中的实时工况，也通过手柄按钮模块4来控制钻机整体的工作。
如图3所示，所述手柄按钮模块4的旋转机构操作手柄7、提升机构操作手柄8和输入按钮9通过线路连接在逻辑控制电路板10上，旋转机构操作手柄7和提升机构操作手柄8设置三个机械档位，并带有霍尔传感器，两手柄均为不锈钢外壳，能防水和防雾，输入电压为12V；旋转机构操作手柄7、提升机构操作手柄8和输入按钮9的操控信息通过线路传递到逻辑控制电路板10，逻辑控制电路板10通过内部编辑好的处理程序将这一信息进行转换，然后传递到下一模块。
如图2和图4所示，所述驱动器模块5的旋转机构电机驱动器11、提升机构电机驱动器12和空压机电机驱动器13的输入端口通过线路连接在手柄按钮模块4的逻辑控制电路板10上，旋转机构电机驱动器11、提升机构电机驱动器12和空压机电机驱动器13的输出端口通过线路连接在***整体控制模块6的***整体控制主板14上；旋转机构电机控制器11、提升机构电机驱动器12和空压机电机驱动器13采用变频器驱动。
旋转机构电机驱动器11的变频器驱动电机旋转，并能快速正反转切换，变频器控制模式采用开环转矩控制并做速度限幅；提升机构电机驱动器12的变频器驱动电机带动钻杆升降，变频器控制模式采用开环速度控制；空压机电机驱动器13的变频器控制永磁同步电机的软启软停。
旋转机构操作手柄发送转矩大小以及速度快慢信号，变频器控制电机在给定转矩速度下运行，旋转机构操作手柄方向信号改变后，变频器控制电机快速正反转切换，并启动过压失速功能，维持母线电压恒定，达到***性能理论最优值；提升机构操作手柄发送速度、启停和正反转信号，电机启停时，使变频器能及时运转和制动，用于控制电机抱闸器的开启或关闭；变频器均标配RS485/Canopen通讯模块，可将变频器的运行情况传送至总控制器，如如电机电流、电机电压、电机功率、电机转矩等信号。
如图2和图5所示，所述***整体控制模块6的指示灯15、高亮显示屏16、电池***模块17和限位传感器18通过线路连接在***整体控制主板14上；***整体控制主板14的CPU频率为1.2GHz，Nand flash储存器容量为1GB，DDR容量为2GB,并且设计有防静电设置，高亮显示屏16为组态屏，存储容量为124MB,供电电压为12V。
功能一是通过线路操作驱动器模块5内部的变频器控制旋转、提升和空压机的电机旋转和停止，从而实现钻机机械结构部分的正常运行；功能二是将驱动器模块5的变频器的运行情况，如电机电流、电机电压、电机功率、电机转矩等信息，通过内部程序的处理，将这些信息呈现在高亮显示屏16上。
工作原理：
输入按钮9按下，钻机整体通电，旋转机构操作手柄7、提升机构操作手柄8控制钻机的钻进与提升，工作时的钻井作业参数时序数据通过线路传输到***整体控制主板14上，***整体控制主板14把这些数据经过处理，将旋转电机运行的参数、提升电机运行的参数和电池在工作过程中运行参数显示在高亮显示屏16上，限位器传感18的红外线感受到物体的进入，则自动停止工作。

Claims (2)

1.一种山地物探电动钻机的控制***，其特征在于:该控制***主要由控制终端(1)、线缆(2)和钻机机械结构(3)组成；
所述控制终端(1)由手柄按钮模块(4)、驱动器模块(5)和***整体控制模块(6)组成；
所述手柄按钮模块(4)由旋转机构操作手柄(7)、提升机构操作手柄(8)、输入按钮(9)和逻辑控制电路板(10)组成；
所述驱动器模块(5)由旋转机构电机控制器(11)、提升机构电机驱动器(12)和空压机电机驱动器(13)组成；
所述***整体控制模块(6)由***整体控制主板(14)、指示灯(15)、高亮显示屏(16)、电池***模块(17)和限位器传感(18)组成；
控制终端(1)和钻机机械结构(3)通过线缆(2)连接。
2.根据权利要求(1)所述的一种山地物探电动钻机的控制***，其特征在于：所述手柄按钮模块(4)与驱动器模块(5)通过线路连接，驱动器模块(5)与***整体控制模块(6)由线路连接；
所述手柄按钮模块(4)的旋转机构操作手柄(7)、提升机构操作手柄(8)和输入按钮(9)通过线路安装在逻辑控制电路板(10)上，旋转机构操作手柄(7)和提升机构操作手柄(8)设置三个机械档位，并带有霍尔传感器，两手柄均为不锈钢外壳，能防水和防雾，输入电压为12V；
所述驱动器模块(5)的旋转机构电机驱动器(11)、提升机构电机驱动器(12)和空压机电机驱动器(13)的输入端口通过线路连接在手柄按钮模块(4)的逻辑控制电路板(10)上，旋转机构电机驱动器(11)、提升机构电机驱动器(12)和空压机电机驱动器(13)的输出端口通过线路连接在***整体控制模块(6)的***整体控制主板(14)上；旋转机构电机驱动器(11)、提升机构电机驱动器(12)和空压机电机驱动器(13)采用变频器驱动；
旋转机构电机驱动器(11)的变频器驱动电机旋转，并能快速正反转切换，变频器控制模式采用开环转矩控制并做速度限幅；提升机构电机驱动器(12)的变频器驱动电机带动钻杆升降，变频器控制模式采用开环速度控制；空压机驱动器(13)的变频器控制永磁同步电机的软启软停；
所述***整体控制模块(6)的指示灯(15)、高亮显示屏(16)、电池***模块(17)和限位传感器(18)通过线路连接在***整体控制主板(14)上；***整体控制主板(14)的CPU频率为1.2GHz，设计有防静电设置，高亮显示屏(16)为组态屏。
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