石油鉆機(jī)剎車安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用范文

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摘要:依據(jù)現(xiàn)有市場(chǎng)石油鉆機(jī)剎車安全保護(hù)系統(tǒng)現(xiàn)狀，重點(diǎn)分析了石油鉆機(jī)剎車安全保護(hù)系統(tǒng)中不同形式盤(pán)剎剎車信號(hào)的給定與反饋，結(jié)合氣電液不同控制形式，制定出石油鉆機(jī)剎車安全保護(hù)系統(tǒng)氣控信號(hào)形式、電控信號(hào)形式、液壓信號(hào)形式等不同的解決方案，通過(guò)對(duì)方案不同信號(hào)形式提出具體實(shí)施應(yīng)用方法，確保石油鉆機(jī)剎車安全保護(hù)系統(tǒng)的安全性、人性化及智能化。為石油鉆機(jī)剎車安全保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)或改造提供了參考方案，可以完全滿足不同配置的石油鉆機(jī)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞:石油鉆機(jī);安全保護(hù);控制;盤(pán)剎

引言

隨著石油鉆采裝備的逐步發(fā)展，現(xiàn)在石油鉆機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)主要包含有斷電保護(hù)、斷氣保護(hù)、過(guò)卷防碰、重錘防碰、以及電子防碰等多項(xiàng)安全保護(hù)措施。多項(xiàng)安全措施的保護(hù)邏輯有效關(guān)聯(lián)，將石油鉆機(jī)的氣控電控及液壓控制組成一套可靠的石油鉆機(jī)剎車安全保護(hù)系統(tǒng)，通過(guò)控制最終的執(zhí)行機(jī)構(gòu)液壓盤(pán)剎系統(tǒng)［1］，可確保石油鉆機(jī)剎車安全保護(hù)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。根據(jù)石油鉆機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)操作工況工藝，如何科學(xué)合理的將各安全措施保護(hù)邏輯有效關(guān)聯(lián)起來(lái)，是設(shè)計(jì)石油鉆機(jī)剎車安全保護(hù)系統(tǒng)的重點(diǎn)。

1方案設(shè)計(jì)

現(xiàn)有不同驅(qū)動(dòng)形式的石油鉆機(jī)司鉆控制操作元件有氣控閥及電磁閥等多種形式。最終的執(zhí)行機(jī)構(gòu)盤(pán)剎系統(tǒng)有機(jī)械手柄，電子手柄等不同的形式。所以在新設(shè)計(jì)鉆機(jī)或改造舊鉆機(jī)中需要一套有針對(duì)性的石油鉆機(jī)剎車安全保護(hù)系統(tǒng)是重中之重。本方案設(shè)計(jì)針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種更安全可靠，更智能化的鉆機(jī)剎車安全保護(hù)系統(tǒng)。參照?qǐng)D1所示，石油鉆機(jī)剎車安全保護(hù)系統(tǒng)中，外圍的斷電保護(hù)、斷氣保護(hù)、過(guò)卷防碰、重錘防碰、以及電子防碰等的氣控信號(hào)通過(guò)多個(gè)梭閥并成一路盤(pán)剎控制氣信號(hào)［2］，該信號(hào)控制盤(pán)剎剎車的同時(shí)通過(guò)機(jī)械式壓力開(kāi)關(guān)將剎車信號(hào)反饋給PLC［3］。A部分為氣控信號(hào)形式，當(dāng)盤(pán)剎系統(tǒng)駐車或急停時(shí)，控制氣信號(hào)通過(guò)兩位三通氣控?fù)Q向閥及梭閥將剎車信號(hào)傳輸給PLC數(shù)字量模塊。該形式適用于盤(pán)剎為機(jī)械手柄或電子手柄。B部分為電控信號(hào)形式，當(dāng)盤(pán)剎系統(tǒng)駐車或急停時(shí)，將該系統(tǒng)的駐車或急停電信號(hào)直接傳輸給PLC數(shù)字量模塊。該形式適用于盤(pán)剎為電子手柄。C部分為液壓信號(hào)形式，當(dāng)盤(pán)剎系統(tǒng)駐車或急停時(shí)，將盤(pán)剎左右工作鉗及安全鉗的液壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，傳輸給PLC的模擬量模塊。該形式適用于盤(pán)剎為機(jī)械手柄或電子手柄。該方案所述的三種形式可以完全滿足不同配置的石油鉆機(jī)系統(tǒng)，可根據(jù)不同的配置針對(duì)性的選用其中一種形式或多種形式。

2實(shí)施應(yīng)用

下面結(jié)合圖1石油鉆機(jī)剎車安全保護(hù)系統(tǒng)示意圖就該方案的具體實(shí)施應(yīng)用做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。斷電保護(hù)是由PLC輸出的盤(pán)剎安全鉗控制信號(hào)控制的兩位三通常通電磁閥實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)正常時(shí)PLC輸出為高電平，電磁閥處于帶電關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)斷電或系統(tǒng)故障時(shí)電磁閥失電、兩位三通常通電磁閥導(dǎo)通，剎車氣信號(hào)導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)剎車保護(hù)。斷氣保護(hù)是由盤(pán)剎系統(tǒng)內(nèi)的斷氣剎車實(shí)現(xiàn)的。過(guò)卷防碰和重錘防碰開(kāi)關(guān)正常狀態(tài)下關(guān)閉導(dǎo)致剎車氣信號(hào)關(guān)斷，當(dāng)游車位置過(guò)高導(dǎo)致過(guò)卷或重錘氣開(kāi)關(guān)打開(kāi)，剎車氣信號(hào)導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)剎車保護(hù)。電子防碰是由絞車滾筒端的編碼器采集信號(hào)，PLC處理計(jì)算出游車高度，調(diào)試時(shí)標(biāo)定好上碰下砸的參數(shù)值，當(dāng)游車超出標(biāo)定值時(shí)，PLC程序輸出盤(pán)剎安全鉗控制信號(hào)為低電平，兩位三通常通電磁閥導(dǎo)通，剎車氣信號(hào)導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)剎車保護(hù)。液壓盤(pán)剎系統(tǒng)通過(guò)操作剎把手柄，調(diào)節(jié)工作鉗對(duì)制動(dòng)盤(pán)的正壓力，從而為主機(jī)提供大小可調(diào)的剎車力矩，滿足送鉆、起下鉆等不同工況的要求。工作制動(dòng)時(shí)，只有工作鉗參與剎車。遇到緊急情況時(shí)，按下緊急制動(dòng)按鈕，工作鉗、安全鉗全部參與制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)緊急剎車。斷電保護(hù)、斷氣保護(hù)、過(guò)卷防碰、重錘防碰、以及電子防碰等的氣控信號(hào)之間的連接，是通過(guò)氣管線和多個(gè)梭閥并成一路盤(pán)剎控制氣信號(hào)，每多一路控制氣信號(hào)就加一個(gè)梭閥將其并接到氣控回路中，并成最終的這路氣控信號(hào)控制盤(pán)剎剎車的同時(shí)通過(guò)機(jī)械式壓力開(kāi)關(guān)將剎車信號(hào)傳輸給PLC。在司鉆房中的PLC遠(yuǎn)程分布式I/O通過(guò)通信模塊和電控房中的CPU通信，CPU讀取分布式I/O的數(shù)值。關(guān)于該系統(tǒng)PLC推薦配置西門(mén)子S7300系列，電源模塊可選擇PS307、DC24V模塊。接口模塊選擇ET200M［4］。數(shù)字I/O模塊選擇SM3238DI/8DOXDC24V。模擬量輸入模塊選擇SM3318AIX12BIT(僅采用液壓信號(hào)形式時(shí)用該模塊)。編碼器選擇SM338POS－INPUT模塊。采用氣控信號(hào)形式時(shí)，將盤(pán)剎系統(tǒng)控制氣路中接入一個(gè)三通，分出一氣路接入兩位三通氣控?fù)Q向閥的控制口，兩位三通氣控?fù)Q向閥的工作口P接氣源，工作口A接入梭閥，再將梭閥的出氣口接入外圍的三通。采用電控信號(hào)形式時(shí)，從盤(pán)剎控制系統(tǒng)中預(yù)留的急停及駐車干接點(diǎn)信號(hào)端子排引出電信號(hào)，將急停及駐車干接點(diǎn)信號(hào)接入PLC數(shù)字量輸入模塊。采用液壓信號(hào)形式時(shí)，在盤(pán)剎左右工作鉗及安全鉗的液壓管線回路中接入三通，在三通分出來(lái)的接口接上壓力變送器，再將壓力變送器轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)接入PLC的模擬量輸入模塊。在我公司近幾年生產(chǎn)或改造的不同配置鉆機(jī)中，以上幾種控制形式都有所使用，通過(guò)在公司總裝聯(lián)調(diào)及用戶現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的考驗(yàn)，實(shí)踐證明以上控制形式均是安全可靠的，有很好的適用性及實(shí)用性，取得了很好的應(yīng)用效果。

3結(jié)語(yǔ)

針對(duì)目前石油鉆機(jī)剎車安全保護(hù)系統(tǒng)選用不同元器件、采用不同配置的現(xiàn)狀分析，提供了一種更安全可靠、更智能化的鉆機(jī)剎車安全保護(hù)系統(tǒng)，可解決新設(shè)計(jì)鉆機(jī)或改造舊鉆機(jī)中需要一套有針對(duì)性的安全保護(hù)系統(tǒng)的問(wèn)題。設(shè)計(jì)的石油鉆機(jī)剎車安全保護(hù)系統(tǒng)的三種形式:氣控信號(hào)形式、電控信號(hào)形式、液壓信號(hào)形式。可根據(jù)石油鉆機(jī)不同的配置，針對(duì)性的選用其中一種形式或多種形式組合使用，可以完全滿足不同配置的石油鉆機(jī)系統(tǒng)，為石油鉆機(jī)剎車安全保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)或改造提供了參考方案及實(shí)施應(yīng)用方法。

參考文獻(xiàn):

［1］姜建勝．鉆機(jī)組合剎車系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)的研制及剎車工作理論研究［D］．北京:中國(guó)石油大學(xué)，2006．

［2］杜巧連．液壓與氣動(dòng)技術(shù)［M］．北京:科學(xué)出版社，2009．

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［4］羅紅福，胡斌，鐘存福，等．PROFIBUS－DP現(xiàn)場(chǎng)總線工程應(yīng)用實(shí)例解析［M］．北京:中國(guó)電力出版社，2008.

作者：王虎平 單位：蘭州蘭石石油裝備工程股份有限公司