本發(fā)明涉及石油鉆井及自動化領(lǐng)域，特別是涉及一種石油鉆機(jī)游車提升裝置的電子防碰保護(hù)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

對于提升系統(tǒng)來說，操作人員需要實時掌握游車位移的具體位置。從安全性角度來說，如果司鉆操作人員不能掌握準(zhǔn)確實時的游車位置信息，就可能造成“上碰天車，下砸鉆臺”危險事故。

目前的電子防碰系統(tǒng)，其可靠性極差:零位漂移非常嚴(yán)重。司鉆每提升10柱以上的鉆具，零位就會自動飄逸，大鉤高度的測量值與實際值偏差也較大。通過校正直線斜率的大鉤高度計算方式，要求每割一次大繩則需要拉一次米尺做一次標(biāo)定，比較麻煩，同時也存在零位飄移的問題。有些電子防碰系統(tǒng)每更換一次大繩就需要校正一次系統(tǒng)，或者每隔一段時間校正一次，較麻煩，工作效率低。

如何只通過標(biāo)定滾筒初始大繩的層數(shù)和圈數(shù)，既能解決零位漂移，又能提高其使用的可靠性，這一問題擺在了我們的面前。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計出一種石油鉆機(jī)游車提升裝置的電子防碰保護(hù)方法及系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有的電子防碰保護(hù)系統(tǒng)零位漂移問題嚴(yán)重的問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種石油鉆機(jī)游車提升裝置的電子防碰保護(hù)方法，具體包括以下步驟：

步驟1：構(gòu)建大鉤高度測量模型；

首先，構(gòu)造鋼絲繩的理論移動長度公式；然后，獲取滾筒上增加的第n層鋼絲繩的累積誤差δdn；最后，根據(jù)每層鋼絲繩的累計誤差對鋼絲繩的理論移動長度進(jìn)行誤差補償，得到鋼絲繩的實際移動長度公式，鋼絲繩的實際移動長度即為大鉤高度；

步驟2：獲取滾筒直徑、鋼絲繩直徑、游車零位時滾筒上的初始鋼絲繩層數(shù)以及游車零位時的編碼器脈沖數(shù)并存儲于plc控制系統(tǒng)中；

步驟3：plc控制系統(tǒng)根據(jù)鋼絲繩的實際移動長度公式計算大鉤高度，通過大鉤高度判斷游車是否達(dá)到上碰減速點、上碰點或下砸點，若達(dá)到上碰減速點而未超過上碰點，則控制游車的上提速度減速至原來的50％；若達(dá)到上碰點或下砸點，則控制液壓盤剎動作，使?jié)L筒抱閘，游車停止移動。

進(jìn)一步地，所述鋼絲繩的理論移動長度公式為且其中n≤6且n為正整數(shù)，n為滾筒上增加的鋼絲繩的層數(shù)，yn、yn-1分別為滾筒上增加n層、n-1層鋼絲繩時鋼絲繩移動的長度，xn、xn-1分別為滾筒上增加n層、n-1層鋼絲繩時的編碼器脈沖數(shù)，d為滾筒直徑，a為游車零位時滾筒上的初始鋼絲繩層數(shù)，n為滾筒上增加的鋼絲繩層數(shù)，d為鋼絲繩直徑，y0為游車零位時鋼絲繩的長度；鋼絲繩的實際移動長度公式為

進(jìn)一步地，所述累積誤差其中l(wèi)n為滾筒上增加n層鋼絲繩時米尺測得的鋼絲繩移動的實際長度。

進(jìn)一步地，所述滾筒上增加的鋼絲繩層數(shù)n的計算公式為：其中，c為滾筒上某一層鋼絲繩的總?cè)?shù)。

進(jìn)一步地，所述滾筒上增加的鋼絲繩層數(shù)n為下舍入值。

一種石油鉆機(jī)游車提升裝置的電子防碰保護(hù)系統(tǒng)，包括絞車滾筒，電機(jī)，提升游車，用于檢測滾筒旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的絕對值編碼器，用于制動滾筒的液壓盤剎，用于計算提升游車的提升位置并對提升游車速度進(jìn)行控制的鉆機(jī)操作系統(tǒng)，用于設(shè)置提升游車的上碰點、下砸點和上碰減速點的司鉆坊hmi觸摸屏；所述絕對值編碼器固定在絞車滾筒軸上，絕對值編碼器的脈沖信號輸出端與鉆機(jī)操作系統(tǒng)的控制信號輸入端連接，鉆機(jī)操作系統(tǒng)的控制信號輸出端與電機(jī)連接，電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與絞車滾筒軸固定連接，絞車滾筒內(nèi)纏繞的鋼絲繩與提升游車連接。

進(jìn)一步地，所述鉆機(jī)操作系統(tǒng)采用西門子fm350模塊。

本發(fā)明的積極有益效果：

1、本發(fā)明的石油鉆機(jī)游車提升裝置的電子防碰保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性好、可靠性強，通過本申請的電子防碰保護(hù)方法對游車進(jìn)行提升，大鉤高度的測量準(zhǔn)確性極高，滾筒上每增加一層鋼絲繩對應(yīng)的游車高度與游車的實際高度非常接近。

2、游車在移動過程中，通過對鋼絲繩的理論移動長度進(jìn)行誤差補償?shù)玫戒摻z繩的實際移動長度，誤差校正后的大鉤高度零位幾乎不會發(fā)生偏移，系統(tǒng)理論可靠性極高。

3、誤差補償簡單，在對整個電子防碰保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計的過程中，就將滾筒上每層鋼絲繩的累積誤差計算出來并進(jìn)行存儲，在系統(tǒng)運行過程中，只需設(shè)置滾筒直徑d和游車零位時滾筒上的初始鋼絲繩層數(shù)a，然后從系統(tǒng)內(nèi)部對應(yīng)調(diào)用存儲的累積誤差，即可計算出大鉤的高度，只需進(jìn)行一次誤差補償；在不更換滾筒和鋼絲繩的情況下，不需要對大鉤的高度誤差進(jìn)行再次校正。

附圖說明

圖1為本發(fā)明電子防碰保護(hù)方法的流程圖。

圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)原理框圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明了，下面通過附圖中示出的具體實施例來描述本發(fā)明。但是應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。

結(jié)合圖2說明本實施方式，本發(fā)明的石油鉆機(jī)游車提升裝置的電子防碰保護(hù)系統(tǒng)，包括絞車滾筒、電機(jī)、提升游車、絕對值編碼器、液壓盤剎、鉆機(jī)操作系統(tǒng)和司鉆坊hmi觸摸屏。

所述絕對值編碼器用于檢測滾筒的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，液壓盤剎用于制動滾筒，鉆機(jī)操作系統(tǒng)用于計算提升游車的提升位置并對提升游車速度進(jìn)行控制，在本實施例中，鉆機(jī)操作系統(tǒng)采用西門子fm350模塊。司鉆坊hmi觸摸屏用于設(shè)置提升游車的上碰點、下砸點和上碰減速點。所述絕對值編碼器固定在絞車滾筒軸上，絕對值編碼器的脈沖信號輸出端與鉆機(jī)操作系統(tǒng)的控制信號輸入端連接，鉆機(jī)操作系統(tǒng)的控制信號輸出端與電機(jī)連接，電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與絞車滾筒軸固定連接，絞車滾筒內(nèi)纏繞的鋼絲繩與提升游車連接。

電子防碰保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性歸結(jié)于大鉤高度的計算和校正，大鉤高度越準(zhǔn)確，校正方式越簡單，則電子防碰保護(hù)系統(tǒng)就越可靠、越穩(wěn)定。結(jié)合圖1所示，本申請的石油鉆機(jī)游車提升裝置的電子防碰保護(hù)方法，具體包括以下步驟：

步驟1：構(gòu)建大鉤高度測量模型；

具體地，首先，構(gòu)造鋼絲繩的理論移動長度公式；然后，獲取滾筒上增加的第n層鋼絲繩的累積誤差δdn，最后，根據(jù)每層鋼絲繩的累計誤差對鋼絲繩的理論移動長度進(jìn)行誤差補償，得到鋼絲繩的實際移動長度公式，鋼絲繩的實際移動長度即為大鉤高度。

提升游車從零位向上提升的過程中，滾筒上會增加一圈或幾圈大繩，那么在大繩疊加到滾筒上時，大繩疊加后的滾筒實際直徑(即滾筒直徑與鋼絲繩的累加層厚之和)和滾筒外側(cè)的每層鋼絲繩的圈數(shù)誤差，因此，必須對計算出的鋼絲繩的理論移動長度進(jìn)行誤差補償。在對計算出的鋼絲繩的理論移動長度進(jìn)行誤差補償時，需要分別計算出新增加的每層鋼絲繩的誤差值。

假設(shè)滾筒上共增加了5層鋼絲繩。當(dāng)在初始層時，用米尺測量當(dāng)前鋼絲繩的長度l0，則初始層鋼絲繩產(chǎn)生的誤差當(dāng)滾筒上增加1層鋼絲繩時，用米尺測量當(dāng)前鋼絲繩的長度l1，則第一層鋼絲繩產(chǎn)生的誤差當(dāng)滾筒上增加2層鋼絲繩時，用米尺測量當(dāng)前鋼絲繩的長度l2，則第二層鋼絲繩產(chǎn)生的誤差當(dāng)滾筒上增加3層鋼絲繩時，用米尺測量當(dāng)前鋼絲繩的長度l3，則第三層鋼絲繩產(chǎn)生的誤差當(dāng)滾筒上增加4層鋼絲繩時，用米尺測量當(dāng)前鋼絲繩的長度l4，則第四層鋼絲繩產(chǎn)生的誤差當(dāng)滾筒上增加5層鋼絲繩時，用米尺測量當(dāng)前鋼絲繩的長度l5，則第五層鋼絲繩產(chǎn)生的誤差將計算出的誤差δd0、δd1、δd2、δd3、δd4、δd5存儲在鉆機(jī)操作系統(tǒng)中進(jìn)行暫存?zhèn)溆?。鉆機(jī)操作系統(tǒng)在對鋼絲繩的實際移動長度進(jìn)行計算時，根據(jù)其系統(tǒng)內(nèi)部存儲的滾筒外每層鋼絲繩的誤差以及該層鋼絲繩的理論移動長度，可對該層鋼絲繩的理論移動長度進(jìn)行誤差補償，得出該層鋼絲繩的實際移動長度。

所述鋼絲繩的理論移動長度公式為且其中n≤6且n為正整數(shù)，n為滾筒上增加的鋼絲繩的層數(shù)，yn、yn-1分別為滾筒上增加n層、n-1層鋼絲繩時鋼絲繩移動的長度，xn、xn-1分別為滾筒上增加n層、n-1層鋼絲繩時的編碼器脈沖數(shù)，d為滾筒直徑，a為游車零位時滾筒上的初始鋼絲繩層數(shù)，n為滾筒上增加的鋼絲繩層數(shù)，d為鋼絲繩直徑，y0為游車零位時鋼絲繩的長度；所述滾筒上增加的鋼絲繩層數(shù)n的計算公式為：其中，c為滾筒上某一層鋼絲繩的總?cè)?shù)，滾筒上增加的鋼絲繩層數(shù)n為下舍入值；

所述鋼絲繩的實際移動長度公式為

所述累積誤差其中l(wèi)n為滾筒上增加n層鋼絲繩時米尺測得的鋼絲繩移動的實際長度。

根據(jù)上述累積誤差公式可以看出，在不更換滾筒和鋼絲繩種類(型號)的情況下，只需在系統(tǒng)設(shè)計過程中補償一次疊加鋼絲繩后的滾筒總直徑的累積誤差即可。之后每次更換同一型號的鋼絲繩或更換其他型號的鋼絲繩時，都不需要對疊加鋼絲繩后的滾筒總直徑進(jìn)行再次補償，只需要設(shè)置滾筒直徑d和游車零位時滾筒上的初始鋼絲繩層數(shù)a即可。

步驟2：獲取滾筒直徑、鋼絲繩直徑、游車零位時滾筒上的初始鋼絲繩層數(shù)以及游車零位時的編碼器脈沖數(shù)并存儲于plc控制系統(tǒng)中。

步驟3：plc控制系統(tǒng)根據(jù)鋼絲繩的實際移動長度公式計算大鉤高度，通過大鉤高度判斷游車是否達(dá)到上碰減速點、上碰點或下砸點，若達(dá)到上碰減速點而未超過上碰點，則控制游車的上提速度減速至原來的50％；若達(dá)到上碰點或下砸點，則控制液壓盤剎動作，使?jié)L筒抱閘，游車停止移動。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解；依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行修改或者對部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。