[发明专利]一种石油钻机绞车位置控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种石油钻机绞车位置控制系统及方法，其系统包括PLC控制器、人机界面、绞车电机、绞车编码器和绞车变频器；人机界面输出端与PLC控制器输入端相连接；PLC控制器输出端与绞车变频器输入端相连接；绞车变频器输出端与绞车电机相连接；绞车电机与绞车编码器分别安装在绞车上；绞车编码器输出端与PLC控制器相连接，将绞车位置反馈至PLC控制器。本发明绞车运行过程加速平稳，减速平稳，精准达到设定位置。节省能源，降低设备损耗，同时实现重复性钻井活动的标准化，减少司钻个人经验水平等人为因素对钻井作业的影响，保证重复性作业的一致性，提高钻井作业质量和效率。

技术领域

本发明涉及绞车控制技术领域，尤其涉及一种石油钻机绞车位置控制系统及方法。

背景技术

油气勘探开发投入大、风险大，开发成本高，油价波动对工程技术市场冲击大。产业智能化数字化升级是大势所趋，新技术的应用可以提高作业效率，用于实现钻进、起钻、下钻等重复性钻井活动的标准化，减少司钻个人经验水平等人为因素对钻井作业的影响，保证重复性作业的一致性，提高钻井作业质量和效率，让司钻更专注于钻井安全。

现有技术书方案：

绞车基本功能就是在起钻，下钻和钻井活动时控制游车达到上下连接或断开钻杆的工作位置。现有绞车控制方式为司钻通过绞车手柄直接控制绞车在工作区间上下运行，在高位和低位设置电子防碰保护高度，超过保护高度绞车立即速度回零和刹车。

现有技术方案的缺点：

因为绞车完全受司钻控制，每个司钻技术水平和操作习惯都各不相同，在实际操作时加减速度控制不平稳，会造成很多问题，例如中东地区司钻习惯操作幅度大，加速过猛会造成供电电源负载剧烈增长，浪费能源且可能造成发电机跳闸；减速过猛会造成制动单元负荷突增，且浪费能源。而国内司钻操作比较柔和，会直接影响工作效率。还有就是最终需要达到的工作高度因为是手动控制不能完美达到需要的位置，所以还需要手动来回调整，也影响实际使用效率。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供了一种石油钻机绞车位置控制系统及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种石油钻机绞车位置控制系统，包括PLC控制器、人机界面、绞车电机、绞车编码器和绞车变频器；所述人机界面输出端与PLC控制器输入端相连接；所述PLC控制器输出端与所述绞车变频器输入端相连接；所述绞车变频器输出端与绞车电机相连接；所述绞车电机与绞车编码器分别安装在绞车上；所述绞车编码器输出端与PLC控制器相连接，将绞车位置反馈至PLC控制器。

所述PLC控制器采用西门子300或1500系列CPU，用于钻机的逻辑运算和数据处理。

所述人机界面采用西门子TP1900系列或工控机，用于人机交互发送指令以及显示设备状态和运行参数。

所述绞车变频器采用西门子S120系列或ABB ACS880系列，用于驱动绞车电机。

一种石油钻机绞车位置控制方法，包括以下具体步骤：

在人机界面上操作，发送游车位置控制命令到PLC控制器；

绞车安装绞车编码器并接入到PLC控制器，PLC控制器将测量到的游车实时高度传输给PLC控制器；

PLC控制器结合设定的钩速曲线和剩余的移动距离处理计算得到钻机的最佳运行方式，使电机减速至零的时候正好达到设定的高度。

所述控制命令包括游车高度、最大钩速和加减速度。

所述处理计算的算法具体为：

将输入钩速转换成需要的最大电机速度，由输入的加速度来控制最终的电机输出速度；

将当前高度和目标高度实时计算剩余距离，从变频器读取绞车电机加速度，由运动学速度位移公式实时计算当前限制绞车电机速度；