本實用新型涉及石油鉆井技術領域，特別是涉及一種鉆機絞車控制器。

背景技術：

國內(nèi)石油行業(yè)中，鉆機絞車是鉆機核心部件，直接決定著鉆機的鉆進能力，但是由于環(huán)境惡劣及老舊設備較多等原因，傳統(tǒng)方式中，鉆機設備的懸重指示控制和游動滑車的升降幅度限位控制，多采用機械系統(tǒng)實現(xiàn)，即需要人工進行觀察從而控制鉆機的剎車制動等，結(jié)構(gòu)功能簡單，可靠性不高。

如果在鉆機作業(yè)過程中，能夠自動指示記錄鉆機設備的懸重指示(載荷值)和游動滑車的升降幅度值，判斷鉆機設備的工作狀態(tài)，根據(jù)預先設置的參數(shù)值，控制鉆機絞車減速剎車，實現(xiàn)鉆機絞車的超限自動控制，將極大的提高鉆機設備的性能，提高其可靠性。

可見，如何提升鉆機設備的自動化程度，是本領域技術人員亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種鉆機絞車控制器，可以自動化控制鉆機絞車的剎車裝置，提升了鉆機設備的自動化程度。

為解決上述技術問題，本實用新型提供一種鉆機絞車控制器，包括壓力傳感器、AD轉(zhuǎn)換器、絞車編碼器、信號處理器、單片機和直流開關電源：

所述壓力傳感器，用于測量死繩固定器的壓力值，得到所述死繩固定器的載荷信號；

所述AD轉(zhuǎn)換器與所述壓力傳感器連接，用于將所述載荷信號轉(zhuǎn)換為載荷值；

所述壓力傳感器，用于測量死繩固定器的壓力值，得到所述死繩固定器的載荷信號；

所述AD轉(zhuǎn)換器與所述壓力傳感器連接，用于將所述載荷信號轉(zhuǎn)換為載荷值；

所述絞車編碼器，用于獲取與游動滑車升降幅度相關的脈沖信號；

所述信號處理器與所述絞車編碼器連接，用于對所述脈沖信號進行抗干擾處理，并依據(jù)所述脈沖信號的相序判斷絞車的運轉(zhuǎn)方向；

所述單片機與所述信號處理器連接，用于依據(jù)所述脈沖信號的相序和累計數(shù)量計算出游動滑車的升降幅度值；

所述單片機還與所述AD轉(zhuǎn)換器連接，還用于監(jiān)測所述載荷值和所述升降幅度值，當所述載荷值大于或等于預設載荷值或當所述升降幅度值滿足第一預設條件，則控制所述絞車電磁剎車裝置減速；當所述載荷值大于或等于最大載荷值或當所述升降幅度值滿足第二預設條件，則控制絞車氣動剎車裝置制動；

所述直流開關電源分別與所述AD轉(zhuǎn)換器、所述信號處理器以及所述單片機連接，用于為所述AD轉(zhuǎn)換器、所述信號處理器以及所述單片機提供相應的電壓。

可選的，所述單片機包括：第一監(jiān)測單元、模擬量輸出單元和氣動控制輸出單元；

所述第一監(jiān)測單元，用于監(jiān)測所述載荷值，當所述載荷值大于或等于預設載荷值，則觸發(fā)所述模擬量輸出單元；

所述模擬量輸出單元，用于根據(jù)所述載荷值的變化，產(chǎn)生相對應的電壓模擬量，并利用所述電壓模擬量控制絞車電磁剎車裝置減速；

所述第一監(jiān)測單元還用于監(jiān)測所述載荷值，當所述載荷值大于或等于最大載荷值，則觸發(fā)所述氣動控制輸出單元；

所述氣動控制輸出單元，用于輸出氣動控制信號，控制絞車氣動剎車裝置制動。

可選的，所述單片機包括：第二監(jiān)測單元、模擬量輸出單元和氣動控制輸出單元；

所述第二監(jiān)測單元，用于監(jiān)測所述升降幅度值，當所述升降幅度值大于或等于預設上限值；或當所述升降幅度值小于或等于預設下限值，則觸發(fā)所述模擬量輸出單元；

所述模擬量輸出單元，用于根據(jù)所述升降幅度值的變化，產(chǎn)生相對應的電壓模擬量，并利用所述電壓模擬量控制絞車電磁剎車裝置減速；

所述第二監(jiān)測單元還用于監(jiān)測所述升降幅度值，當所述升降幅度值大于或等于最高極限值；或當所述升降幅度值小于或等于最低極限值，則觸發(fā)所述氣動控制輸出單元；

所述氣動控制輸出單元，用于輸出氣動控制信號，控制絞車氣動剎車裝置制動。

可選的，還包括LED數(shù)碼管：

所述LED數(shù)碼管與所述單片機連接，用于顯示所述載荷值或所述升降幅度值。

可選的，還包括控制按鍵器：

所述控制按鍵器與所述單片機連接，用于接收用戶設置的數(shù)值，并將所述數(shù)值傳送至所述單片機；所述數(shù)值包括：載荷值的顯示精度值和所述預設載荷值。

可選的，還包括聲光報警器：

所述聲光報警器分別與所述單片機和所述直流開關電源連接，當所述載荷值大于或等于所述預設載荷值或當所述升降幅度值滿足所述第一預設條件時，所述單片機控制所述聲光報警器發(fā)出聲光信號；所述直流開關電源為所述聲光報警器提供相應的工作電壓。

可選的，所述直流開關電源采用直流電壓轉(zhuǎn)換器為與其連接的負載提供相應的工作電壓。

由上述技術方案可以看出，對于鉆機設備的懸重指示，可以通過壓力傳感器測量死繩固定器的壓力值，得到死繩固定器的載荷信號；由于該載荷信號為模擬信息，需要經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換器將所述載荷信號轉(zhuǎn)換為載荷值；對于游動滑車的的升降幅度值，可以通過絞車編碼器獲取與游動滑車升降幅度相關的脈沖信號；并通過信號處理器對所述脈沖信號進行抗干擾處理，并依據(jù)所述脈沖信號的相序判斷出絞車的運動方向；單片機與該信號處理器連接，可以依據(jù)所述脈沖信號的相序和累計數(shù)量計算出游動滑車的升降幅度值，單片機可以對載荷值和升降幅度值進行監(jiān)測，當載荷值大于或等于預設載荷值或者是當升降幅度值滿足第一預設條件，則控制絞車電磁剎車裝置減速；當載荷值大于或等于最大載荷值或者是當升降幅度值滿足第二預設條件，則控制絞車氣動剎車裝置制動?？梢?，通過鉆機絞車控制器，可以自動獲取到鉆機設備的載荷值和游動滑車的升降幅度值，并且實現(xiàn)對鉆機絞車剎車裝置的自動化控制。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例，下面將對實施例中所需要使用的附圖做簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例提供的一種鉆機絞車控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型實施例提供的另一種鉆機絞車控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下，所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護范圍。

為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型方案，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步的詳細說明。

本實用新型實施例提供了一種鉆機絞車控制器，如圖1所示為該鉆機絞車控制器的結(jié)構(gòu)示意圖，包括：壓力傳感器1、AD轉(zhuǎn)換器2、絞車編碼器3、信號處理器4、單片機5和直流開關電源6；

所述壓力傳感器1，可以用于測量死繩固定器的壓力值，得到所述死繩固定器的載荷信號。

由于死繩固定器壓力值可以是不斷變化的數(shù)值，所以壓力傳感器1得到的載荷信號是一個模擬信號?？紤]到單片機5在對數(shù)據(jù)進行處理之前，需要將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，在本實用新型實施例中，可以通過與壓力傳感器1連接的AD轉(zhuǎn)換器，將所述載荷信號直接轉(zhuǎn)換為載荷值；從而將該載荷值傳輸至單片機5。

所述絞車編碼器3，可以用于獲取與游動滑車升降幅度相關的脈沖信號。

由于獲取過程中，容易受到其他信號的干擾，導致所述脈沖信號中摻雜有其他干擾信號，若直接將絞車編碼器3獲取的數(shù)據(jù)信息傳輸給單片機5，可能會導致單片機5獲取錯誤的脈沖信號，從而導致錯誤的判斷。

在本實用新型實施例中，可以通過與所述絞車編碼器3連接的信號處理器4，對所述脈沖信號進行抗干擾處理。

抗干擾處理的過程可以看做是從干擾信號中提取出與游動滑車升降幅度相關的脈沖信號的過程。

絞車工作時，可以利用滾筒上纏的鉆井鋼絲繩，通過控制軸的正反轉(zhuǎn)使鋼絲繩在滾筒上纏繩或放繩，以實現(xiàn)游動滑車的起升或下放等目的。

在本實用新型實施例中，信號處理器4可以依據(jù)所述脈沖信號的相序判斷絞車的運轉(zhuǎn)方向，從而判斷游動滑車的上升與下降，即升降幅度值的增加與減小。單片機5與所述信號處理器4連接，可以依據(jù)所述脈沖信號的相序和累計數(shù)量計算出游動滑車的升降幅度值。

在具體實現(xiàn)中，絞車編碼器獲取的脈沖信號，反映的是滾筒上的圈數(shù)值，累計數(shù)量指的是脈沖的個數(shù)，依據(jù)脈沖的個數(shù)可以判斷出滾筒上圈數(shù)的變化。根據(jù)鋼絲繩在滾筒上纏繞一圈的長度值，以及鋼絲繩層數(shù)位置和滾筒的參數(shù)等，單片機5可以計算出相應的升降幅度值。

獲取載荷值和升降幅度值的目的在于，根據(jù)這些數(shù)值的變化，控制鉆機絞車剎車裝置的減速剎車，在鉆機絞車中可以設置有絞車電磁剎車裝置和絞車氣動剎車裝置，從而有效的防止鉆機設備的超載使用或者是游動滑車的超限使用。舉例說明，超限使用可以包括冒頂天車或砸鉆臺等事故。

在本實用新型實施例中，單片機5分別與所述AD轉(zhuǎn)換器2連接以及所述信號處理器4連接，用于監(jiān)測所述載荷值和所述升降幅度值，當所述載荷值大于或等于預設載荷值或當所述升降幅度值滿足第一預設條件，則控制所述絞車電磁剎車裝置減速；當所述載荷值大于或等于最大載荷值或當所述升降幅度值滿足第二預設條件，則控制絞車氣動剎車。

對于鉆機設備的載荷值而言，可以將單片機5的監(jiān)測和控制過程，劃分為第一監(jiān)測單元、模擬量輸出單元和氣動控制輸出單元的操作。

可以在單片機5中的第一監(jiān)測單元預先設置預設載荷值和最大載荷值。

其中第一監(jiān)測單元，可以用于監(jiān)測所述載荷值，當所述載荷值大于或等于預設載荷值，則觸發(fā)所述模擬量輸出單元。

預設載荷值可以看做是鉆機設備載荷值的提醒值，當鉆機設備的載荷值大于或等于該預設載荷值時，則說明此時鉆機設備的載荷值已經(jīng)接近于鉆機設備所能承受的最大載荷值。

為了防止鉆機設備超載，可以通過單片機5中的模擬量輸出單元，根據(jù)所述載荷值的變化，產(chǎn)生相對應的電壓模擬量，并利用所述電壓模擬量控制絞車電磁剎車裝置減速。

其中，通過電壓值的變化來控制絞車電磁剎車裝置減速，該減速過程可以看做是一種緩慢剎車的過程，電壓值越大，則絞車電磁剎車裝置減速的幅度越大，從而控制載荷值增長速率變慢。

絞車電磁剎車裝置的減速過程可以實現(xiàn)對鉆機設備載荷值增長的控制，但是由于絞車電磁剎車裝置的減速過程相對比較緩慢，所以可能會出現(xiàn)在絞車電磁剎車裝置的減速過程中，載荷值仍繼續(xù)增大的情況，為了防止鉆機設備超載，針對該種情況，在第一監(jiān)控單元中預先設置了最大載荷值。

最大載荷值可以看做是鉆機設備載荷值的上限值，當鉆機設備的載荷值大于或等于該最大載荷值時，則說明此時鉆機設備的載荷值已經(jīng)接近極限，若繼續(xù)增大則會導致鉆機設備超載，影響鉆機設備的使用安全。

絞車氣動剎車裝置可以看做是一種快速剎車的過程。在絞車電磁剎車裝置減速過程中，若鉆機設備的載荷值大于或等于最大載荷值時，可以通過絞車氣動剎車裝置進行緊急剎車，此時鉆機設備的載荷值不會再繼續(xù)增長，從而防止鉆機設備超載。

具體的，當單片機5中的第一監(jiān)測單元，監(jiān)測到載荷值大于或等于最大載荷值時，則觸發(fā)所述氣動控制輸出單元，輸出氣動控制信號，從而控制絞車氣動剎車裝置制動。

其中，該氣動控制信號可以是一個具體的電壓值，例如24伏特(V)，當絞車氣動剎車裝置接收到該電壓值后，便可以進行緊急剎車。

對于游動滑車的的升降幅度值而言，可以將單片機5的監(jiān)測和控制過程，劃分為第二監(jiān)測單元、模擬量輸出單元和氣動控制輸出單元的操作。

可以在單片機5中的第二監(jiān)測單元預先設置第一預設條件和第二預設條件，預先設置該預設條件是為了在游動滑車起升過程中，防止游動滑車冒頂天車情況的發(fā)生，或者是在游動滑車下放過程中，防止游動滑車砸鉆臺情況的發(fā)生。

在計算升降幅度值時，可以以鉆臺所在的位置為參考面，即該升降幅度值可以用于表示游動滑車的距離鉆臺的距離。由于鉆臺與天車之間的距離可以是固定的數(shù)值，由此，根據(jù)該升降幅度值可以得出游動滑車的距離天車的距離。

接下來將對升降幅度值滿足第一預設條件的具體情況展開介紹。針對于游動滑車起升時對應的幅度值，可以在單片機5中的第二監(jiān)測單元預先設置預設上限值；針對于游動滑車下放時對應的幅度值，可以在單片機5中的第二監(jiān)測單元預先設置預設下限值。也即預先設置的第一預設條件包括預先設置預設上限值和預設下限值。

具體的，可以通過單片機5中的第二監(jiān)測單元監(jiān)測所述升降幅度值，當所述升降幅度值大于或等于預設上限值；或當所述升降幅度值小于或等于預設下限值，則觸發(fā)所述模擬量輸出單元。所述模擬量輸出單元，用于根據(jù)所述升降幅度值的變化，產(chǎn)生相對應的電壓模擬量，并利用所述電壓模擬量控制絞車電磁剎車裝置減速。

其中，針對游動滑車起升過程，預設上限值可以用于表示游動滑車的距離天車安全距離的界限值，游動滑車在起升過程中，升降幅度值會不斷的增大，會越來越接近該預設上限值，當升降幅度值大于或等于該預設上限值時，則說明游動滑車已經(jīng)接近天車的位置。

針對游動滑車下放過程，預設下限值可以用于表示游動滑車距離鉆臺安全距離的界限值，游動滑車在下放過程中，升降幅度值會不斷的減小，會越來越接近該預設下限值，當升降幅度值小于或等于該預設上限值時，則說明游動滑車已經(jīng)接近鉆臺的位置。

為了防止游動滑車超限，可以通過單片機5中的模擬量輸出單元，根據(jù)所述升降幅度值的變化，產(chǎn)生相對應的電壓模擬量，并利用所述電壓模擬量控制絞車電磁剎車裝置減速。

絞車電磁剎車裝置的減速過程可以實現(xiàn)對游動滑車升降幅度值的控制，但是由于絞車電磁剎車裝置的減速過程相對比較緩慢，所以可能會出現(xiàn)升降幅度值在超過預設上限值后，繼續(xù)增大的情況，或者是升降幅度值小于預設下限值后，繼續(xù)減小的情況。針對該種情況，單片機5可以根據(jù)預先設置的第二預設條件，通過控制絞車氣動剎車裝置進行緊急剎車。

接下來將對升降幅度值滿足第二預設條件的具體情況展開介紹。針對于游動滑車起升時對應的幅度值，可以在單片機5中的第二監(jiān)測單元預先設置最高限位值；針對于游動滑車下放時對應的幅度值，可以在單片機5中的第二監(jiān)測單元預先設置最低限位值。也即預先設置的第二預設條件包括預先設置最高限位值和最低限位值。

針對游動滑車起升過程，最高限位值可以看做是游動滑車升降幅度值的上限值，當游動滑車的升降幅度值大于或等于該最高限位值時，則說明此時游動滑車的升降幅度值已經(jīng)接近極限，若繼續(xù)增大則會導致游動滑車的冒頂天車。

針對游動滑車下放過程，最低限位值可以看做是游動滑車升降幅度值的下限值，當游動滑車的升降幅度值小于或等于該最低限位值時，則說明此時游動滑車的升降幅度值已經(jīng)接近極限，若繼續(xù)降低則會導致游動滑車砸鉆臺。

絞車氣動剎車裝置可以看做是一種快速剎車的過程。在絞車電磁剎車裝置減速過程中，若游動滑車的升降幅度值大于或等于最高限位值或者是當游動滑車的升降幅度值小于或等于最低限位值時，可以通過絞車氣動剎車裝置進行緊急剎車，從而防止游動滑車冒頂天車。

具體的，當單片機5中的第二監(jiān)測單元，監(jiān)測到升降幅度值大于或等于最高限位值或者是當升降幅度值小于或等于最低限位值時，則觸發(fā)所述氣動控制輸出單元，輸出氣動控制信號，從而控制絞車氣動剎車裝置制動。

為保證AD轉(zhuǎn)換器2、信號處理器4以及單片機5的正常工作，需要為其提供工作時所需的電壓，在本實用新型實施例中，直流開關電源6分別與所述AD轉(zhuǎn)換器2、所述信號處理器4以及所述單片機5連接，用于為所述AD轉(zhuǎn)換器2、所述信號處理器4以及所述單片機5提供相應的電壓。

在本實用新型實施例中，可以采用直流24V供電，直流開關電源6可以采用直流電壓轉(zhuǎn)換器(DC/DC)，將24V電壓轉(zhuǎn)換為各部分所需的電壓值，供給各部分負載，例如AD轉(zhuǎn)換器、信號處理器和單片機等。

由上述技術方案可以看出，對于鉆機設備的懸重指示，可以通過壓力傳感器測量死繩固定器的壓力值，得到死繩固定器的載荷信號；由于該載荷信號為模擬信息，需要經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換器將所述載荷信號轉(zhuǎn)換為載荷值；對于游動滑車的的升降幅度值，可以通過絞車編碼器獲取與游動滑車升降幅度相關的脈沖信號；并通過信號處理器對所述脈沖信號進行抗干擾處理，并依據(jù)所述脈沖信號的相序判斷出絞車的運動方向；單片機與該信號處理器連接，可以依據(jù)所述脈沖信號的相序和累計數(shù)量計算出游動滑車的升降幅度值，單片機可以對載荷值和升降幅度值進行監(jiān)測，當載荷值大于或等于預設載荷值或者是當升降幅度值滿足第一預設條件，則控制絞車電磁剎車裝置減速；當載荷值大于或等于最大載荷值或者是當升降幅度值滿足第二預設條件，則控制絞車氣動剎車裝置制動?？梢姡ㄟ^鉆機絞車控制器，可以自動獲取到鉆機設備的載荷值和游動滑車的升降幅度值，并且實現(xiàn)對鉆機絞車剎車裝置的自動化控制。

為了進一步提升所述鉆機絞車控制器的性能，如圖2所示，在該鉆機絞車控制器中還可以設置LED數(shù)碼管7、控制按鍵器8和聲光報警器9。

所述LED數(shù)碼管7與所述單片機5連接，設置LED數(shù)碼管7的目的在于，可以便于操作者直接觀察到鉆機設備的載荷值和游動滑車的升降幅度值。

當需要對鉆機設備的載荷值進行控制時，單片機5可以觸發(fā)所述LED數(shù)碼管7，用于顯示載荷值；當需要對游動滑車的的升降幅度值進行控制時，單片機5可以觸發(fā)所述LED數(shù)碼管7，用于顯示升降幅度值。

其中，該LED數(shù)碼管7可以采用4位數(shù)碼管。

為了便于用戶可以根據(jù)實際情況進行參數(shù)的設定，該鉆機絞車控制器中還可以包括控制按鍵器8。

所述控制按鍵器8與所述單片機5連接，用于接收用戶設置的數(shù)值，并將所述數(shù)值傳送至所述單片機5。

其中，設置的數(shù)值可以包括載荷值的顯示精度值和預設載荷值以及上述介紹中的預設上限值和預設下限值等。

當實際載荷值大于或等于預設載荷值或者升降幅度值滿足第一預設條件時，為了可以及時提醒用戶，該鉆機絞車控制器中還可以包括聲光報警器9：

所述聲光報警器9分別與所述單片機5和所述直流開關電源6連接，當所述載荷值大于或等于所述預設載荷值或當所述升降幅度值滿足所述第一預設條件時，所述單片機5控制所述聲光報警器9發(fā)出聲光信號；所述直流開關電源6為所述聲光報警器9提供相應的工作電壓。

需要說明的是，在本實用新型實施例中，可以在鉆機絞車控制器中設置LED數(shù)碼管7、控制按鍵器8和聲光報警器9中的任意一個或任意組合，在此不做限定。圖2所示，僅以同時設置LED數(shù)碼管7、控制按鍵器8和聲光報警器9為例展開的介紹。

以上對本實用新型所提供的一種鉆機絞車控制器進行了詳細介紹。說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本實用新型權利要求的保護范圍內(nèi)。