SU1361314A1 - Method and apparatus for automatic maintaining of preselected bit loading - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к бурению глубоких скважин при разведке и добыче полезных ископаемых. Цель - повышение точности поддержани  заданной осевой нагрузки &Р при одновременном уменьшении интенсивности износа бурового инструмента и улучшение ре-жима работы исполнительного механизма 1 подачи. Дл  этог.о внутри допустимой зонь изменени  осевой наI-I II LlJ бЩ - feax TT aPif, грузки задатчиком 6 дополнительно задают зону точного изменени  осевой нагрузки. Измер ют длительность At пребывани  осевой нагрузки в пределах этой зоны. При выходе осевой нагруз- Jcи за верхний предел зоны точного ее изменени  скорость подачи (СП) V уменьшают, при выходе за нижний предел СП увеличивают на величину iV оС- k ДР / U t, где k - коэфф. продольной жесткости колонны бурильных труб; vL - параметр адаптации (1 oi. 2) , задаваемый задатчиком П. Устр-во дл  осуществлени  способа содержит также датчик 10 глубины, задатчики 4, 7, 8 и 9 осевой нагрузки и допустимой зоны ее изменени , максимальной и минимальной СП, анализатор 12 осевой нагрузки, генератор 13, блок 17 вычислени  СП, переключатель 18 режима, ключ 19, коммутатор 20, АЦП 21, счетчик 15, ЦАП 22 и элементы И 14 и НЕ 16. Устр-во во всех ситуаци х быстро вводит значение осевой нагрузки в зону точного регулировани  и обеспечивает поиск оптимальной СП, необходимой дл  стационарного поддержани  заданной осевой на грузки 2 с. и 1 3.п.ф-лы, 5 ип. i (Л со 05 И1 ОО tmmk . Фиг. 2The invention relates to the drilling of deep wells in the exploration and mining of minerals. The goal is to improve the accuracy of maintaining a given axial load & P while reducing the wear intensity of the drilling tool and improving the operating mode of the feed actuator 1. For this, within the permissible zone of change of the axial I-I II LlJ b) - feax TT aPif, the loads by the unit 6 additionally define the zone of exact change of the axial load. The duration, At, of the stay of the axial load within this zone is measured. When the axial load Jci goes beyond the upper limit of the zone of its exact change, the feed rate (SP) V is reduced, and when the lower limit is reached, the SP increases by iV оС- k DP / U t, where k is the coeff. longitudinal rigidity of the drill pipe string; vL is the adaptation parameter (1 oi. 2) set by the setting device P. The device for implementing the method also contains the depth sensor 10, the setting devices 4, 7, 8 and 9 of the axial load and the allowable change zone, the maximum and minimum SP, the analyzer 12 axial load, generator 13, SP calculation unit 17, mode switch 18, key 19, switch 20, A / D converter 21, counter 15, DAC 22 and AND elements 14 and NOT 16. A device in all situations quickly enters the value of the axial load in the zone of precise control and ensures the search for the optimal SP necessary for the stationary support rye given axial load 2 s. and 1 3.p.f-ly, 5 pe. i (L co 05 I1 OO tmmk. Fig. 2

Description

1one

Изобретение относитс  к бурению глубоких скважин при разведке и добыче полезных ископаемых и может быть использовано в системах автоматичес- кого управлени  бурением дл  обеспечени  оптимального режима поддержани  заданной осевой нагрузки на долото .The invention relates to the drilling of deep wells in the exploration and mining of minerals and can be used in automatic control systems for drilling to ensure optimal maintenance of a given axial load on the bit.

Цель изобретени  - повьш1ение точ- ности поддержани  заданной нагрузки при одновременном уменьшении интенсивности износа бурового инструмента и улучшении режима работы исполнительного механизма подачи.The purpose of the invention is to improve the accuracy of maintaining a given load while reducing the wear rate of a drilling tool and improving the mode of operation of the actuating feeder.

На фиг. 1 показан принцип осуществлени  предлагаемого способа автоматического поддержани  заданной нагрузки; на фиг. 2 - структурна  схема устройства дл  осуществлени  спо- соба; на фиг. 3 - функциональна  схема анализатора нагрузки; на фиг. 4 - диаграммы выходных сигналов элементов анализатора нагрузки; на фиг. 5 - диаграммы работы устройства в различных режимах регулировани  нагрузки .FIG. 1 shows the implementation principle of the proposed method for automatically maintaining a given load; in fig. 2 is a block diagram of an apparatus for carrying out the method; in fig. 3 - functional diagram of the load analyzer; in fig. 4 - diagrams of output signals of elements of the load analyzer; in fig. 5 - diagrams of operation of the device in various modes of load control.

Предлагаемый способ использует наличие св зей между скоростью подачиThe proposed method uses a connection between the feed rate

М„ механической скоростью V и нагрузкой на долото Р, которые выражены известными соотношени миM is the mechanical velocity V and the load on the bit P, which are expressed by the known relations

(:.f. (: .f.

(1)(one)

СР,CP,

(2)(2)

гдеWhere

k С L F.,fk С L F., f

коэффициент продольной жесткости колонны бурильньк труб;the longitudinal stiffness coefficient of the drill pipe string;

коэффициент, характеризующий твердость породы; длина колонны; модуль упругости и площадь сечени  колонны бурильных труб.coefficient characterizing the hardness of the rock; column length; elastic modulus and cross-sectional area of drill pipe string.

Задачей любого регул тора подачи  вл етс  поддержание заданной нагрузки Р на долото, в пределах зоны регулировани  ДР, . При этом желательно чтобы скорость подачи (перемещени  верхнего конца бурильной колонны) / была равна скорости перемещени  долота (нижнего конца бурильной колонны ) V при бурении. Если скорость Vf, больше У„, то нагрузка Р на долот растет, если скорость V меньше V j то нагрузка на долото уменьшаетс , все это в соответствии с формулой (1 ) The task of any feed regulator is to maintain a given load P on the bit, within the DR control zone,. It is desirable that the feed rate (movement of the upper end of the drill string) / be equal to the bit movement speed (lower end of the drill string) V when drilling. If the velocity Vf is greater than Vn, then the load P on the bit increases, if the velocity V is less than V j then the load on the bit decreases, all this in accordance with formula (1)

5five

0 5 0 5

00

и ние пand n

ТакSo

Таким образом, регул тор подачи осуществл ет регулирование нагрузки на долото, измен   скорость подачи VH, стара сь привести ее в состо - V. У„.Thus, the feed controller regulates the load on the bit, changing the feed rate VH, try to bring it to the state V.

как непосредственно измерить скорость V невозможно, то основна  трудность регулировани  заключаетс  в том, как найти скорость V,, такую, чтобы она соответствовала равенству п м Именно на это и направлен предлагаемый способ автоматического поддержани  заданной нагрузки.As it is impossible to measure the velocity V directly, the main difficulty of adjustment lies in how to find the velocity V, such that it corresponds to the equality n. This is precisely the aim of the proposed method of automatically maintaining a given load.

Пусть при некоторой заданной нагрузке PJ на долото скорость бурени  перемещени  нижнего конца колонны) неизвестна  заранее величина У, Дл  того, чтобы установить нагрузку Р на долото регул тор подачи в начальный момент бурени  устанавливает скорость под;ачи , заведомо большую, чем . В этом случае нагрузка на долото растет в соответствии с (1 ) достигает по величине нижней границы зоны точного регулировани  P--u. далее переходит через величину Р, и подходит к верхней границе Р + + . Если не изменить , то нагрузка продолжает расти и превьшзает предел точности регулировани . Скорость Vf,; надо уменьшить на такую . величину uV.,; } чтобыSuppose that at some given load PJ per bit, the rate of drilling of the lower end of the column is unknown in advance, the magnitude of U, In order to set the load P on the bit, the feed regulator at the initial moment of drilling sets the speed under, obviously greater than. In this case, the load on the bit increases in accordance with (1) reaches the value of the lower boundary of the zone of precise control P - u. then passes through the value of P, and approaches the upper boundary of P + +. If not changed, the load continues to grow and exceeds the limit of control accuracy. Vf speed; need to be reduced by this. the value of uV.,; } to

V.V.

ni4-tni4-t

- V  - V

МО MO

(3)(3)

00

Но величина V.,,. нам неизвестна,But the value of V. ,,. we don't know

МОMO

значит не известна и величина uV .hence the value uV is not known.

Однако известно, что разница между V/yo и Vnj составл ет согласно формуле (1 )However, it is known that the difference between V / yo and Vnj is according to the formula (1)

VV

- V- V

МОMO

ь s

dP , йРт dt dP, yrt dt

(М(M

где ut,- - врем , за которое нагрузка на долото выросла от Р, до РЭ + ДРт-/2. Если бы бьша точно известна величина k и точно измерено врем  utj , . то найти U У„; не составл ло бы труда и тогда скорость подачи следовало бы установитьwhere ut, - is the time during which the load on the bit has increased from P to RE + DTH- / 2. If the value of k were accurately known and the time utj, was precisely measured. then find U U „; would not be difficult and then the feed rate should be set

V, V,

- k- k

iPr At;iPr At;

(Ь)(B)

5555

И нагрузка стабилизировалась бы на верхней границе интервала точности регулировани ; Однако величина k известна лишь приблизительно, а &t; из313613And the load would stabilize at the upper limit of the control accuracy interval; However, the value of k is known only approximately, and &t; of 311313

мер етс  с погрешностью и значит формула (5) должна иметь видis measured with an error and hence the formula (5) should have the form

Vn,.,Vn,.,

V..-...-1ESV ..-...- 1ES

где об - некоторый коэффициент, неwhere about - some coefficient, not

равный единице (единица может быть только при точном знании k ut j, что принци- пиально невозможно). Если прин ть . то в случае, описываемом (6), скорость подачи уменьшена недостаточно, она остаетс  все еще больше скорости , пере- мещени  нижнего конца колонны и, следовательно , нагрузка на долото, продолжает расти, хот  и медленнее, чем до уменьшени  скорости подачи, но все же выходит за верхнюю границу интервала точности регулировани , что недопустимо.equal to one (one can only be with exact knowledge of k ut j, which is fundamentally impossible). If accepted. then in the case described by (6), the feed rate is not sufficiently reduced, it remains still greater than the speed of displacing the lower end of the column and, consequently, the load on the bit, continues to grow, although slower than before reducing the feed rate however, it exceeds the upper limit of the regulation accuracy interval, which is unacceptable.

Если вз ть об 2, то скорость подачи станет меньше скорости V на столько же, насколько она до этого была больше, нагрузка на долото уменьшаетс , но темп ее уменьшени  становитс  таким же, как до этого был темп возрастани  и она пересекает зону точного регулировани  от Р, + &Рг/2 до Р, - за то же врем  ut;, т.е. ситуаци  не улучшаетс  в смысле поиска необходимой величины п .If you take about 2, then the feed rate will become less than V speed as much as it was before, the load on the bit decreases, but its rate of reduction becomes the same as it did before, and it crosses the fine control zone from Р, + & Pr / 2 to Р, - for the same time ut; i.e. the situation is not improved in the sense of finding the required value of n.

При вС 7 2 врем  изменени  нагруз- ки от одной границы зоны точного регулировани  до другой меньше ut; .With VS 7 2, the time of load variation from one boundary of the fine control zone to the other is less than ut; .

Таким образом, определ етс  условиеThus, the condition

1 ot 2. (7) 1 ot 2. (7)

После определени  величины V,-, по (6) при условии (7) скорость.подчи уменьшена и нагрузка на долото уменьшаетс  медленнее, чем возраста ет, но в какой-то момент она все-та подходит к нижней границе зоны точнго регулировани  и дл  возвращени  ее в зону требуетс  увеличить скорость подачи, найти ее по формуле After determining the value of V, -, according to (6) under the condition (7), the speed of the pod is reduced and the load on the bit decreases more slowly than the age of em, but at some point it all comes to the lower boundary of the exact control zone and for returning it to the zone is required to increase the feed rate, to find it according to the formula

PrPr

VV

п(+гn (+ g

Vn;.,  Vn;.,

AtAt

(8)(eight)

1+t1 + t

Таким образом, из (6) и (8) имеютThus, from (6) and (8) have

ЛРтLRT

Vnu, Vn; t ---:-.Vnu, Vn; t ---: -.

Дл  поддержани  заданной нагрузки РЗ предлагаемьй способ предусматрива3613To maintain a predetermined RP load, the proposed method provides for 3613

g is 20 g is 20

1414

ет два режима управлени  скоростью подачи: релейное включение или отключение максимальной- скорости подачи при выходе текущего значени  нагрузки соответственно за нижнюю или за верхнюю границы допускаемой зоны регулировани  лРдоп и режим активного поиска оптимальной скорости подачи / V , обеспечивающей стационарное поддержание заданной нагрузки PJ в пределах дополнительно сформированной зоны точного регулировани  М , дл  чего измер ют длительность последнего интервала времени At; , в течение которого нагрузка находитс  в пределах зоны точного регулировани  и при выходе нагрузки из этой зоны формируют новое значение скорости подачи V l, , определ емой по формулеThere are two modes of controlling the feed rate: relay on or off of the maximum feed rate when the current load value goes below or below the upper limit of the allowed control zone lRdop and the active search mode of the optimal feed rate / V ensures the stationary maintenance of the specified PJ load within additional limits. the formed fine control zone M, for which the duration of the last time interval At is measured; during which the load is within the zone of precise control and when the load leaves this zone, a new value of the feed rate V l, determined by the formula

VV

П +1P +1

v.---. v .---.

где oi/ - параметр, лежащий в диапазоне 1 : c, i2, причем знак + соответствует выходу текущего значени  нагрузки за . нижнюю границу зоны точного регулировани , а знак - - выходу за ее верхнюю границу .where oi / is a parameter lying in the range 1: c, i2, with the + sign corresponding to the output of the current load value for. the lower boundary of the zone of precise control, and the sign - - beyond its upper limit.

Принцип предлагаемой процедуры поиска оптимальной скорости подачи, обеспечивающей заданную нагрузку на долото, по сн етс  диаграммой (фиг.1)The principle of the proposed procedure for finding the optimal feed rate, providing a given load on the bit, is illustrated by the diagram (Fig. 1)

Пусть в начальный момент времени скорость подачи имеет максимальное значение V, счет чего нагрузка возрастает и к моменту времени t, достигает нижней границы зоны точного регулировани , а через промежуток времени At, (в момент t tg) выходит за ее верхнюю границу . Ка основании выражений (l) и (4) дл  этого- момента времени справедливо равенствоLet the feed rate have a maximum value V at the initial moment of time, so that the load increases and reaches the lower boundary of the precise control zone by the time t, and after a time interval At, (at the time t tg) goes beyond its upper limit. On the basis of expressions (l) and (4) for this moment, the equality

- V- V

МОMO

k k

йРrr

ИГ  IG

(10)(ten)

учитыва  это новое значение скорости подачи, назначаемое в момент в соответствии с (9)taking into account this new value of the feed rate assigned at the time in accordance with (9)

5555

Vnг V,Vng V,

- (Vn, - V« ). (11)- (Vn, - V “). (eleven)

Если выбрать ос 1 (фиг. 1) , то уже после первого переключени  достигнута искома  скорость подачи Vj, V,, ,If we select OS 1 (Fig. 1), then already after the first switching, the desired feed rate Vj, V ,, was reached,

однако такое решение практически не может быть реализовано, так как оно не учитывает приближенный характер соотношени  (1) и (2) и предъ вл ет исключительно высокие требовани  к точности определени  коэффициента жесткости колонны k и точности измерени  интервала . С другой стороны при oi 2 каждое новое значение скорости подачи удал етс  от искомого значени , т.е. процесс расход щийс .However, such a solution can hardly be implemented, since it does not take into account the approximate nature of relations (1) and (2) and imposes extremely high requirements on the accuracy of determining the column stiffness coefficient k and the accuracy of the interval measurement. On the other hand, when oi 2, each new feedrate value is removed from the desired value, i.e. the process is divergent.

При выборе конкретного значени  параметра об следует руководствоватьс  допустимой погрешностью измерени  величин, необходимых дл  выполнени  процедуры поддержани  Р путем поис- ка У„ .When choosing a specific value of the parameter, one should be guided by the permissible error of measurement of the values necessary to carry out the procedure for maintaining P by searching for Y ".

На практике, если априорной информации о погрешности определени  приращений iVni нет, то с точки зрени  гарантированной сходимости процедуры поиска целесообразно назначить oi/ 1 ,5 и следует учитывать, что чем ближе о к единице, тем меньше шагов имеет поискова  процедура,In practice, if there is no a priori information about the error in determining the increments of iVni, then from the point of view of guaranteed convergence of the search procedure, it is advisable to assign oi / 1, 5 and it should be taken into account that the closer to one, the fewer steps the search procedure

При этом длительность последовательных интервалов между шагами приближени  Д. t ;, U t ; ., , Л t i +2 возрастает в геометрической прогрес1 .Moreover, the duration of consecutive intervals between the approximation steps of D. t;, U t; .,, Л t i +2 increases in geometric progress1.

сии со знаменателем -.тoi - 1these with a denominator - .toi - 1

4040

.Приведенный на фиг. 1 пример соответствует реализации поисковой процедуры при случа  бурени . Referring to FIG. 1 example corresponds to the implementation of the search procedure in case of drilling

Как видно поиск оптимальной скорости подачи состоит из четырех шагов последоватбльньпс приближений и длитс  около двух минут.As can be seen, the search for the optimal feed rate consists of four steps of successive approximations and lasts about two minutes.

Дл  сравнени  пунктиром (фиг. 1) показан процесс поддержани  нагрузки известным способом, т.а. путем релейного включени  и отключени  максимальной скорости подачи при выхо- 45 де нагрузки за пределы зоны регулировани , при тех же услови х бурени  и такой же заданной точности. Из графика видно, что дл  этого пришлось бы включать механизм подачи примерно каждые 20 с.For comparison, the dotted line (Fig. 1) shows the process of maintaining the load in a known manner, i.e. by switching on and off the maximum feed rate at load output outside the control zone, under the same drilling conditions and the same specified accuracy. From the graph it can be seen that for this, you would have to turn on the feeder approximately every 20 seconds

Устройство реализующее способ автоматического поддержани  заданной нагрузки, содержит (фиг. 2) исполнительный механизм 1, датчик 2 веса, формирователь 3 текущего значени  нагрузки, задатчик 4 нагрузки, блокA device that implements a method of automatically maintaining a predetermined load, contains (Fig. 2) an actuator 1, a weight sensor 2, a driver 3 of the current load value, a load setting device 4, a block

5вычитани , задатчики зоны точного5Checkpoints

6и допустимого 7 изменени  осевой6 and allowable 7 axial change

30 первым входом анализатора 12 нагрузки , выходы задатчнков максимальной 8 и минимальной 9 скорости подачи подключены, соответственно, к первому и ВТО-рому входам ключа 19, выход30 by the first input of the load analyzer 12, the outputs of the setpoints of maximum 8 and minimum 9 feed rates are connected, respectively, to the first and BTO inputs of the key 19, the output

об 1,3 дл  конкретного j. которого соединен с первым входомabout 1.3 for a particular j. which is connected to the first entrance

коммутатора 20, выход генератора 13 соединен с первым входом элемента И 14, выход которого соединен с первым входом счетчика 15, первьй выход последнего соединен с первым входом блока 17 вычислени  скорости подачи, первьм выход которого подключен к управл ющему входу коммутатора 20, второй выход счетчика 15 через элемент НЕ 16 соединен с вторым входом элемента И 14, первый выход блока 17 вычислени  скорости подачи подключен к третьему входу элемента И 14,the switch 20, the output of the generator 13 is connected to the first input of the element 14, the output of which is connected to the first input of the counter 15, the first output of the latter is connected to the first input of the feedrate calculation block 17, the first output of which is connected to the control input of the switch 20, the second output of the counter 15 through the element 16 is connected to the second input of the element 14, the first output of the feedrate calculation block 17 is connected to the third input of the element 14,

5050

Первый выход задатчика 6 зоны точт ного изменени  осевой нагрузки соединен с вторыми входами коммутатора 20 и анализатора 12 нагрузки, второй выход которого подключен к вторым входам счетчика 15 и блока 17 gc лени  скорости подачи, второй выход задатчика 6 зокы точного изменени  осевой нагрузки подключен к третьему входу анализатора 12 нагрузки, третий выход которого через переключательThe first output of the setpoint generator 6 of the zone of the exact change in axial load is connected to the second inputs of the switch 20 and the load analyzer 12, the second output of which is connected to the second inputs of the counter 15 and block 17 gc of the feed rate, the second output of the setpoint generator 6 to the exact change in axial load is connected to the third the input of the analyzer 12 load, the third output of which is through the switch

00

нагрузки, задатчики максимальной 8 и минимальной 9 скорости подачи, датчик 10 глубины скважины, задатчикloads, setpoint maximum 8 and minimum 9 feed rate, the sensor 10 depth of the well, setter

11параметра адаптации, анализатор11 adaptation parameters, analyzer

12нагрузки, генератор 13, элемент К 14, счетчик 15, элемент НЕ 16, блок 17 вычислени  скорости подачи, переключатель 18 режима, ключ 19, коммутатор 20, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 21, цифроаналоговьй преобразователь (ЦАП) 22.12 loads, generator 13, element K 14, counter 15, element 16, block 17, calculation of the feed rate, mode switch 18, key 19, switch 20, analog-to-digital converter (A / D converter) 21, digital-analog converter (D / A converter) 22.

Исполнительный механизм 1 состоит из регул тора 23 подачи и буровойThe actuator 1 consists of a feed controller 23 and a drill

g лебедки 24 и служит дл  перемещени  верхнего конца бурильной колонны 25 с заданной скоростью подачи V (в качестве регул тора 23 может быть использован, например, серийный регул тор подачи долота, включенный в режим поддержани  скорости).g of the winch 24 and serves to move the upper end of the drill string 25 at a predetermined feed rate V (as the adjuster 23 can be used, for example, a serial bit feed controller, which is included in the speed maintenance mode).

В устройстве автоматического поддержани  заданной нагрузки выход . датчика 2 веса через формирователь 3 текущего значени  нагрузки соединен с первым входом блока 5 вычитани , выход задатчика 4 нагрузки соединен с вторым входом блока 5 вычитани , выход которого соединен сIn the device automatically maintain a given load output. The weight sensor 2 is connected to the first input of the subtraction unit 5 via the current load driver 3, the output of the load setpoint 4 is connected to the second input of the subtraction unit 5, the output of which is connected to

0 первым входом анализатора 12 нагрузки , выходы задатчнков максимальной 8 и минимальной 9 скорости подачи подключены, соответственно, к первому и ВТО-рому входам ключа 19, выход0 by the first input of the load analyzer 12, the outputs of the setpoints of maximum 8 and minimum 9 feed rates are connected, respectively, to the first and BTO inputs of the key 19, the output

00

5five

45 45

5050

Первый выход задатчика 6 зоны точт ного изменени  осевой нагрузки соединен с вторыми входами коммутатора 20 и анализатора 12 нагрузки, второй выход которого подключен к вторым входам счетчика 15 и блока 17 gc лени  скорости подачи, второй выход задатчика 6 зокы точного изменени  осевой нагрузки подключен к третьему входу анализатора 12 нагрузки, третий выход которого через переключательThe first output of the setpoint generator 6 of the zone of the exact change in axial load is connected to the second inputs of the switch 20 and the load analyzer 12, the second output of which is connected to the second inputs of the counter 15 and block 17 gc of the feed rate, the second output of the setpoint generator 6 to the exact change in axial load is connected to the third the input of the analyzer 12 load, the third output of which is through the switch

18 режима соединен с третьим входом блока 17 вычислени  скорости подачи, первый вход задатчика 7 допустимой зоны изменени  .осевой нагрузки соединен с четвертым входом анализатора 12 нагрузки, четвертый выход которого соединен с управл ющим входом ключа 19, второй выход задатчика 7 допустимой зоны изменени  осевой нагрузки подключен к п тому входу анализатора 12 нагрузки, п тый выход которого соединен с четвертым входом блока 17 вычислени  скорости подачи. )При этом выход датчика 10 глубины скважины подключен к третьему, а выход задатчика 11 параметра адаптации к четвертому входам коммутатора 20, выход которого через АЦП 21 подключен к п тому входу блока 17 вычислени , скорости подачи, второй выход которого через ЦАП 22 подключен к входу исполнительного механизма 1.18 of the mode is connected to the third input of the feedrate calculation block 17, the first input of the setpoint adjuster 7 of the allowable change zone of the axial load is connected to the fourth input of the load analyzer 12, the fourth output of which is connected to the control input of the key 19, the second output of the setpoint 7 of the allowable change zone of the axial load connected to the fifth input of the load analyzer 12, the fifth output of which is connected to the fourth input of the feed rate calculation block 17. ) At the same time, the output of the well depth sensor 10 is connected to the third, and the output of the setting device 11 of the adaptation parameter to the fourth inputs of the switch 20, the output of which through the A / D converter 21 is connected to the fifth input of the calculating unit 17, the feed rate, the second output of which through the DAC 22 is connected to the input actuator 1.

Датчик 2 веса предназначен дл Weight sensor 2 is designed for

10ten

1515

2020

процедуры поиска оптимальной скоро подачи.procedures for finding the best filing soon.

Генератор 13 служит дл  формиров ни  импульсов, поступающих на счетн вход счетчика 15 через элемент И 1 который предназначен дл  управлени  работой счетчика 15 по командам ан лизатора 12 и элемента НЕ 16. Посл ний служит дл  остановки-счета при переполнении счетчика 15, которьш предназначен дл  определени  времен ных интервалов t;.The generator 13 serves to form the pulses arriving at the counter input of the counter 15 through the element I 1 which is intended to control the operation of the counter 15 by the commands of the analyzer 12 and the element NOT 16. The message serves to stop the counting when the counter 15 overflows, which is intended for determining time intervals t ;.

Анализатор 12 нагрузки.(фиг. З) содержит п ть пороговых элементов 28-32, первый 33 и второй 34 элемен ты ИЛИ, элемент НЕ (инвертор) 35, первый 36 и второй 37 триггеры и од новибратор 38.. Пороговые элементы 28-32 формируют на выходах напр жени  с уровнем логической 1, если аналоговый сигнал на- одном входе пр вьшает сигнал на другом входе.The load analyzer 12. (Fig. 3) contains five threshold elements 28-32, the first 33 and second 34 elements OR, the element NOT (inverter) 35, the first 36 and second 37 triggers, and the new 38. Threshold elements 28- 32 form a voltage at the outputs with a logic level of 1 if the analog signal at one input sends a signal at the other input.

Блок 17 вычислени  скорости подаBlock 17 calculate the speed of the hearth

измерени  нагрузки на крюке 26 (), 25 содержит модуль 39 ввода-выводаload measurement on hook 26 (), 25 contains I / O module 39

равной разности между весом колонны 25 (GJ) и нагрузкой на долото 27 (Р).equal to the difference between the weight of the column 25 (GJ) and the load on the bit 27 (P).

Формирователь текущего значени  нагрузки служит дл  определени  текущего значени  нагрузки Р в соответствии с соотношениемThe current load value generator is used to determine the current load value P in accordance with the ratio

Р GK - , .P GK -,.

Задатчик 4 нагрузки служит дл  формировани  заданного значени  на- црузки РЗ.The load setting device 4 is used to form the target value of the relay load.

Блок 5 вычитани  служит дл  формировани  рассогласовани  по нагрузке ЛР и совместно с задатчиками 6 и 7 ширина точной ( йР) и допустимой ( л. Рдоп ) зон регулировани  управл ет работой анализатора 12 нагрузки. Причем на пр мом и инверсном выходах задатчиков 6 и 7 формируютс  напр жени , пропорциональные соответственно 4 и + йРэ/2.Block 5 subtraction is used to form the error of the load LR and, together with the setting units 6 and 7, the width of the exact (iR) and allowable (l.Rdop) control zones controls the operation of the load analyzer 12. Moreover, on the direct and inverse outputs of the setting units 6 and 7, voltages are formed, proportional to 4 and + eRe / 2, respectively.

Задатчики 8 и 9 служат дл  введени  максимальной / минимальной мии разрешенных скоростей подачи.The dials 8 and 9 serve to enter the maximum / minimum mission of the allowed feed rates.

Датчик 10 глубины скважины служит дл  периодической (примерно один раз за рейс) коррекции информации о текущей глубине скважины L, необходимой дл  уточнени  коэффициента продольной жесткости колонны бурильных труб . 25. Задатчик 11 служит дл  начального введени  и последующей корректировки параметра адаптации об с целью получени  приемлемых характеристикThe well depth sensor 10 serves to periodically (approximately once per trip) correct information about the current well depth L, which is necessary to clarify the longitudinal stiffness coefficient of the drill string. 25. The setting device 11 serves for the initial introduction and subsequent adjustment of the adaptation parameter about to obtain acceptable characteristics.

30thirty

дискретных сигналов и процессорный элемент 40, который служит дл  при ма и передачи информации через моду 39 и вьтолнени  логических и арифме тических операций по вычислению нов скорости подачи в соответствии с за ложенной в него программой (по форм ле 9). В качестве блока 17 может бы использован один из серийно вьтуск мых микропроцессорных контролл.еровdiscrete signals and a processor element 40, which is used to receive and transmit information through mode 39 and to perform logical and arithmetic operations for calculating new feed rates in accordance with the program entered into it (according to Form 9). As block 17, one of the serially available microprocessor controllers could be used.

Коммутатор 20 аналоговых сигнал служит дл  подключени  к АЦП 21 одн го из четырех входных сигналов, при чем номер подключаемого входа опре- дд дел етс  двоичным кодом, поступающи на управл ющий вход коммутатора 20 из блока 17 вычислени  скорости подачи .An analog signal switch 20 serves to connect one of four input signals to the A / D converter 21, and the number of the connected input is determined by a binary code received at the control input of the switch 20 from the feed rate calculation unit 17.

Переключатель 18 служит дл  откл чени  резкима поиска оптимального знThe switch 18 is used to turn off the cutting of the search for the optimal value

3535

4545

чени  скорости подачи.feed rate

Анализатор 12 нагрузки служит дл формировани  п ти двойных управл ющ сигналов и,-и,5 .характеризующих разLoad analyzer 12 is used to form five dual control signals and, -, 5, characterizing the times

50 личные фазы изменени  текущего знач ни  нагрузки в пределах точной и до пустимой зон регулировани . Диаграм ма изменени  логического состо ни  на выходах элементов анализатора в50 personal phases of change of the current value of the load within the limits of the precise and allowable control zones. Chart of change of the logical state at the outputs of the elements of the analyzer in

55 зависимости от нагрузки приведена на фиг. 4. Уровень логической 1 на первом выходе анализатора 12 соо ветствует пребыванию текущего значе ни  нагрузки в пределах зоны точног55 depending on the load is shown in FIG. 4. The level of logic 1 at the first output of the analyzer 12 corresponds to the current value of the load within the zone of exact

5five

00

процедуры поиска оптимальной скорости подачи.procedures for finding the optimal feed rate.

Генератор 13 служит дл  формировани  импульсов, поступающих на счетный вход счетчика 15 через элемент И 14, который предназначен дл  управлени  работой счетчика 15 по командам анализатора 12 и элемента НЕ 16. Последний служит дл  остановки-счета при переполнении счетчика 15, которьш предназначен дл  определени  временных интервалов t;.The generator 13 serves to generate pulses arriving at the counting input of the counter 15 through an AND 14 element, which is designed to control the operation of the counter 15 by the commands of the analyzer 12 and the NOT 16 element. The latter serves to stop counting when the counter 15 overflows, which is intended to determine temporary intervals t ;.

Анализатор 12 нагрузки.(фиг. З) содержит п ть пороговых элементов 28-32, первый 33 и второй 34 элементы ИЛИ, элемент НЕ (инвертор) 35, первый 36 и второй 37 триггеры и од- новибратор 38.. Пороговые элементы 28-32 формируют на выходах напр жени  с уровнем логической 1, если аналоговый сигнал на- одном входе пре- вьшает сигнал на другом входе.The load analyzer 12. (Fig. 3) contains five threshold elements 28-32, the first 33 and second 34 elements OR, the element NOT (inverter) 35, the first 36 and second 37 triggers, and the one-vibration 38. Threshold elements 28- 32 form a voltage at the outputs with a logic level of 1 if the analog signal at one input exceeds the signal at the other input.

Блок 17 вычислени  скорости подаBlock 17 calculate the speed of the hearth

дискретных сигналов и процессорный элемент 40, который служит дл  приема и передачи информации через модуль 39 и вьтолнени  логических и арифметических операций по вычислению новой. скорости подачи в соответствии с заложенной в него программой (по формуле 9). В качестве блока 17 может быть ( использован один из серийно вьтускае-. мых микропроцессорных контролл.еров.discrete signals and a processor element 40, which serves to receive and transmit information through module 39 and to perform logical and arithmetic operations for calculating new information. feed rates in accordance with the program incorporated in it (according to formula 9). As the unit 17 can be (used one of the serially installed microprocessor controllers.

Коммутатор 20 аналоговых сигналов служит дл  подключени  к АЦП 21 одного из четырех входных сигналов, причем номер подключаемого входа опре- дел етс  двоичным кодом, поступающим на управл ющий вход коммутатора 20 из блока 17 вычислени  скорости подачи .The analog signal switch 20 is used to connect one of the four input signals to the A / D converter 21, and the number of the connected input is determined by a binary code arriving at the control input of the switch 20 from the feed rate calculation block 17.

Переключатель 18 служит дл  отключени  резкима поиска оптимального знаThe switch 18 serves to turn off the cutting of the search for optimal

чени  скорости подачи.feed rate

Анализатор 12 нагрузки служит дл  формировани  п ти двойных управл ющих сигналов и,-и,5 .характеризующих раз50 личные фазы изменени  текущего значени  нагрузки в пределах точной и до.- пустимой зон регулировани . Диаграмма изменени  логического состо ни  на выходах элементов анализатора вThe load analyzer 12 serves to generate five double control signals and, -, 5, which characterize the individual phases of the change in the current load value within the limits of the exact and available control zones. The diagram of the change in the logical state at the outputs of the elements of the analyzer in

55 зависимости от нагрузки приведена на фиг. 4. Уровень логической 1 на первом выходе анализатора 12 соответствует пребыванию текущего значе- ни  нагрузки в пределах зоны точного.55 depending on the load is shown in FIG. 4. The level of logic 1 at the first output of the analyzer 12 corresponds to the stay of the current load value within the exact zone.

регулировани  uP , На втором выходе формируютс  кратковременные импульсь в моменты выхода текущего значени  нагрузки из зоны точного регулировани  « На третьем выходе формируетс  управл ющий сигнал, переключающий работу блока 17 вычитани  скорости подачи с режима, релейного управлени  на режим поиска оптимальной скорости подачи Четвертый выход анализатора 12 обеспечивает переключение ключа 19 при выходе текущего значени  нагрузки из допустимой зоны регулировани  U Р:adjustments uP. At the second output, short pulses are generated at the moments of exiting the current load value from the fine control zone. At the third output, a control signal is generated that switches the operation of the feed speed subtraction unit 17 from the relay control to the optimum feed speed search mode Fourth output of the analyzer 12 switches the key 19 when the current load value leaves the permissible control zone U P:

ЭопEop

П тый выход анализатора )2 индицирует знак рассогласовани  йР.Fifth output of the analyzer) 2 indicates the mismatch sign P.

Работа устройства, осуществл ющего предоагаемый способ поддержани  нагрузки, по сн етс  диаграммой (фиг. 5).The operation of the device performing the predictable method of maintaining the load is illustrated by the diagram (Fig. 5).

Пусть в исходный момент нагрузка на долото 27 равна нулю (). Задат- чиком 4 введена уставка по нагрузкеLet the initial load on bit 27 be zero (). Setpoint 4 has entered load setting

а задатчиками 6 и 7 определе-,25 U, 1 , который открывает элементand the setting devices 6 and 7 are defined, 25 U, 1, which opens the element

ны соответственно ширина допустимойwe are correspondingly width

дрд и точной ьР зон регулировани . Переключатель 18 режима работы установлен в положение Поиск, при этом режим работы блока 17 вычисле- ни  скорости подачи определ етс  уровнем логического сигнала Uj ла третьем выходе анализатора 12, В начальный момент в соответствии с диаграммой работы анализатора 12 (фиг.4) на его третьем выходе имеет место сигнал U-j 0.drd and precise control zones. The operation mode switch 18 is set to the Search position, and the operation mode of the feed rate calculator 17 is determined by the logic level Uj of the third output of the analyzer 12, B the initial time in accordance with the diagram of the analyzer 12 (Fig. 4) at its third output is the signal Uj 0.

Процессорный элемент 40 запрограммирован таким образом, что каждый раз 5 когда 1)3 О, На управл юпдай вход нoм гyтaтopa 20 из блока 17 вычислени  скорости подачи подаетс  код5 обеспечивающий подключение к АЦП 21 ютюча 19 и осуществл етс  непосредственна  передача информацииj имеющейс  на входе ключа 19, через А1Д1 21, блок 17 вычислени  и ЦДП 22 на вход регул тора 23 скорости подачи ,The processor element 40 is programmed in such a way that every time 5 when 1) 3 O, a control 5 input to the ADC 21 of the ayutu 19 is supplied to the control unit 20 from the computing unit 17 for calculating the feed rate and the data available at the input of the key 19 is transmitted directly , through A1D1 21, the calculation block 17 and the CCP 22 to the input of the feedrate controller 23,

Состо ние ключа 19 определ етс  значением логического сигнала на четвертом выходе (U) анализатора 2 и при Uf 1 на выход ключа 19 поступает информаци  с задатчика 8 максимальной скорости подачи.The state of the key 19 is determined by the value of the logic signal at the fourth output (U) of the analyzer 2 and, when Uf 1, the output of the key 19 receives information from the setpoint 8 of the maximum feed rate.

Тав: как в начальный момент (ут-1иты ва з что ) на четвертом выходе анализатора 12 имеетс  U 1 то на вход исполнительного механизма 1 по™Tav: as at the initial moment (ut-1, vaz what) at the fourth output of the analyzer 12 there is U 1 then to the input of the actuator 1 according to ™

30thirty

3535

4040

4545

5050

5555

И 14 и пропускает на счетный вход счетчика 15 импульсы времени с ген ратора 13. В момент t нагрузка, продолжа  увеличиватьс , достигает верхней границы зоны точного регул ровани . При этом на первом выходе анализатора 12 формирз етс  логичес кий сигнал U 4 О , запрещающий про хождение импульсов с генераторов 1 через элемент И 14.на .счетный вход счетчика 15g а на его выходе устанавливаетс  код, соответствующий длительности интервала it .,tj,t{ . Одновременно (при ) на втором выходе анализатора 12 формируетс  кратковременный импульс У 1 тельностью (Г , восприн в который п цессор 40 производит последователь считывание информащ- и со счетчика 15 и через АИД 21 и коммутатор 20 задатчиксв 6s Пи датчика 10, а т же анализирует знак рассогласовани А р S индицируемый уровень логическ го сигнала LL на п том выходе анал затора 12, Посл.е чего процессорнъш элемент 40 вьгчис.1 ет новое значени скорости подачи по формулеAnd 14 and transmits the time pulses from the generator 13 to the counting input of the counter 15. At the time t, the load, while continuing to increase, reaches the upper limit of the precise control zone. At the same time, at the first output of the analyzer 12 a logical signal U 4 O is formed, which prohibits the passage of pulses from the generators 1 through the element I. 14. The counting input of the counter 15g and at its output sets the code corresponding to the duration of the interval it., Tj, t {. At the same time (at) a short pulse is generated at the second output of the analyzer 12 with a duration of 1 (T, the processor 40 reads the information from and from the counter 15 and through the AID 21 and the switch 20 of the setting device 6s of the PI sensor 10, and the same analyzes the mismatch sign A p S is the indicated level of the logical signal LL at the fifth output of the analogue jam 12, after which the processor element 40 is turned on. 1 is the new value of the feed rate by the formula

Vn,, -- УП,, к k ,Vn ,, - UE, to k,

и через ЦАП 22 выдает его на вход регул. тора 23;. скорости подачи. Дли те.дьность t выбираетс  достаточно дл  выполнени  процессором 40 пере численных арифметических и логичесand through the DAC 22 gives it to the input regul. torus 23; feed rate. The length t is chosen enough for the processor 40 to perform the listed arithmetic and logical

. О . ABOUT

ступает напр жение, соответствующег максимальному значению скорости подачи V.,. УП „-..., , и лебедка 24 наthe voltage corresponding to the maximum feed rate V.,. UE „-...,, and winch 24 on

10ten

1515

2020

11 маке чинает опускать с этой скоростью 11 poppy starts lowering at this speed

верхний конец колонны бурильных труб 25J в результате чего нагрузка Р на долото 27 интенсивно ,,возрастает.the upper end of the drill pipe string 25J, as a result of which the load P on the bit 27 increases, intensively.

Пусть в момент времени t нагрузка достигает нижней границы допустимой зоны регулировани J при этом на третьем выходе анализатора 12 устанавливаетс  лог -гческий уровень V 1 проанализировав которьй блок 17 вы- , числени  скорости подачи переходит в рейсим определени  аптимальной скорости подачи. При этом процессорный элемент 40 опрашивает тот вход модул  39 ввода-вывода, к которому подключен второй выход анализатора 12, В момент t, нагрузка достигает нижней границы зоны точного регулировани . При этом на первом выходе анализатора 12 устанавливаетс  уровеньSuppose that at time t the load reaches the lower limit of the allowable control zone J, the log output of the analyzer 12 is set to the log level V 1 by analyzing which block 17 you have reached, the feed rate goes to the control of determining the optimal feed rate. At the same time, the processor element 40 polls the input of the I / O module 39 to which the second output of the analyzer 12 is connected. At time t, the load reaches the lower boundary of the precise control zone. At the same time, at the first output of the analyzer 12 a level is set.

00

5five

00

5five

00

5five

И 14 и пропускает на счетный вход счетчика 15 импульсы времени с генератора 13. В момент t нагрузка, продолжа  увеличиватьс , достигает верхней границы зоны точного регулировани . При этом на первом выходе анализатора 12 формирз етс  логический сигнал U 4 О , запрещающий прохождение импульсов с генераторов 13 через элемент И 14.на .счетный вход счетчика 15g а на его выходе устанавливаетс  код, соответствующий длительности интервала it .,tj,t{ . Одновременно (при ) на втором выходе анализатора 12 формируетс  кратковременный импульс У 1 тельностью (Г , восприн в который процессор 40 производит последовательно считывание информащ- и со счетчика - 15 и через АИД 21 и коммутатор 20 с задатчиксв 6s Пи датчика 10, а также анализирует знак рассогласовани  А р S индицируемый уровень логического сигнала LL на п том выходе анализатора 12, Посл.е чего процессорнъш элемент 40 вьгчис.1 ет новое значение скорости подачи по формулеAnd 14 and transmits the time pulses from the generator 13 to the counting input of the counter 15. At the time t, the load, while continuing to increase, reaches the upper boundary of the fine control zone. At the same time, at the first output of the analyzer 12, a logical signal U 4 O is formed, prohibiting the passage of pulses from the generators 13 through the element 14. The counting input of the counter 15g is set and the code corresponding to the interval time it., Tj, t is set at its output. At the same time (at) at the second output of the analyzer 12, a short pulse is generated with 1 time (T, which processor 40 sequentially reads information from and from the counter - 15 and through AID 21 and switch 20 with setpoint sensor 6s of Pi sensor 10, as well as analyzes mismatch sign A p S indicated level of logic signal LL at the fifth output of the analyzer 12, after which the processor element 40 counts.1 the new value of the feed rate by the formula

Vn,, -- УП,, к k ,Vn ,, - UE, to k,

и через ЦАП 22 выдает его на вход регул. тора 23;. скорости подачи. Дли-- те.дьность t выбираетс  достаточной дл  выполнени  процессором 40 перечисленных арифметических и логичесand through the DAC 22 gives it to the input regul. torus 23; feed rate. The long-distance t is chosen sufficient for the processor 40 to perform the listed arithmetic and logical

((

ких операций и с учетом быстродействи  современных процессорных элементов не превышает нескольких миллисекунд . ,Задним фронтом того же импульса (и,;, 1) осуществл ют обнуление счетчика 15 и подготовку его к следующему циклу измерений.taking into account the speed of modern processor elements does not exceed several milliseconds. The falling edge of the same pulse (and,;, 1) zeroes the counter 15 and prepares it for the next measurement cycle.

Исполнительный механизм 1 отрабатывает новое значение скорости пода- чи V У|,„ , в результате чего нагрука начинает уменьшатьс  и практическ в тот же момент t t2 снова входит в зону точного регулировани  (мала  задержка, определ ема  быстродейст- вием привода на диаграмме фиг. 5 не показан а) . При этом счетчик 15 снова начинает заполн тьс  импульсами времени с генератора 13, а в момент t tj, когда нагрузка доходит до. нижней границы зоны точного регулировани , снова формируетс  короткий импульс с. второго выхода анализатора 12 (Ь 2 ) и процессор 40 выставл ет на вход ЦАП 22 новое значение ус- тавки по скорости подачи, котора .с учетом изменившегос  знака рассогласовани  лР, индицируемого уровнем логического О на п том выходе анализатора 12, принимает значение The actuator 1 processes the new feed rate value V Y |, „, as a result of which the load begins to decrease and practically at the same time t t2 again enters the fine control zone (a small delay determined by the speed of the drive in the diagram of FIG. 5 not shown a). In this case, the counter 15 starts to fill up again with time pulses from the generator 13, and at the time t tj, when the load reaches. the lower boundary of the zone of precise control, a short impulse is formed again. The second output of the analyzer 12 (L2) and the processor 40 sets the input of the DAC 22 to a new value for the feed rate, which, taking into account the changed error sign LR, indicated by the logic level O at the fifth output of the analyzer 12, takes the value

/„ У„ +. ,/ut,./ „U„ +. / ut ,.

Пусть после момента времени t очередное значение скорости подачи входит в зону uV, которой соответствует стационарный режим поддержани  заданной нагрузкилР в зоне точного регулировани  й7 . При этом счетчик 15 за некоторое врем  ut,, заполн етс  до максимальной величины (определ емой его разр дностью) и выдает сигнал переполнени , который чррез элемент НЕ 16 обнул ет выход элемента И 14 и запрещает таким образом дальнейшее поступление импульсов с генератора 13 на счетный вход счетчика 5.Let, after time point t, the next value of the feed rate enters the uV zone, which corresponds to the stationary mode of maintaining the specified load in the zone of precise control 7. In this case, the counter 15 for some time ut ,, fills up to a maximum value (determined by its size) and generates an overflow signal, which through the element NOT 16 embraces the output of the element 14 and thus prohibits further receipt of pulses from the generator 13 to the counting counter input 5.

Пусть в результате изменени  свойств разбуриваемой породы (например , повышение твердости) нагрузка Р на долото 27 начала возрастать и к моменту времени t. , отсто щему отLet, as a result of a change in the properties of the rock being drilled (for example, an increase in hardness), the load P on the bit 27 began to increase also by the time t. away from

выхоt , на величину .At &t дит за верхнюю границу зоны точного регулировани . При зтом на втором выходе анализатора 12 сформируетс  короткий импульс (и 2 - 1) и ор 40 вьгчисл ет новое значение скорости подачи, равное 1„ Vn4. oi- k .output, by the value of .At & t, is over the upper limit of the zone of precise control. In this case, a short pulse (and 2-1) is formed at the second output of the analyzer 12 and the op 40 indicates a new value of the feed rate, equal to 1 „Vn4. oi- k.

14121412

хдРт- /At , . Величину ut выбирают так, что соответствующа  ей ступенька изменени  скорости подачи достаточна дл  возврата нагрузки в зону точного регулировани . Если изменение твердости породы продолжаетс , то через врем  utj. нагрузка снова выходит за верхнюю границу зоны точного регулировани , В результате чего скорость подачи снова уменьшаетс , и так до тех пор, пока не установитс  новое оптимальное значение скорости подачи, соответствующее изменившейс  твердости породы (фиг, 5, момент tg).hdRt- / At,. The value of ut is chosen so that the corresponding step of changing the feed rate is sufficient to return the load to the zone of precise control. If the change in rock hardness continues, then through time utj. the load again goes beyond the upper limit of the fine control zone. As a result, the feed rate decreases again, and so on until a new optimum feed rate value is obtained, corresponding to the changed rock hardness (Fig. 5, time tg).

Предположим, что в момент времени t (по какой-либо технологической причине) оператор-бурильщик ввел новое значение уставки по нагрузке РЗ такое, что Р - PJ - PJ 7 тогда на третьем выходе анализатора 12 устанавливаетс  сигнал и 3 О, на четвертом выходе - . U 1 и повтор етс  ситуаци , аналогична  началу процесса, т,е. на выходе регул тора 23 формируетс  напр жение , пропорциональное максимальнойSuppose that at time t (for any technological reason), the driller operator introduced a new setpoint value for the load of the RE, such that P - PJ - PJ 7 then a third O signal is set at the third output of the analyzer 12, at the fourth output . U 1 and the situation is repeated, similar to the beginning of the process, i, e. At the output of the regulator 23, a voltage is formed proportional to the maximum

скорости подачи V,feed speed V,

максMax

. Нагрузка. Load

начинает интенсивно возрастать и в моменты tg и t последовательно пересекает нижние границы допустимой и точной зон регулировани , сформированных анализатором 12 около новогоbegins to increase rapidly and at moments tg and t successively crosses the lower bounds of the permissible and accurate control zones formed by the analyzer 12 near the new

IfIf

заданного значени  нагрузки Р . Далее в течение нескольких промежутков времени (фиг, 5, момент t , ) повтор етс  процесс поиска нового оптимального значени  скорости подачи. Пусть в момент t,j произошло обратное изменение уставки по нагрузке, такое что PJ - Р, . Тогда на третьем анализаторе 12 снова формируетс  сигналsetpoint load P. Then, over several periods of time (Fig. 5, time t,), the process of searching for a new optimal feed rate value is repeated. Let at the moment t, j the reverse change of the load setting occurred, such that PJ - P,. Then on the third analyzer 12, a signal is again generated

Uj О, а на его четвертом выходе - сигнал 1)4 О, в результате чего блок 17 вычислени  скорости подачи воспринимает информацию задатчика 9 минимальной скорости подачи и выставл ет через ЦАП 22 на вход регул тора 23 напр жение, пропорциональное ве- личине , . Дл  пассивных регул торов (таких, которые не имеют режима реверса) значение VV, беретс  равным О (этот случай изображен на фиг. 5), при этом подача останавливаетс  и нагрузка начинает убывать до момента t, , когда она снова входит в зону точного регулировани . Если регул тор 23 подачи имеет возможность перемещать колонну 25 не только вниз 9 но и вверхэ то промежуток ut,,A может быть уменьшен за счет выбора ,, О, т.е. уменьшение нагрузки при выходе ее з.а верхнюю границу допустимой зоны регулировани  осуществл ют путем подъема верхнего конца колонны 25 и: таким образом уменьшают врем  переходного процессаUj O, and at its fourth output a signal 1) 4 O, as a result of which the feed rate calculation unit 17 senses the information of the setpoint adjuster 9 of the minimum flow rate and sets a voltage proportional to the voltage, through the DAC 22, to the input of the regulator 23. For passive controllers (such as those that do not have a reverse mode), the value VV is taken equal to O (this case is shown in Fig. 5), the supply stops and the load begins to decrease until time t, when it enters the fine control zone . If the feed controller 23 has the ability to move the column 25 not only downwards 9 but also upwards, then the interval ut ,, A can be reduced by choosing, О, i.e. the reduction of the load at the exit of its z. and the upper limit of the allowable adjustment zone is carried out by raising the upper end of the column 25 and: thus reducing the time of the transition process

Анализатор 12 работает следующим образом.The analyzer 12 operates as follows.

Пороговые элементы ПЭ 1-ПЭ5 {позиции 28-32, фиг.° З) включены таким образом, что при , /2 на Iвыходах ПЭ1, ПЭЗ и ПЭ5 имеет место логическа  I, а на выходах ПЭ2 и ПЭ4 - логический О.The threshold elements of PE 1-PE5 {position 28-32, fig. ° C) are included so that when / 2 on I output PE1, PES and PE5, logical I occurs, and at outputs PE2 and PE4, logical O.

Триггеры 36 и 37  вл ютс  стандартными потенциальными RS-триггерами , на выходах которых формируютс  сигналы в соответствии с таблицей истинности.Triggers 36 and 37 are standard potential RS triggers, at the outputs of which signals are generated in accordance with the truth table.

Одновибратор 38 выдает положительный импульс длительностью Т при переходе его входного сигнала из состо ни  О в состо ние I.A single vibrator 38 produces a positive pulse of duration T when its input signal is transferred from state O to state I.

Элементы ИЛИ 33 и 34 и НЕ 35 выполн ют свои функции в соответствии со сйоими стандартными определени миThe elements OR 33 and 34 and HE 35 perform their functions in accordance with their standard definitions.

На дааграммах (фиг, 4) приведено состо ние выходов всех элементов анализатора 12 и при увеличении и уменьшении нагрузки. fljiH элементов, точки переключени  которых завис т от направлени  нагрузки (триггеры, одно- вибратор) 5 дано по две диаграммы соответственно дл  увеличени  и уменьшени  нагрузки. Дл  нагл дности на диагра 1мах работы триггеров дополнительно указаны значени  лог гческих переменных на их входах.The daagrams (Fig 4) show the state of the outputs of all elements of the analyzer 12 and with increasing and decreasing load. The fljiH elements whose switch points depend on the direction of the load (triggers, single vibrator) 5 are given two diagrams, respectively, for increasing and decreasing the load. For clarity, the diagrams of trigger operations additionally indicate the values of logical variables at their inputs.

Приведенные диаграммы дают однозначную характеристику состо ни  всех- выходов анализатора 12.These diagrams give an unambiguous characteristic of the state of all outputs of the analyzer 12.

В начале рейса, или после наращивани , когда инструмент ставитс  на забой и начинаетс  нагружение долота скорость подачи V, больше механической скорости V (перемещени  нижнего конца колоньш), нагрузка Р растет, наход сь в зоне P P -ciPg /2. При этом на выходе первого порогового элемента 28 имеетс  логическа  I, а на выходе второго порогового элемента 29 - логический О, эти сигналы , поступа  на входы первого элемента ИЛИ 33 вызывают по вление на его выходе логической 1, котора , поAt the beginning of the voyage, or after the build-up, when the tool is put on the face and the bit loading begins, the feed rate V is greater than the mechanical speed V (moving the lower end of the collar), the load P increases, being in the zone P P -ciPg / 2. In this case, the output of the first threshold element 28 is logical I, and the output of the second threshold element 29 is logical O, these signals arriving at the inputs of the first element OR 33 cause the appearance of logical 1 at its output, which

5five

на вход элемента НЕ 35, выл;-.;- вает на его выходе по вление логического О,  вл ющегос  сигналом U на первом выходе анализатора 12. : at the input of the element HE 35, -;; - the output of the logical O, which is the signal U at the first output of the analyzer 12, appears at its output:

Логическа  1 с выхода первого элемента ИЛИ 33 на входе одновибра- тора 38 не мен ет состо ни  одновиб- ратора и на его выходе,сохран етс  логический О (второй выход Ug анализатора 12).Logical 1 from the output of the first element OR 33 at the input of the one-oscillator 38 does not change the state of the one-oscillator and at its output, logical O is saved (the second output Ug of the analyzer 12).

На выходе трет ьего порогового элемента 30 имеет место логическа  1, а на выходе четвертого порогового элемента 31 - логический О. Эти сигналы, поступа  на вход второго элемента ИЛИ 34, вызывают по вление у него на выходе логической 1. Таким образом, на первый вход первого триггера 36 с выхода элемента 35 поступает О, а на второй - с выхода второго элемента ИЛИ 34 1, вызыва  на вьгкоде первого триггера 36 по вление логического О, т.е. на 5 третьем выходе анализатора 12 УЗ 0.The output of the third threshold element 30 is logical 1, and the output of the fourth threshold element 31 is logical O. These signals, entering the input of the second element OR 34, cause it to appear at the output of logical 1. Thus, at the first input the first trigger 36 from the output of element 35 enters O, and the second from the output of the second element OR 34 1, causing the appearance of the logical O in the first decoder 36, i.e. 5 third output of the analyzer 12 UZ 0.

Сигналы с выходов третьего 30 и четвертого 31 пороговых элементов, поступа  также на соответствующие входы второго триггера 37, вызывают на его выходе по влени  логической 1,  вл ющейс  сигналом на четвертом выходе анализатора 12 U 1 .The signals from the outputs of the third 30 and fourth 31 threshold elements, also entering the corresponding inputs of the second trigger 37, cause the appearance of logical 1 at its output, which is the signal at the fourth output of the analyzer 12 U 1.

Выходной сигнал п того порогово.гс элемента 32 - логическа  1  вл ет-- с  сигналом на п том выходе анализатора 12 и J 1 .The output signal of the fifth threshold gs element 32 - logical 1 is-- with a signal at the fifth output of the analyzer 12 and J 1.

При выходе нагрузки Р в зону Р - -сРд - сигналыWhen the output of the load P in the zone P - -SD - signals

00

00

5five

00

5five

OO

Эол на выходах пороговых элементов 28 иEola at the outputs of the threshold elements 28 and

29 не мен ют, соответственно, на первом и втором выходах анализатора 12 остаютс  сигналы U, О и Uj 0.29 do not change, respectively, the signals U, O and Uj 0 remain at the first and second outputs of the analyzer 12.

Нэ выходе третьего порогового элемента 30 логическа  1 смен етс  логическим нулем, на выходе четвертого порогового элемента 31 сохран етс  логический О, в результате на выходе второго элемента ИЛИ 34 по вл етс  О и на входы первого триггера 36 поступают нули, таким образом , первый триггер 36 сохран ет прежнее состо ние и третий выход анализатора 12 сохран ет сигнал Uj 0. Два входных нулевых сигнала, поступающие с выходов элементов 30 и 31 на второй три тер 37, привод т к сохранению егоNe the output of the third threshold element 30 of logical 1 is replaced by a logical zero, a logical O is saved at the output of the fourth threshold element 31, as a result, O appears at the output of the second element OR 34 and the inputs of the first trigger 36 receive zeros, thus the first trigger 36 saves the previous state and the third output of the analyzer 12 saves the signal Uj 0. Two input zero signals, coming from the outputs of elements 30 and 31 to the second three terres 37, cause it to remain

прежнего состо ни  и с его выхода.на I.Ifrom the previous state and from his exit. on I.I.

четвертый выход анализатора 12 продо ,пжает поступать сигнал 0 1. П тыйThe fourth output of the analyzer is 12, the signal 0 1 is received. The fifth

15131513

пороговый элемент 32 остаетс  в прежнем состо нии, передава  на п тый выход анализатора U 1.threshold element 32 remains in its previous state, transmitting analyzer U 1 to the fifth output.

Таким образом, выходные сигналы анализатора 2 остаютс  неизмененными и работа устройства также не мен етс  на данном и предыдущем интервалах , т.е. в соответствии с описаниемThus, the output signals of analyzer 2 remain unchanged and the operation of the device also does not change at this and previous intervals, i.e. as described

При переходе в следующую зону PJ Р. + дРт-/2 сигналы на-выхода сигнализатора 12 U, , Uj, U о, и U неWhen moving to the next zone, PJP. + DRt- / 2 signals to the output of the detector 12 U,, Uj, U о, and U are not

работы устройства элемент И 14 заперт ю мен ютс , остава сь соответственноthe operation of the device and element 14 are locked, remaining respectively

и не пропускает на счетчик 15 импульсы генератора 13, ключ 19, управл емый выходным сигналом U 1 анализатора 12, подключен к зад атчику 8, выдающему сигнал максимальной 15 скорости подачи, блок 17 вычислени  - скорсс-ги подачи, получив с анализатора 12 сигнал и 0, выдает код, обеспечивающий подключение к А1Д1 21 ключа 19, и осуществл ет непосред-. 20 ственно передачу сигнала U,,,;,. с ключа 19 через АЦП 21 и ЦАП 22 на вход регул тора 23 скорости подачи. При этом ЦАП 22 помнит сигнал иддо, до его изменени . Подача инструмента 25 идет с максимальной дл  регул тора скоростью.and does not transmit to the counter 15 generator pulses 13, a switch 19 controlled by the output signal U 1 of the analyzer 12, is connected to the backside of the transmitter 8, which outputs the signal of the maximum 15 feed speed, the calculating block 17, the feed scopes, receiving a signal from the analyzer 12 and 0, issues a code providing connection to A1D1 21 of key 19, and implements directly. 20 the transmission of the signal U ,,,;,. from key 19 via ADC 21 and DAC 22 to the input of feed rate controller 23. At the same time, the DAC 22 remembers the signal from the IDO, before its change. The tool feed 25 comes with the maximum speed for the regulator.

При переходе нагрузки из зоны Р, -йРэоп /2 7 7 йРт-/2 в зону Р, - йРт/2 Р , сигнал на выходе зо порогового элемента 28 мен етс  с 1 на О, в результате на выходе первого элемента ИЛИ 33 по вл етс  О, который вызывает по вление на выходе элемента НЕ 35 логической 1, т.е. на первом выходе анализатора 12 вместо О по вл етс  U, 1. Это приводит к тому, что на первом входе триггера 36 по вл етс  1, а на втором остаетс  О с выхода второго элемента ИЛИ 34, так как выходы пороговых элементов 30 и 31 не мен ютс . В результате на выходе первого триггера 36, а, следовательно, на третьем выходе анализатора 12 по вл етс  и. 1. Четвертьм и п тый выходы анализатора 12 не мен ютс ; U4 1 Uj- 1 When a load is transferred from zone P, -Reop / 2 7 7 rRt- / 2 to zone P, - rR / 2 P, the signal at the output of the threshold element 28 changes from 1 to O, as a result, at the output of the first element OR 33 is O, which causes the appearance at the output of the element NOT 35 the logical 1, i.e. at the first output of the analyzer 12, instead of O, U appears. 1. This causes 1 to appear at the first input of the trigger 36, and O remains at the second output of the second element OR 34, since the outputs of the threshold elements 30 and 31 do not change. As a result, and at the output of the first trigger 36, and, therefore, at the third output of the analyzer 12, and appears. 1. The fourth and fifth outputs of the analyzer 12 do not change; U4 1 Uj- 1

В результате поступлени  на блок 17 сигнала Uj 1 он пере- одит в режим определени  оптимальной скорости подачи и процессорный элемент 40 начинает опрашивать вход модул  39, к которому подключен второй выход анализатора , в то же врен  все его остальные св зи не мен ютс  и сигнал U4,g(;c продолжает поступать на вход регул тора подачи.As a result of the arrival of the signal Uj 1 to the block 17, it will switch to the mode of determining the optimal feed rate and the processor element 40 will begin polling the input of the module 39 to which the second analyzer output is connected, at the same time all its other connections do not change and the signal U4, g (; c continues to flow to the input of the feed regulator.

Сигнал 1 с первого выхода анализатора 12 отпирает элемент И 14The signal 1 from the first output of the analyzer 12 unlocks the element And 14

4040

4545

5050

5555

.,г ., g

и на вход счетчика 15 начинают поступать импульсы с генератора 13. Идет отсчет времени изменени  нагрузки от нижней к верхней границе зоны точного регулировани .and at the input of the counter 15, pulses from the generator 13 begin to arrive. The time of change in the load from the lower to the upper boundary of the fine control zone is counting.

При переходе в следующую зону PJ Р. + дРт-/2 сигналы на-выходах сигнализатора 12 U, , Uj, U о, и U неWhen moving to the next zone, PJP. + DRT- / 2 signals at the outputs of the 12 U,, Uj, U o, and U signaling devices do not

мен ютс , остава сь соответственноvary, remaining respectively

1, О, Ч, 1, мен етс  сигнал с выхода п того порогового элемента 32, т.е. Lly 0. Регул тор подачи продолжает обеспечивать U г, ,. - , При переходе через границу зоны Р, + на выходе второго порогового элемента 29 по вл етс  1, на выходе первого порогового элемента 28 остаетс  О. В результате поступлени  этих сигналов на вход1з1 первого элемента ИЛ-1 33 на его выходе по вл етс  1, котора  вызывает по вление на выходе элемента НЕ 35 сигнала О соответственно на выходе анализатора 12 и, 0. Смена выходного сигнала с первого элемента ИЛИ 33 с О на 1 вызывает ту же смену на входе одновибратора 38 и выдает на второй выход анализатора 12 кратковременный едини шьш импульс Г . Сигналы 12 и , и, и и на выходах анализатора не измен ютс , остава сь соответственно 1,1, O, F, 1, the signal from the output of the nth threshold element 32 varies, i.e. Lly 0. The feed regulator continues to provide U g,,. - When crossing the boundary of zone P, + 1 appears at the output of the second threshold element 29, O remains at the output of the first threshold element 28. As a result of these signals entering the first element of the IL-1 33 at its output 1 which causes the output of the element NOT 35 of the signal O, respectively, at the output of the analyzer 12 and, 0. Changing the output signal from the first element OR 33 from O to 1 causes the same shift at the input of the one-shot 38 and outputs a short-term unit to the second output of the analyzer 12 shush impulse g. The signals 12 and, and, and and at the outputs of the analyzer do not change, remaining respectively 1,

ЧH

О.ABOUT.

Сигнал и, 0 на выходе анализато- ра 12, поступа  на вход элемента И 14, блокирует поступление импульсов с генератора 13 на счетчик 15 и на его выходе устанавливаетс  код, соответствующий времени изменени  нагрузки на -величину ЛР.The signal and, 0 at the output of analyzer 12, entering the input of element I 14, blocks the flow of pulses from the generator 13 to the counter 15 and at its output sets a code corresponding to the time of load change by the value of LR.

Так как блок I7 вычислени  скорости подачи управл емым сигналом Uj 1 находитс  в режиме определени  оптимальной скорости подачи, процессор 40, восприн в импульс Г через .модуль 39 ввода-вывода, поочередно включает через комментатор 20 к АЦП 21 выходы элементов 6, 10 и 11, считывает показани  со счетчика 15 и с учетом сигнала U- 0 на выходе андли- затора 12 вычисл ет новое значение скорости подачи: ., и через ЦАП 22 передает его на вход регул тора 23 подачи. Задним фронтом импульса С обнул етс  счетчик 15 и подготавливаетс  к счету.Since the feed rate calculating unit I7 by the controlled signal Uj 1 is in the optimal feed rate determination mode, the processor 40, taken into a pulse G through the I / O module 39, alternately switches the outputs 6, 10 and 11 through the commentator 20 to the ADC 21 , reads the readings from counter 15 and taking into account the signal U-0 at the output of the indicator 12, calculates the new value of the feed rate:., and via the DAC 22 transmits it to the input of the feed regulator 23. At the back of pulse C, the counter 15 is zeroed and prepared for counting.

Исполнительный механизм 1 отрабатывает новое, уменьшенное значение скорости подачи, в результате чегоActuator 1 fulfills a new, reduced feed rate, resulting in

17 17

нагрузка Р возвращаетс  сразу же в зону Р Р + . Проход при увеличении нагрузки через зону Р, -fload P returns immediately to zone P P +. Passage with increasing load through zone P, -f

1one

+ uP /2-iP Р+ uP / 2-iP P

3 - ДРдог,3 - DRDOG

/2 не происходит ./ 2 does not occur.

При входе с уменьшением нагрузки Р в зону PJ с.Р + йРт-/2 на выходах пороговых элементов 28 и 29 устанавливаютс  логические нули, на выходе первого элемента ИЛИ 33 по вл етс  О, что приводит к по влению 1 на выходе элемента НЕ 35, т.е. 1. На выходе одновибратора 38, соответственно на втором выходе анализатора 12 присутствует .When entering with a decrease in load P, PJ s.P + iRt- / 2 at the outputs of threshold elements 28 and 29 are set to logical zeros, O appears at the output of the first element OR 33, which results in appearance 1 at the output of the element HE 35 i.e. 1. The output of the one-shot 38, respectively, at the second output of the analyzer 12 is present.

Так как на выходах пороговых элементов 30 и 31 сохран етс  О, на выходе второго элемента ИЛИ 34 также сохран етс  О, поступающий на вто- рой вход первого триггера 36, на первый вход которого с выхода элемента НЕ 35 поступает 1. В результате, . на выходе первого триггера 36 сохран етс  1 и УЗ 1. Сигналы уровн , соответствующего логическим нул м, поступают с выходов пороговых элементов 30 и 31 также на входы второго триггера 37 и триггер остаетс  в предыдущем состо нии, сохран   на выход сигнал 1, т.е..и,4 1 Сигнал с выхода п того порогового элемента 32 остаетс  О, т.е. Uj- 0. Таким образом , Ut 1 , и г 0, и J 1, и 1,Since O is stored at the outputs of threshold elements 30 and 31, O is also outputted at the output of the second element OR 34, which is fed to the second input of the first trigger 36, to the first input of which NOT 35 comes from the output of the element 35. As a result,. at the output of the first trigger 36, 1 and US1 are saved. The level signals corresponding to logical zeroes are received from the outputs of the threshold elements 30 and 31 also to the inputs of the second trigger 37 and the trigger remains in the previous state, and the 1, m signal is output. e..i, 4 1 The signal from the output of the nth threshold element 32 remains 0, i.e. Uj - 0. Thus, Ut 1, and r 0, and J 1, and 1,

°- .  ° -.

Выходной сигнал U 1 с первого выхода сигнализатора 12 отпирает элемент И 14 и на счетчик 15 вновь начинают поступать импульсы с генератора 13.The output signal U 1 from the first output of the detector 12 unlocks the element And 14 and the counter 15 again begin to receive pulses from the generator 13.

При переходе нагрузки через Р, сигнапы Uj, lUj Ll , на выходах анализатора 12 остаютс  без изменений , только Uf мен етс  с О на When the load passes through P, the signals Uj, lUj Ll, at the outputs of the analyzer 12 remain unchanged, only Uf changes from 0 to

При выходе на нижнюю границу зоны точного регулировани  Pj - i P-r/2 на выходе nepBoi o порогового элемента 28 по вл етс  1, на выходе второго по рогового элемента 29 остаетс  О. Эти сигналы, поступа  на входы пер- вого элемента ИЛИ 33, вызывают на ег выходе .сигнал I, в результате чего на выходе элемента НЕ 35 по вл етс  О, т.е. и, 0. Сигнал 1, поступа  с выхода первого элемента ИЛИ 33 на вход одновибратора 38, вызывает на его выходе импульс L , т.е. На выходе пороговых элементов 30 и 31 имеютс  сигналы О, таким обраи ,When entering the lower boundary of the fine control zone, Pj - i Pr / 2 at the output of nepBoi o threshold element 28 appears 1, at the output of the second corner element 29 remains O. These signals, at the inputs of the first element OR 33, cause signal I at the output of it, as a result of which, at the output of the element HE 35, O appears, i.e. and, 0. Signal 1, coming from the output of the first element OR 33 to the input of the one-shot 38, causes a pulse L at its output, i.e. At the output of the threshold elements 30 and 31, there are signals O, so that

13613 413613 4

1818

soMj на выходе второго элемента ИЛИ 34 сигнал тоже О, который поступае на второй вход первого триггера 36. На первый вход первого триггера 36 поступает сигнал О с выхода элемента НЕ 35, поэтому первый триггер 36 сохран ет предыдущее состо ние и выходной его сигнал и, следовательно, сигнал на третьем выходе анализатораsoMj at the output of the second element OR 34, the signal is also O, which is supplied to the second input of the first trigger 36. The first input of the first trigger 36 receives the signal O from the output of the HE element 35, therefore the first trigger 36 retains the previous state and its output signal and, therefore, the signal at the third output of the analyzer

12и 0, Выходные сигналы пороговых элементов 30 и 3I поступают соответственно на входы второго триггера 37 в результате чего он также сохран ет предыдущее состо ние и сигнал на чет вертом выходе анализатора 12 Щ 1. Выходной сигнал Uj- - п того порогового элемента 32.12 and 0, the output signals of the threshold elements 30 and 3I are fed to the inputs of the second trigger 37, respectively, as a result of which it also saves the previous state and the signal on the fourth output of the analyzer 12 u 1. The output signal Uj is the fifth threshold element 32.

Таким образом, сигналы на выходы анализатора 12 U, 0, U Т , U, 1 , 1)4. 1, Uj - Сигнал и, 0, поступа  на вход элемента И 14, прекращает поступление импульсов от генератораThus, the signals at the analyzer outputs are 12 U, 0, U T, U, 1, 1) 4. 1, Uj - Signal and, 0, entering the input element And 14, stops the flow of pulses from the generator

13на вход счетчика 15 и на выходе счетчика по вл етс  код, соответствующий времени At,. Блок 17 находитс  в режиме определени  оптимальной скорости подачи, так как U, 1. Процессорный элемент 40 принимает импульс С , по которому он передает команду коммутатору 20 на поочередную передачу через АЦП 21 сигналов13, the input of the counter 15 and the code corresponding to the time At, appears at the output of the counter. Block 17 is in the mode of determining the optimal feed rate, since U, 1. The processor element 40 receives a pulse C, via which it transmits a command to the switch 20 to alternately transmit signals through the A / D converter 21

с выходов элементов 6, 10 и 11, получив эти данные, считав с выхода счетчика величину At, элемент 40 вычисл ет новую скорость подачи Vni Vnz -i- cikuP /Z (так как U. 1, то знак +) и передает ее через модуль 39 и ДАЛ 22 на вход регул тора подачи, подача увеличиваетс  и нагрузка Р начинает расти, возвраща сь в зону точного регулировани . Далее процесс идет, как это описано.from the outputs of elements 6, 10 and 11, after receiving these data, reading the value of At from the counter output, element 40 calculates the new feed rate Vni Vnz-ikikuP / Z (since U. 1, then the + sign) and passes it through module 39 and DAL 22 to the input of the feed regulator, the feed increases and the load P starts to increase, returning to the fine control zone. Then the process goes as described.

Таким образом, при нормальном регулировании скорости подачи, движение нагрузки Р через зону Р, +Thus, with normal regulation of the feed rate, the movement of the load P through zone P, +

-1- ,2 -Р с Р, + при увеличении нагрузки и обратно при ее уменьшении не происходит, как н движение при уменьше1-ши нагрузки через зону-1-, 2 -Р with Р, + with increasing load and back with decreasing it does not occur, as n movement with decreasing 1-load load through the zone

РЗ РЗ

Р Р, - .P P, -.

1акие движени  возможны при изменении заданной вепичи1-гы Harpyi:: Рассмотрим эти случаи.Such movements are possible when changing a given Harpyi i еп 1 1-ge :: Consider these cases.

РЗРЗ

Пусть процесс идет при V,; V |,йерхний конец бурильной колонны перемещаетс  быстрее нижнегчLet the process go with V ,; V |, the top end of the drill string moves faster than the lower

нагрузка растет и находитс  в зоне Р v Р - + йР./2. Сигналы на выходах ана19136the load grows and is in the zone P v P - + iP. / 2. Signals at the outputs ana19136

лизатора 12 U 1, U 0, U, 1, U 1, Uj 0. В это врем  бурильщик по технологическим соображени м устанавливает заданное значение нагрузки Р5,так, что Р скачком оказалосьlysator 12 U 1, U 0, U, 1, U 1, Uj 0. At this time, the driller, due to technological considerations, sets the specified load value P5, so that P abruptly turns

в зоне Р + -- ;in zone P + -;

ЭопEop

/2,/ 2,

В этом случае на выходе первого порогового элемента 28 остаетс  О, на выходе второго порогового элемента 29 по вл етс  I, на выходе первого элемента ИЛИ 33 по вл етс  I, котора  вызывает О на выходе элемента НЕ 35 и и,, 0. С выхода первого элемента ИЛИ 33 на вход одновибратора 38 поступает 1, а так как раньше бьш 0 то одновибратор выдает на второй выход анализатора 2 импульсIn this case, O remains at the output of the first threshold element 28, I appears at the output of the second threshold element 29, I appears at the output of the first element OR 33, which causes O at the output of the HE element 35 and and, 0. From the output of the first element OR 33, 1 is fed to the input of the one-shot 38, and since it was previously 0, the one-shot gives a pulse to the second output of the analyzer

Ч, и, 0.H, and, 0.

На выходах пороговых элементов 30 и 31 сохран тс  нули, которые, поступив на входы второго элемента ИЛИ 34, привод т к по влению на его выходе О, Таким образом, на входах первого триггера 36 сигналы нулевые и триггер сохран ет прежнее состо ние , и 1. Также сохран ет прежнее состо ние второй триггер 37, на выходе и 4 1 Выход порогового элемента 32 остаетс  Uj. 0, т.е. при движе- НИИ с увеличением нагрузки через зону Р, + +йР9оч/2 набор сигналов на выходах анализатора и,, и,; Г, затем О, U, 1, U4 1,The outputs of the threshold elements 30 and 31 are stored with zeros, which, having entered the inputs of the second element OR 34, result in O output. Thus, the signals at the inputs of the first trigger 36 are zero and the trigger retains the previous state, and 1. The second trigger 37 also maintains the previous state; the output and the 4 1 Output of the threshold element 32 remain Uj. 0, i.e. when moving with a load increase through the zone Р, + + РРЧ / 2 a set of signals at the outputs of the analyzer and ,, и ,; G, then O, U, 1, U4 1,

и. 0.and. 0

При таком наборе сигнало, как описывалось , происходит остановка счетчика 15, подключение коммутатора к выходам элементов 6, 10 и 11, вычисление новой скорости подачи Vf,;, Vf,, / k-йРт / u ti и отработка ее регул тором подачи. При этом изменение нагрузки идет в обратную сторону при скорости подачи Vr,;, , сигналы на выходах анализатора 12 U, 0, и 0, U 1, и,, 1, и 5- 0. Счетчик 15 обнулен, импульсы генератора 13 на счетчик не поступают, так как Ufl 0 до входа в зону йР,, когда и, 0 смен етс  на U 1.With this set of signals, as described, the counter 15 stops, the switch connects to the outputs of elements 6, 10 and 11, calculates the new feed rate Vf,;, Vf ,, / k-йРт / u ti and tests its feed regulator. In this case, the load change goes in the opposite direction at the feed rate Vr,;,, the signals at the analyzer outputs 12 U, 0, and 0, U 1, and ,, 1, and 5-0. Counter 15 is reset, generator 13 pulses to the counter do not arrive, since Ufl 0 before entering the zone rp, when and, 0 changes to U 1.

Если описанное изменение Р такое что Р скачком оказываетс  не в зоне Р; + йРг/2 Р-Р; + лР.а,„ /2, а в зоне Р PS + esP.j./2; то картина несколько измен етс . В этом случае состо ние пороговых элементов РШИ 28, 29 и 33, НЕ 355 одновибратора 37 такое , как рассмотрено, т.е. U, 0,If the described change in P is such that P does not abruptly appear in P zone; + jRg / 2 Pp; + lR.a, „/ 2, and in zone P PS + esP.j./2; then the picture changes somewhat. In this case, the state of the threshold elements RSH 28, 29 and 33, HE 355 of the one-shot 37 is as discussed, i.e. U, 0,

О, Сигнал на выходеOh, output signal

ь s

затемthen

4four

/О/ABOUT

--

5 five

порогового элемента 30 остаетс  О, а на выходе четвертого порогового элемента 31 становитс  1, на выходе второго I-ITIH 34 по вл етс  1, таким образом, на первый вход первого триггера 36 поступает О, аthe threshold element 30 remains O, and at the output of the fourth threshold element 31 becomes 1, the output of the second I-ITIH 34 appears 1, thus, the first input of the first flip-flop 36 receives O, and

и на его выходе по вл на второй 1,and at its output by the ow to the second 1,

етс  т.е. U, 0. Входные сигналыi.e. U, 0. Input signals

5 five

If) второго триггера 37 тоже .ОIf) second trigger 37 too. About

л ( l (

иand

5 five

0 5 0 0 5 0

5five

00

5five

00

5five

на его выходе также по вл етс  логический О, т.е. U4 0. Сигнал на выходе п того порогового элемента 32 остаетс  О, т.е. набор сигналов на выходах анализатора 12 становитс  и 0, и Г, затем О, U, 0, 1) 0, и5- 0. Это приведет к следующему срабатыванию остальных элементов устройства.a logical O, i.e. U4 0. The signal at the output of the nth threshold element 32 remains 0, i.e. the set of signals at the outputs of the analyzer 12 becomes both 0 and G, then O, U, 0, 1) 0, and 5-0. This will cause the next operation of the remaining elements of the device.

Под вли нием U j 0 прекращаетс  поступление импульсов от генератора 13 ни счетчик 15, затем.счетчик обнулен задним фронтом импульса Т . Под вли нием и J 0 на управл ющий вход комму татора 20 будет подан код, обеспечивающий подключение к А1Ц1 21 ключа 19, который под вли нием U 0 замкнут на элемент 9 и на вход регул тора 23 подачи через АЦП 21, модуль 39 и ПАП 22 поступает сигнал и,„„ц (дл  пассивного регул тора это U 0), подача остановлена и начинаетс  движение нагрузки в зону Р + Under the influence of U j 0, the supply of pulses from the generator 13 to the counter 15 stops, then the counter is zeroed at the trailing edge of the pulse T. Under the influence of and J 0, a code will be supplied to the control input of the switch 20, providing connection to A11 21 of key 19, which, under the influence of U 0, is closed to element 9 and to the input of supply regulator 23 via ADC 21, module 39 and PAP 22 a signal is received and, „„ c (for a passive controller it is U 0), the supply is stopped and the load starts to move to the zone P +

Р-Р, /2.RR, / 2.

При переходе через верхнюю границу этой зоны сигналы на выходах анализатора 12 и, 0, 11 0, выгодной сигнал пороговых элементов 30 - О, 31 - 1, на выходе ИЛИ 34 имеетс  1, т.е. на входах первого триггера 36 есть О, 1, следовательно, и 0, то же на входах второго триггера 37 и U4 0, ) 0. Далее дв1ске- ние идет с выходными сигналами согласно диаграмм (фиг.4) при обратном ходе.When passing through the upper boundary of this zone, the signals at the outputs of the analyzer 12 and, 0, 11 0, the favorable signal of the threshold elements 30 - O, 31 - 1, at the output of OR 34 there is 1, i.e. At the inputs of the first trigger 36 there is O, 1, hence, 0, the same at the inputs of the second trigger 37 and U4 0,) 0. Then the move goes to the output signals according to the diagrams (figure 4) during the reverse run.

Случай движени  при уменьшении нагрузки через зону Р - ДРд Р i Р - возникает также при изменении заданной нагрузки на долото .The case of movement with a decrease in the load through the zone P - DRD P i P - also occurs when the specified load on the bit changes.

Пусть движен ие идет при V,; V, нагрузка Р на долото уменьшаетс , наход сь в зоне Р - Р PJ. В этот момент бурильщик устанавливает новую заданную нагрузку на долото PJ Р, такую, что cкaчкo стало Р - ДРэоп - йР /2. ДоLet the motion go with V ,; V, the load P per chisel is reduced, being in the zone P - P PJ. At this moment, the driller sets a new target load on the PJ P bit, such that the jumper becomes P - Dreop - p / 2. Before

2121

этого выходные сигналы анализатора 12 и, 1, и 0, и, 1, U4 1, и this output of the analyzer 12 and, 1, and 0, and, 1, U4 1, and

Теперь на первом выходе первого порогового элемента 28 по вл етс  1, на выходе второго порогового элемента 29 остаетс  О, на выходе ИЛИ 33 по вл етс  1, на выходе НЕ 35 - О, т.е. и, 0. По вление 1 на входе одновибратора 38 вызывает на его выходе импульс С , а затем устанавливаетс  U 0, с выходовNow, 1 appears at the first output of the first threshold element 28, O is left at the output of the second threshold element 29, 1 appears at the output of OR 33, HE is 35 - O at the output, i.e. and, 0. The occurrence of 1 at the input of the one-shot 38 triggers a pulse C at its output, and then U 0 is set, from the outputs

элементов 30 и 31 сигналы Оelements 30 and 31 signals

О  ABOUT

вызовут о на выходе элемента И 34, таким образом на входах первого триг гера 36 сигналы О, О и триггер сохран ет прежнее состо ние U 1, такие же сигналы попадают на входы второго триггера 37 и он также сохран ет прежнее состо ние U 1. Сигнал с выхода п того порогового элемента 32 Uj. 1 . Таким образом, набор выходных сигналов анализаторов 12 станет U, 0, U,j Т, затем О, U, 1 , 114 1, и 5 1. В соответствии с этим набором вычислена и отработана нова  скорость подачи , +uVnj и нагрузка начинает возрастать, возвраща сь в зону лР. The output of the element 34 will be called, thus the signals O, O and the trigger at the inputs of the first trigger 36 retain the previous state U 1, the same signals enter the inputs of the second trigger 37 and it also maintains the previous state U 1. The output signal of that threshold element 32 Uj. one . Thus, the set of output signals of the analyzers 12 will become U, 0, U, j T, then O, U, 1, 114 1, and 5 1. In accordance with this set, a new feed rate has been calculated and + uVnj and the load begins to increase by returning to the LM zone.

Таким образом, предлагаемое уст- ройство во всех ситуаци х осуществл ет такое управление скоростью пода чи, при котором обеспечиваетс  быстрый ввод значени  нагрузки в зону точного регулировани , если до этого нагрузка бьша вне допустимой зоны, и последующий поиск оптимальной скорости подачи, необходимой дл  стационарного поддержани  заданной нагрузки .Thus, the proposed device in all situations provides such control of the feed rate, which ensures quick entry of the load value into the zone of precise control, if before that the load was outside the allowable zone, and the subsequent search for the optimal feed rate required for the stationary maintain a given load.

При использовании предлагаемого способа автоматического поддержани  заданной нагрузки значительно облегчаетс  режим работы исполнительного механизма подачи инструмента, уменьшаетс  износ долота и повьшаетс  надежность соединений колонны бурильных труб за счет осуществлени  стационарного (без пульсации) режима поддержани  нагрузки.When using the proposed method of automatically maintaining a given load, the operation mode of the tool feed actuator is greatly simplified, the wear of the bit is reduced, and reliability of the drill pipe joints is reduced due to the implementation of a stationary (without ripple) load support mode.

Предлагаемый способ нечувствителен к точности определени  параметров объектов регулировани  и точности измерени , так как за счет рационального выбора параметра адаптации об допустима  погрешность в определении очередного приращени  скорости подачи может достигать до 50%. Это, в частности, позвол ет вводить корThe proposed method is insensitive to the accuracy of determining the parameters of the objects to be regulated and measuring accuracy, since due to a rational choice of the adaptation parameter, the error in determining the next increment of the feed rate can be up to 50%. This, in particular, allows the introduction of a core

3613142236131422

рекцию по глубине скважины не чаще одного раза за рейс и в целом значительно повышает надежность и простоту технической реализации способа. оThe depth of the well is no more than once per flight and, in general, significantly increases the reliability and simplicity of the technical implementation of the method. about

Claims (3)

Формула изобретени Invention Formula 00 00 g 5 g 5 5 five 00 5 five 00 5five I Способ автоматического поддержани  заданной нагрузки на долото, включающий задание допустимой зоны изменени  осевой нагрузки, измерение осевой нагрузки и изменение скорости подачи бурового инструмента при выходе осевой нагрузки за пределы допустимой зоны ее изменени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, дополнительно внутри допустимой зоны задают зону точного изменени  осевой нагрузки ЬР, измер ют длительность пребывани  осевой нагрузки в пределах зоны точного изменени  осевой нагрузки ut и при выходе осевой нагрузки за верхний предел зоны точного ее изменени  скорость подачи уменьшают, а при выходе за нижний предел увеличивают на величину д ot-k Л /bt ,где k - коэффициент продольной жесткости колонны бурильных труб; oi/ - параметр адаптации, .I A method of automatically maintaining a given load on a bit, including setting an allowable zone for changing the axial load, measuring the axial load, and changing the feed rate of the drilling tool when the axial load leaves the allowable zone of its change, characterized in that, in order to improve accuracy, the zones define the zone of precise variation of the axial load LР, measure the duration of stay of the axial load within the zone of precise change of the axial load ut and at the exit of the axial load the upper limit of its precise area varying feed rate is decreased, and when the output of the lower limit is increased by the amount of d ot-k A / bt, where k - the coefficient of longitudinal stiffness of the drill string; oi / - adaptation parameter,. 2. Устройство автоматического поддержани  заданной нагрузки на долото, содержащее датчик веса, который через формирователь текущего значени  нагрузки соединен с первым входом2. A device for automatically maintaining a predetermined load on a bit, comprising a weight sensor, which is connected to the first input through the current load driver. блока вычитани , задатчик осевой на- грузки соединенный с вторым входом блока вычитани , задатчик допустимой зоны изменени  осевой нагрузки и ис- полнительньй механизм, о т л и ч а- ю. щ е е с   тем, что устройство снабжено задатчиками зоны точного изменени  осевой нагрузки, максимальной скорости подачи, минимальной скорости подачи и параметра адаптации, датчиком глубины скважины, анализатором нагрузки, генератором, элементом И, элементом НЕ, счетчиком, пе- реключат.елем режима, ключом, KOiv -iyTa- тором, аналого-цифровым преобразователем , цифроаналоговым преобразователем и блоком вычислени  скорости подачи , при этом выходы задатчиков максимальной и минимальной скоростей подачи подключены соответственно к первому и второму входам ключа, выход которого соединен с первым входом коммутатора, выход генератора соеди - 13the subtraction unit, the axial load adjuster connected to the second input of the subtraction unit, the adjuster of the allowable zone of the axial load change and the executive mechanism, which is the t. The device is equipped with controllers for the zone of accurate change of axial load, maximum feed rate, minimum feed rate and adaptation parameter, well depth sensor, load analyzer, generator, AND element, NOT element, counter, mode switch key, KOiv-iYaTa-torus, analog-to-digital converter, digital-to-analog converter and the feed rate calculator, while the outputs of the setpoint maximum and minimum feed rates are connected respectively to the first and watt To the key inputs, the output of which is connected to the first input of the switch, the output of the generator is 13 нен с первый входом элемента И, выход которого соединен с первым входом счетчика,первый выход счетчика соединен с первьм входом блока вычисле- ни  скорости подачи, первый выход которого подключен к управл ющему входу коммутатора, второй выход счетчика через элемент НЕ соединен с вторым входом элемента И, выход блока вычи- тани  соединен с первым входом анализатора нагрузки, первый выход которого подключен к TpeTbei iy входу элемента И, первый выход задатчика зоны точного изменени  осевой нагрузки соединен с вторыми входами коммутатора и анализатора нагрузки, второй выход которого подключен к вторым входам счетчика и блока вычислени  скорости подачи, второй выход зада-т- чика зоны точного изменени  осевой нагрузки подключен к третьему входу анализатора нагрузки, третий выход которого через переключатель режима соединен с третьим входом блока вы- числени  скорости подачи, первый выход задатчика допустимой зоны изменени  осевой нагрузки соединен с четвертым входом анализатора нагрузки, четвертый выход которого соединен с управл ющим входом ключа, второй выход задатчика допустимой зоны изменени  осевой нагрузки подключен к п тому входу анализатора нагрузки, п тый вьпсод которого соединен с четвертым входом блока вычислени  скорости подачи, причем выход датчика глубины скважины подключен к третьему , а выход задатчика параметра адаптации - к четвертому входам коммутаThe first output of the counter is connected to the first input of the feed rate calculation block, the first output of which is connected to the control input of the switch, the second output of the counter is NOT connected to the second input of the element. And, the output of the subtraction unit is connected to the first input of the load analyzer, the first output of which is connected to the TpeTbei iy input of the element I, the first output of the unit that controls the exact axial load change is connected to the second inputs of the switch and the load locator, the second output of which is connected to the second inputs of the counter and the feed rate calculator, the second output of the setpoint for the precise axial load change zone is connected to the third input of the load analyzer, the third output of which is connected to the third input of the calculator feed rate, the first setpoint setting of the allowable zone of change of the axial load is connected to the fourth input of the load analyzer, the fourth output of which is connected to the control input of the key, the second output of the setpoint generator allowable zone varying axial load connected to the fifth input of the load analyzer, fifth vpsod which is connected to a fourth input of calculating the feed rate, the depth of the borehole sensor output is connected to the third, and the output set point adaptation parameter - to the inputs of a fourth commutators тора, выход которого через аналого- цифровой преобразователь подключен к п тому вЗсоду блока вычислени  скорости подачи, второй выход которого через цифроаналоговьй преобразователь подключен к входу исполнительного механизма.A torus, the output of which is connected via an analog-to-digital converter to the fifth section of the feedrate calculator, the second output of which is connected to the input of the actuator through a digital-to-analogue converter. 1414 гg 5 о 5 o 5five 00 5five 3. Устройство по п. 2, отличающеес  тем,- что анализатор нагрузки содержит п ть пороговых элементов , два элемента ИЛИ, элемент НЕ, два триггера и одновибратор, при этом выход первого порогового элемента подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом одновибратора и через элемент НЕ - с первым входом первого триггера, выход второго порогового элемента подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, выход третьего порогового элемента соеди- . нен с первыми входами второго триггера и второго элемента ИЛИ, выход которого подключен- к второму входу первого триггера, выход четвертого порогового элемента соединен с вторыми входами второго триггера и второго элемента ИЛИ, первый вход п того порогового элемента соединен с общей шиной анализатора, причем первые входы первого, второго, третьего и .четвертого, а также второй вход п того пороговых элементов  вл ютс  первым входом анализатора, второй вход первого порогового элемента  вл етс  вторым входом анализатора, второй вход второго порогового элемента  вл етс  третьим входом анализатора, второй вход третьего порогового элемента  вл етс  четвертым входом анализатора, второй вход четвертого порогового элемента  вл етс  п тым входом анализатора, выход элемента НЕ  вл етс  первым выходом анализатора , выход одновибратора  вл етс  вторым выходом анализатора, выход первого триггера  вл етс  третьим выходом анализатора, выход второго триггера  вл етс  четвертым выходом анализатора, а выход п того порогового элемента - п тым выходом анализатора .3. The device according to claim 2, characterized in that the load analyzer contains five threshold elements, two elements OR, element NO, two triggers and a one-shot, while the output of the first threshold element is connected to the first input of the first element OR whose output is connected with the input of the one-shot and through the element NOT with the first input of the first trigger, the output of the second threshold element is connected to the second input of the first element OR, the output of the third threshold element is connected. with the first inputs of the second trigger and the second element OR, the output of which is connected to the second input of the first trigger, the output of the fourth threshold element is connected to the second inputs of the second trigger and the second element OR, the first input of the fifth threshold element is connected to the common bus of the analyzer, the first the inputs of the first, second, third and fourth, as well as the second input of the fifth threshold elements are the first input of the analyzer, the second input of the first threshold element is the second input of the analyzer, the second input The first threshold element is the third input of the analyzer, the second input of the third threshold element is the fourth input of the analyzer, the second input of the fourth threshold element is the fifth input of the analyzer, the output of the element is NOT the first output of the analyzer, the output of the single vibrator is the second output of the analyzer the first trigger is the third output of the analyzer, the output of the second trigger is the fourth output of the analyzer, and the output of the fifth threshold element is the fifth output of the analyzer. «О "ABOUT /lir/ lir tltl , Мз Hv, Mz Hv 200 t,C200 t, C Фиг.ЗFig.Z ietiti ti -tifietiti ti -tif I m . I w I 1I  I m. I w I 1I t7is tgtji t,2 ia tnt}ftj6 tj7 tt7is tgtji t, 2 ia tnt} ftj6 tj7 t Редактор Н. БобковаEditor N. Bobkova Составитель В. Шилов Техред А.КравчукCompiled by V. Shilov Tehred A. Kravchuk Заказ 6204/36 Тираж 533ПодписноеOrder 6204/36 Circulation 533 Subscription ВНИИПИ Государственного комитета СССРVNIIPI USSR State Committee по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5for inventions and discoveries 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab., 4/5 Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4Production and printing company, Uzhgorod, st. Project, 4 .5.five Коррректор В. Бут гаCorrector V. Booth ha