本發(fā)明涉及一種鉆井用柴油機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)及方法，屬于機(jī)械設(shè)計(jì)與自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

眾所周知，近年來，我國部分油田生產(chǎn)進(jìn)入后期高含水開發(fā)階段，油層分布逐漸加深，油田產(chǎn)液上升，產(chǎn)油下降，生產(chǎn)能耗大，運(yùn)行成本增加。石油鉆井是油田主業(yè)，是能耗大戶，直接關(guān)系到油田的生產(chǎn)效益，機(jī)械驅(qū)動(dòng)能力仍占據(jù)一定比例。目前對(duì)于鉆井用柴油機(jī)的油門基本采用手動(dòng)控制。手動(dòng)調(diào)節(jié)油門雖被普遍采用，但存在明顯缺陷，由于油門調(diào)好后一成不變，除非遇到鉆機(jī)長時(shí)間工況變化，如檢修設(shè)備，司鉆就通過柴油機(jī)值班人員將油門調(diào)小，否則柴油機(jī)始終工作在1300r/min，當(dāng)鉆機(jī)起下鉆、接單根時(shí)，滾筒帶動(dòng)鉆具反復(fù)上行、下降，柴油機(jī)反復(fù)帶載、空載運(yùn)行。目前柴油機(jī)油門控制方式為腳踏油門，腳踏油門設(shè)在司鉆臺(tái)，由司鉆根據(jù)鉆機(jī)的不同工作狀態(tài)，隨時(shí)控制油門大小，腳踏油門最終作用于柴油機(jī)轉(zhuǎn)把的油門拉線，中間經(jīng)過氣動(dòng)閥將拉力放大，由于從司鉆房到柴油機(jī)油門之間的氣路較長，壓力緩沖大，導(dǎo)致氣閥響應(yīng)速度落后，油門反應(yīng)遲鈍，有時(shí)會(huì)造成柴油機(jī)重載時(shí)憋車，不適合反復(fù)調(diào)節(jié)，不久便棄之不用，因此，發(fā)明一種鉆井用柴油機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)來解決上述問題很有必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種鉆井用柴油機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)及方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：包括控制箱，所述控制箱輸出端設(shè)有絞車編碼器，所述絞車編碼器與控制箱通過多芯電纜電性連接，所述絞車編碼器輸出端設(shè)有PLC，所述PLC與絞車編碼器通過信號(hào)調(diào)理電路電性連接，所述控制箱輸出端設(shè)有顯示屏，所述顯示屏與控制箱通過多芯電纜電性連接，所述顯示屏輸入端設(shè)有PLC，所述PLC與顯示屏通過驅(qū)動(dòng)電路電性連接，所述控制箱輸出端設(shè)有一號(hào)測速探頭、二號(hào)測速探頭與三號(hào)測速探頭，且均與控制箱通過多芯電纜電性連接，所述一號(hào)測速探頭、二號(hào)測速探頭與三號(hào)測速探頭輸出端設(shè)有PLC，所述PLC輸出端設(shè)有柴油機(jī)電子油門驅(qū)動(dòng)器，所述柴油機(jī)電子油門驅(qū)動(dòng)器與PLC通過驅(qū)動(dòng)電路電性連接，所述一號(hào)測速探頭、二號(hào)測速探頭與三號(hào)測速探頭內(nèi)部均設(shè)有測速感應(yīng)器，所述測速感應(yīng)器一側(cè)設(shè)有柴油機(jī)主齒輪，所述測速感應(yīng)器通過45度角形支架11設(shè)置于柴油機(jī)的主軸齒輪一側(cè)。

優(yōu)選的，所述絞車編碼器設(shè)置為PNP輸出型編碼器。

優(yōu)選的，所述測速感應(yīng)器由新型磁敏感元件制成。

優(yōu)選的，所述柴油機(jī)電子油門驅(qū)動(dòng)器設(shè)置為柔性軟軸連接方式，且行程為100mm。

優(yōu)選的，所述柴油機(jī)電子油門驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部設(shè)有24V直流電機(jī)。

優(yōu)選的，所述顯示屏內(nèi)部設(shè)有觸摸屏程序，且觸摸屏程序具設(shè)有轉(zhuǎn)速設(shè)定畫面、啟動(dòng)監(jiān)控畫面、鉆進(jìn)監(jiān)控畫面及起下鉆監(jiān)控畫面4個(gè)可以選擇的畫面。

本發(fā)明提到的一種鉆井用柴油機(jī)節(jié)能控制方法，包括以下過程：

（1）采用絞車編碼器判斷絞車狀態(tài)，進(jìn)而判斷鉆機(jī)起鉆和下鉆的狀態(tài)，測速探頭實(shí)時(shí)測量柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，線性油門驅(qū)動(dòng)器準(zhǔn)確快速根據(jù)絞車狀態(tài)實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)油門增大和減小，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)鉆速的閉環(huán)控制，特別是在鉆機(jī)起下鉆，絞車下行時(shí)通過油門驅(qū)動(dòng)器將柴油機(jī)減速至800 r/min，司鉆通過觸摸屏可以在司鉆房實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)鉆進(jìn)時(shí)的柴油機(jī)鉆速，同時(shí)還可以監(jiān)測絞車狀態(tài)；

（2）觸摸屏（3）可以實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)速度設(shè)定，實(shí)時(shí)速度顯示，絞車狀態(tài)監(jiān)測功能，方便司鉆操作，保證了系統(tǒng)的實(shí)用性和可操作性，系統(tǒng)通過安裝在滾筒轉(zhuǎn)軸上的絞車編碼器（2）判斷絞車的狀態(tài)，并將信號(hào)通過調(diào)理電路（7）傳送至PLC（8）的高速數(shù)字量輸入端口；

（3）三組測速探頭分別通過45度角形支架（11）安裝在三臺(tái)柴油機(jī)主齒輪（10）處,用來測量三臺(tái)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速，柴油機(jī)電子油門安裝在3臺(tái)柴油機(jī)的油門處，通過油門拉線與全制式調(diào)速器的操縱桿相連，通過柴油機(jī)電子油門驅(qū)動(dòng)器（9）的伸出和縮短來控制油門拉線，進(jìn)而調(diào)節(jié)油門大小，觸摸屏（3）與PLC（8）及電子油門直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路安裝在控制箱（1）內(nèi)，編碼器、測速探頭、電子油門驅(qū)動(dòng)器分別通過多芯電纜（13）與控制箱（1）相連，控制箱（1）安裝在司鉆房內(nèi)，方便司鉆操作。

本發(fā)明的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：該系統(tǒng)可以根據(jù)鉆機(jī)工況實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，改變了傳統(tǒng)鉆井用柴油機(jī)油門不隨負(fù)荷變化而變化的控制方式，根據(jù)鉆機(jī)工況改變轉(zhuǎn)速，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)油門開度，達(dá)到節(jié)油的目的，選用成熟的PLC控制技術(shù)，控制系統(tǒng)工作可靠，相應(yīng)性能好，參數(shù)調(diào)整方便，裝置特征在于編寫了PLC及觸摸屏控制軟件，系統(tǒng)可以根據(jù)鉆機(jī)工況實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，跟原來的手動(dòng)油門控制方式無縫對(duì)接，很好的滿足了現(xiàn)場工況要求，提高了鉆機(jī)自動(dòng)化水平。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種基于PLC的鉆井用柴油機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種基于PLC的鉆井用柴油機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)絞車編碼器信號(hào)調(diào)理電路示意圖；

圖3為本發(fā)明一種基于PLC的鉆井用柴油機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)測速探頭接線圖示意圖；

圖4為本發(fā)明一種基于PLC的鉆井用柴油機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)測速探頭安裝示意圖；

圖5為本發(fā)明一種基于PLC的鉆井用柴油機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)油門驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電路原理圖示意圖；

圖中：1控制箱、2絞車編碼器、3顯示屏、4一號(hào)測速探頭、5二號(hào)測速探頭、6三號(hào)測速探頭、7信號(hào)調(diào)理電路、8 PLC、9柴油機(jī)電子油門驅(qū)動(dòng)器、10柴油機(jī)主齒輪、11角形支架、12測速感應(yīng)器、13多芯電纜。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供了如圖1-5所示的一種鉆井用柴油機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)，包括控制箱1，所述控制箱1輸出端設(shè)有絞車編碼器2，所述絞車編碼器2與控制箱1通過多芯電纜13電性連接，所述絞車編碼器2輸出端設(shè)有PLC8，所述PLC8與絞車編碼器2通過信號(hào)調(diào)理電路7電性連接，所述控制箱1輸出端設(shè)有顯示屏3，所述顯示屏3與控制箱1通過多芯電纜13電性連接，所述顯示屏3輸入端設(shè)有PLC8，所述PLC8與顯示屏3通過驅(qū)動(dòng)電路電性連接，所述控制箱1輸出端設(shè)有一號(hào)測速探頭4、二號(hào)測速探頭5與三號(hào)測速探頭6，且均與控制箱1通過多芯電纜13電性連接，所述一號(hào)測速探頭4、二號(hào)測速探頭5與三號(hào)測速探頭6輸出端設(shè)有PLC8，所述PLC8輸出端設(shè)有柴油機(jī)電子油門驅(qū)動(dòng)器9，所述柴油機(jī)電子油門驅(qū)動(dòng)器9與PLC8通過驅(qū)動(dòng)電路電性連接，所述一號(hào)測速探頭4、二號(hào)測速探頭5與三號(hào)測速探頭6內(nèi)部均設(shè)有測速感應(yīng)器12，所述測速感應(yīng)器12一側(cè)設(shè)有柴油機(jī)主齒輪10，所述測速感應(yīng)器12通過45度角形支架11設(shè)置于柴油機(jī)的主軸齒輪10一側(cè)。

所述絞車編碼器2設(shè)置為PNP輸出型編碼器，而系統(tǒng)選用的松下PLC FP-X C38AT 是NPN型輸入，需要對(duì)PNP輸出型編碼器信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，信號(hào)調(diào)理電路通過光耦TLP521可解決類型不匹配的問題。

所述測速感應(yīng)器12由新型磁敏感元件制成，測速探頭采用新型磁敏感元件，鋼鐵材質(zhì)導(dǎo)磁體觸發(fā)，具有頻響寬，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)，堅(jiān)固耐用，內(nèi)有放大整形電路，輸出為幅度穩(wěn)定的方波信號(hào)，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。

所述柴油機(jī)電子油門驅(qū)動(dòng)器9設(shè)置為柔性軟軸連接方式，且行程為100mm，電子線性油門驅(qū)動(dòng)器常用于工程機(jī)械的大型柴油機(jī)的油門電子調(diào)速控制，采用柔性軟軸連接方式，本文選用的油門驅(qū)動(dòng)器行程為100mm，可以滿足柴油機(jī)油門從最小轉(zhuǎn)速到最大轉(zhuǎn)速的行程范圍。

所述柴油機(jī)電子油門驅(qū)動(dòng)器9內(nèi)部設(shè)有24V直流電機(jī)，PLC8通過輸出端Y0-Y5這六個(gè)輸出端來控制繼電器線圈是否通電，進(jìn)而控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，電機(jī)正轉(zhuǎn)可以使油門加大，電機(jī)反轉(zhuǎn)可以使油門減小，每個(gè)油門驅(qū)動(dòng)器電機(jī)采用了兩個(gè)繼電器的四組常開觸點(diǎn)構(gòu)成的H橋驅(qū)動(dòng)電路，在每一對(duì)常開觸點(diǎn)上反并聯(lián)的二極管可以起到續(xù)流的作用。

所述顯示屏3內(nèi)部設(shè)有觸摸屏程序，且觸摸屏程序具設(shè)有轉(zhuǎn)速設(shè)定畫面、啟動(dòng)監(jiān)控畫面、鉆進(jìn)監(jiān)控畫面及起下鉆監(jiān)控畫面4個(gè)可以選擇的畫面，轉(zhuǎn)速設(shè)定畫面主要是在節(jié)油控制系統(tǒng)投入運(yùn)行前，對(duì)鉆進(jìn)速度、起鉆速度、下鉆速度進(jìn)行設(shè)定；啟動(dòng)監(jiān)控畫面中可以分別點(diǎn)擊3臺(tái)柴油機(jī)啟動(dòng)按鈕，分別啟動(dòng)柴油機(jī)，實(shí)時(shí)監(jiān)測柴油機(jī)轉(zhuǎn)速；鉆進(jìn)監(jiān)控畫面中，司鉆可以通過加速減速按鈕對(duì)已經(jīng)啟動(dòng)的柴油機(jī)進(jìn)行同步加速。

工作原理：采用先進(jìn)可靠的磁編碼器判斷絞車狀態(tài)，進(jìn)而判斷鉆機(jī)起鉆和下鉆的狀態(tài)，測速探頭實(shí)時(shí)測量柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，線性油門驅(qū)動(dòng)器準(zhǔn)確快速根據(jù)絞車狀態(tài)實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)油門增大和減小，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)鉆速的閉環(huán)控制，特別是在鉆機(jī)起下鉆，絞車下行時(shí)通過油門驅(qū)動(dòng)器將柴油機(jī)減速至800 r/min，司鉆通過觸摸屏可以在司鉆房實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)鉆進(jìn)時(shí)的柴油機(jī)鉆速，同時(shí)還可以監(jiān)測絞車狀態(tài)，觸摸屏3可以實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)速度設(shè)定，實(shí)時(shí)速度顯示，絞車狀態(tài)監(jiān)測等功能，方便司鉆操作，保證了系統(tǒng)的實(shí)用性和可操作性，系統(tǒng)通過安裝在滾筒轉(zhuǎn)軸上的絞車編碼器2判斷絞車的狀態(tài)，如絞車上行，絞車下行，并將信號(hào)通過調(diào)理電路7傳送至PLC8的高速數(shù)字量輸入端口,測速探頭分別通過45度角形支架11安裝在三臺(tái)柴油機(jī)主齒輪10處,用來測量三臺(tái)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速，柴油機(jī)電子油門安裝在3臺(tái)柴油機(jī)的油門處，通過油門拉線與全制式調(diào)速器的操縱桿相連，通過柴油機(jī)電子油門驅(qū)動(dòng)器9的伸出和縮短來控制油門拉線，進(jìn)而調(diào)節(jié)油門大小，觸摸屏3與PLC8及電子油門直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路安裝在控制箱1內(nèi)，編碼器、測速探頭、電子油門驅(qū)動(dòng)器分別通過多芯電纜13與控制箱1相連，控制箱1安裝在司鉆房內(nèi)，方便司鉆操作。

最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。