專利名稱：一種泥漿泵控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種泥漿泵控制技術(shù)，特別是一種泥漿泵控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
泥漿泵是鉆探過程中，向鉆孔里輸送泥漿或水等沖洗液的機(jī)械。泥漿泵是鉆探設(shè) 備的重要組成部分，在常用的正循環(huán)鉆探中，它是將地表沖洗介質(zhì)——清水、泥漿或聚合物 沖洗液在一定的壓力下，經(jīng)過缸套、水龍頭及鉆桿柱中心孔直送鉆頭的底端，以達(dá)到冷卻鉆 頭、將切削下來的巖屑清除并輸送到地表的目的。常用的泥漿泵是活塞式或柱塞式的，由動(dòng) 力機(jī)帶動(dòng)泵的曲軸回轉(zhuǎn)，曲軸通過十字頭再帶動(dòng)活塞或柱塞在泵缸中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在吸入 和排出閥的交替作用下，實(shí)現(xiàn)壓送與循環(huán)沖洗液的目的。目前使用的泥漿泵，其在使用的過程中，需要根據(jù)實(shí)際需要，提供不同的泵壓。由 于不同的缸套所能夠承受的壓力是不同的，因此在需要提供不同泵壓時(shí)，需要跟換缸套，同 時(shí)調(diào)整動(dòng)力機(jī)所提供的動(dòng)力，以滿足所需泵壓，頻繁地更換缸套和調(diào)節(jié)動(dòng)力機(jī)，一方面使得 操作繁多，工作效率低下，另一方面使得缸套之間的配合因多次拆卸而不緊密。一般情況 下，泥漿泵是采用汽油機(jī)或者動(dòng)力機(jī)等動(dòng)力裝置作為動(dòng)力，帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)使泥漿泵進(jìn)行工 作，采用該類傳動(dòng)裝置的泥漿泵，主要通過泥漿泵上的空氣包控制缸套內(nèi)的壓力，采用空氣 包控制泵壓，缸套內(nèi)的壓力波動(dòng)大，且所需缸套級(jí)數(shù)多，更換缸套操作繁瑣，效率低下。更先 進(jìn)一點(diǎn)的泥漿泵，其動(dòng)力采用的是變頻電機(jī)，由變頻電機(jī)通過皮帶輪等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將動(dòng)力傳 遞至缸泵帶動(dòng)泥漿泵運(yùn)行。由于在動(dòng)力傳遞中采用了皮帶輪等傳動(dòng)裝置，一方面通過傳動(dòng) 裝置，使得泥漿泵的的反應(yīng)遲緩，無法迅速地進(jìn)行控制，另一方面采用皮帶輪傳遞，皮帶容 易打滑，無法精確地控制缸套內(nèi)的泵壓，不能夠有效地減少所需缸套的級(jí)數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的在于針對上述存在的問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、缸 套級(jí)數(shù)少、成本低廉、便于維護(hù)、能夠迅速有效地對泵壓進(jìn)行監(jiān)控和報(bào)警處理的泥漿泵控制 系統(tǒng)，該泥漿泵控制系統(tǒng)，壓力波動(dòng)小，泥漿泵壽命長。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
本發(fā)明的泥漿泵控制系統(tǒng)，包括泥漿泵和缸套，所述缸套連接于泥漿泵上，該控制系統(tǒng) 還包括HMI、PLC、變頻器和壓力傳感器，所述HMI與PLC連接，所述PLC與變頻器連接，所述 變頻器與泥漿泵連接，所述壓力傳感器設(shè)置于缸套內(nèi)且連接于PLC上。由于采用了上述結(jié)構(gòu)，形成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)。由于該控制系統(tǒng)是與機(jī)電融合 設(shè)計(jì)的結(jié)果，沒有皮帶輪等其他傳動(dòng)附件，使得泵壓和電機(jī)的轉(zhuǎn)矩形成一個(gè)很簡單的一元 線性關(guān)系。在具體操作時(shí)，操作者首先在HMI上輸入所需工作泵壓值和缸套直徑，IMF將工 作泵壓值傳遞至PLC上，PLC控制系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出工作泵壓、缸套和電機(jī)扭矩的對應(yīng)關(guān)系， 然后PLC將控制信號(hào)傳遞至變頻器上，從而控制變頻器對泥漿泵的供電的多少，控制泥漿 泵的扭矩，所述泥漿泵由電機(jī)與泵缸連接組成，電機(jī)只能輸出工作泵壓時(shí)所需要的扭矩，當(dāng)
3泵壓產(chǎn)生的力和電機(jī)扭矩產(chǎn)生的力達(dá)到平衡時(shí)，電機(jī)再也不能提供高于工作泵壓的扭矩， 準(zhǔn)確地控制泵壓不超限，從而對整個(gè)液力端的工作過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的安全保護(hù)，有效地避免 了安全事故的發(fā)生，且便于操作。由于在缸套內(nèi)設(shè)置有壓力傳感器，并利用立管壓力作為 壓力回饋，和工作立管壓力做比較，如遇到壓力異常，壓力傳感器將信號(hào)傳遞至PLC控制系 統(tǒng)上，控制系統(tǒng)做出迅速反應(yīng)降低泵沖或提出報(bào)警等，報(bào)警上下限值可以手工在HMI上設(shè) 置也通過PLC的程序中根據(jù)一元線性關(guān)系自動(dòng)生成。一般情況下，PLC的循環(huán)周期能控制 在IOOms以內(nèi)，收到信號(hào)后處理器能及時(shí)的做出指令，避免事故發(fā)生。由于采用了上述技 術(shù)，僅需要選擇較大級(jí)數(shù)的缸套即可，可做到在5000psi壓力以內(nèi)不換缸套，所以在很寬的 壓力范圍內(nèi)可以忽略缸套的因素，如果需要考慮缸套因素則直接在HMI上選擇缸套型號(hào)即 可。由于采用了上述技術(shù)，大大地減少了所需的缸套，從而降低了成本，減少了更換缸套的 時(shí)間，提高了工作效率。本發(fā)明的泥漿泵控制系統(tǒng)，所述泥漿泵為直驅(qū)式泥漿泵。由于采用了上述結(jié)構(gòu)，泥漿泵為直驅(qū)式泥漿泵，便于控制泥漿泵的轉(zhuǎn)速，且啟動(dòng)平 穩(wěn)，無沖擊，工作平順。本發(fā)明的泥漿泵控制系統(tǒng)，所述泥漿泵為直驅(qū)式五缸泥漿泵。由于采用了上述結(jié)構(gòu)，泥漿泵為直驅(qū)式五缸泥漿泵，使得泥漿泵在工作過程中不 會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)高壓，工作平穩(wěn)，且更利于泥漿泵轉(zhuǎn)速的控制。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是
1、本發(fā)明的泥漿泵控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、操作便捷、成本低廉；
2、本發(fā)明的泥漿泵控制系統(tǒng)，無中間環(huán)節(jié)的動(dòng)力傳遞裝置，直接控制驅(qū)動(dòng)電 機(jī)，能夠?qū)δ酀{泵進(jìn)行精確控制，反應(yīng)迅速；
3、本發(fā)明的泥漿泵控制系統(tǒng)，采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，從而對泥漿泵液力端的 工作過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的安全保護(hù)，有效地避免了安全事故的發(fā)生；
4、本發(fā)明的泥漿泵控制系統(tǒng)，所需缸套級(jí)數(shù)少，便于維修，大大地節(jié)約了成 本，較少了缸套更換時(shí)間，提高了效率；
5、本發(fā)明的泥漿泵控制系統(tǒng)，工作過程中不會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)高壓，壓力波動(dòng)小， 對泥漿泵的震動(dòng)小，壽命長，降低成本。


圖1是本發(fā)明的泥漿泵控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的泥漿泵控制系統(tǒng)的工作原理圖。圖中標(biāo)記1_泥漿泵、2-缸套、3-壓力傳感器、①-實(shí)際電機(jī)扭矩值、②-實(shí)際泵 壓值。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作詳細(xì)的說明。為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
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如圖1、圖2所示，本發(fā)明的泥漿泵控制系統(tǒng)，包括泥漿泵1和缸套2、HMI、PLC、變 頻器和壓力傳感器3，所述缸套2連接于泥漿泵1上，所述HMI是Human Machine Interface 的縮寫，叫做“人機(jī)接口 ”，也叫人機(jī)界面，是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介， 它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。所述PLC為Programmable logic Controller的縮寫，即可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境 應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控 制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類 型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。所述HMI與PLC連接，所述PLC與變頻器連接，所述變頻器與泥漿泵 1連接，所述壓力傳感器3設(shè)置于缸套2內(nèi)且連接于PLC上。所述泥漿泵1為直驅(qū)式五缸泥 漿泵。本發(fā)明的泥漿泵控制系統(tǒng)，在操作時(shí)，首先在HMI上輸入所述工作泵壓值，視情 況而定可以同時(shí)輸入缸套直徑值，HMI將數(shù)值傳遞至PLC，PLC根據(jù)輸入的數(shù)值計(jì)算所訴 電機(jī)扭矩限制值，同時(shí)調(diào)整泵沖，PLC控制變頻器對泥漿泵1的電機(jī)的電力供應(yīng)，從而控 制泥漿泵1液力端的扭矩，達(dá)到控制缸套2內(nèi)壓力的目的。安裝在缸套2內(nèi)的壓力傳感 器3，隨時(shí)將泥漿泵1內(nèi)的實(shí)際泵壓值②傳遞至PLC內(nèi)，PLC利用立管壓力作為壓力回饋， 和工作立管壓力做比較，如遇到壓力異常，則控制系統(tǒng)做出迅速反應(yīng)降低泵沖或提出報(bào)警 等，報(bào)警上下限值可以設(shè)置也可以自動(dòng)生成，例如當(dāng)在HMI中輸入的數(shù)值為30MPa時(shí)， PLC根據(jù)其值，設(shè)定最低報(bào)警立管壓力，如30MPa，此時(shí)操作者可以根據(jù)實(shí)際情況作出調(diào) 整；設(shè)定工作立管壓力，如30MPa，實(shí)時(shí)值與所需的工作泵壓一致，此時(shí)正常；設(shè)定報(bào)警立 管壓力，如30+30X10%=33MPa，此時(shí)操作者根據(jù)情況可以做出調(diào)整；設(shè)定故障立管壓力，如 30+30X20%=36MPa，此時(shí)泥漿泵1收到PLC信號(hào)立即停機(jī)。變頻器控制向泥漿泵1的電機(jī) 供電，控制泥漿泵1的扭矩，同時(shí)電機(jī)向變頻器反饋實(shí)際電機(jī)扭矩值①，變頻器根據(jù)向PLC 傳遞該值，從而PLC根據(jù)實(shí)際扭矩值與實(shí)際泵壓值、所述工作泵壓值進(jìn)行計(jì)算，從新對變頻 器進(jìn)行指令，使變頻器對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，以達(dá)到控制泥漿泵1扭矩的效果。本發(fā)明的泥漿泵控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、操作便捷、成本低廉；無中間環(huán)節(jié)的動(dòng)力傳 遞裝置，直接控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)，能夠?qū)δ酀{泵進(jìn)行精確控制，反應(yīng)迅速；采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)， 從而對泥漿泵液力端的工作過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的安全保護(hù)，有效地避免了安全事故的發(fā)生；所 需缸套級(jí)數(shù)少，便于維修，大大地節(jié)約了成本，較少了缸套更換時(shí)間，提高了效率；工作過程 中不會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)高壓，壓力波動(dòng)小，對泥漿泵的震動(dòng)小，壽命長，降低了成本。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種泥漿泵控制系統(tǒng)，包括泥漿泵(1)和缸套(2)，所述缸套(2)連接于泥漿泵(1)上，其特征在于該泥漿泵控制系統(tǒng)還包括HMI、PLC、變頻器和壓力傳感器(3)，所述HMI與PLC連接，所述PLC與變頻器連接，所述變頻器與泥漿泵(1)連接，所述壓力傳感器(3)設(shè)置于缸套(2)內(nèi)且連接于PLC上。
2.如權(quán)利要求1所述的泥漿泵控制系統(tǒng)，其特征在于所述泥漿泵(1)為直驅(qū)式泥漿泵。
3.如權(quán)利要求2所述的泥漿泵控制系統(tǒng)，其特征在于所述泥漿泵(1)為直驅(qū)式五缸泥漿泵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種泥漿泵控制系統(tǒng)，屬于泥漿泵控制技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的泥漿泵控制系統(tǒng)，包括泥漿泵(1)和缸套(2)，所述缸套(2)連接于泥漿泵(1)上，其特征在于該控制系統(tǒng)還包括HMI、PLC、變頻器和壓力傳感器(3)，所述HMI與PLC連接，所述PLC與變頻器連接，所述變頻器與泥漿泵(1)連接，所述壓力傳感器(3)設(shè)置于缸套(2)內(nèi)且連接于PLC上。本發(fā)明的泥漿泵控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，成本低廉，能夠迅速有效地對泵壓進(jìn)行監(jiān)控和報(bào)警處理，壓力波動(dòng)小，鉆具損壞少，泥漿泵壽命長，節(jié)約成本。
文檔編號(hào)F04B15/02GK101975155SQ201010523520
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者吳顯科, 羅劍, 鄧果 申請人:四川宏華石油設(shè)備有限公司