Система управления буровым станком

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК аег (гг)1 СССР ОТКРЫТИЙ(71) Донецкое отделение ИнститутафГипроуглеавтоматизация(56) 1. Авторское свидетельство СССРР 600296, кл. Е 21 С 5/00 1978.2. Авторское свидетельство СССРВ 929826, кл. Е 21 В 44/00, 1980(54)(57) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БУРОВЫМСТАНКОМ, содержащая датчик наличиябуровых штанг, датчик переднего положения механизма подачи, соединенный с йервым входом блока управлениядатчик контроля заднего положениямеханизма питателя, соединенный сотключающим входом первого триггера,с вторым входом блока управления,с включающим входом элемента ЗАПРЕТи с одним входом первого элемента И,другой вход которого соединен с первым выходом блока управления, а выход - с входом распределителя подачиводы и с одними иэ входов элементаИЛИ, выход которого соединен с входами распределителей включения исполнительного механизма подачи вперед и включения механизма вращения .бурового става вправо, распределители включения механизма питателявперед и назад соединены с включаюГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОПИСАНИЕ ИЗ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ш Е 21 В 44/00 г Е 21 С 5/00 щимн входами триггеров, выход одногоиз которых соединен с третьим входомблока управления и датчиком контроляположения механизма подачи, а выходдругого -,с датчиком контроля соединения буровых штанг, отключающий.вход второго зриггера соединен с выходом датчика контроля переднего по"ложения механизма питателя, распределители включения механизма подхвата соединены с вторым и. третьимвыходами блока управления, датчикконтроля закрытия подхвата соединенс четвертым и пятым входами блока ..управления, четвертый выхад блокауправления соединен с распределителями включению механизма вращениябурового стаэа влево и включенияисполнительного механизма подачи на- Ц)эад, выход элемента ЗАПРЕТ соединен фифас шестым входом блока управления,о т л и ч а ю щ а я.с я тем, что,с целью повышения надежности работысистемы, датчик наличия буровых. Майштанг установлен в подающих рукоятях ,макпитателя и введен второй элемент И,один иэ входов которого соединен с (Ядатчиком наличия буровых штанг,другой вход - с датчиком, контроляпереднего положения механизма пита- ффтеля, а выход - с другим входом эле- фмента ИЛИ, датчик контроля наличиябуровых штанг соединен с отключающим 00входом элемента ЗАПРЕТ.Иэобретейие относится к системе управления горными машинами, в частности буровыми станками. известна система автоматическогоуправления бурильной установкой, содержащая блок управления с ячейкойпамяти пуска, соединенные с блокомуправления распределители включенияприводов промывки и продувки шпура,вращения и подачи бурового инструмента, а также датчики контроля конечных положений инструмента 1 3Однако это устройство не обеспечивает автоматического наращиваниябурового става,Наиболее близкой к предлагаемой 10 является система управления буровым станком, содержащая блок управления с кнопками Пуск фф, фСтоп и тригханизмов подачи и вращения бурового стана, питателя и подхвата, очисткискважины датчики контроля конечныхположений механизмов подачи бурового става, питателя, подхвата, соединения буровой штанги со ставом,а также логические элементы ИЛИ, И,ЗАПРЕТ и триггеры с разделительными,входами, причем управляющие входыраспределителя включения механизмапитателя соединены с выходами соот 30 ветствующих триггеров с раздельными входами, включающие входы последних соединены с выходами соответствую" 3 щих датчиков контроля конечных положений механизма питателя и с выходами элементов ИЛИ и И, причем входэлемента И соединен с блоком управления, а выход - с управляющим входом распределителя включения исполнительного механизма очистки скважины и с вторым входом элемента ИЛИ,выход которого соединен с управляющими входами распределителей включения исполнительных механизмов подачи и вращения бурового става, включающие вхады триггеров с раздельными входами соединены с выходами датчика контроля заднего конечного положения механизма по-. дачи бурового инструмента и датчика контроля соединения штанги со ставом, а питающий вход триггера с раздельными входами запоминанияпусковой операцци в блоке чпоавления 55 соединен с выходом кнопки "Стоп"2) Недостатком системы является отсутствие контроля новой штанги наоси бурения. Новая штанга на ось бурения по 60 дается из питателя посредством подающих рукоятей. В период перемещенияновой штанги из писателя на ось бурения штанги в подающих рукоятях может не оказаться (не осуществлялся гером с раздельными входами для запоминания пусковой операции и соединенные с блоком управления распределители включения исполнительных меЗахват штанги, штангу выбило куском породы и т.д.) и может произойти ложное соединение штанги с буровым ставом, так как датчики контроля наличия штанг в питателе и переднего положения питателя дают разрешение на включение следующего цикла. При бурении скважины вверх ложное соединение штанги со ставом может привести к поломке бурового станка.Цель изобретения - повышение надежности работы системы за счет сокращения поломок.Поставленная цель достигается тем, что в системе управления буровым станком содержащей датчик наличия буровых штанг, датчик переднего положения механизма подачи, соединенный с первым входом блока управления, датчик контроля заднего положения механизма питателя, соединенный с, отключающим входом первого триггера, с вторым входом блока управления, с включающим входом элемента ЗАПРЕТ и с одним входом первого элемента И, другой вход которого соединен с первым выходом блока управления, а выход - с входом распределителя подачи воды н с одним из входов элемента ИЛИ, выход которого соединен с входами распределителей включения исполнительного механизма подачи вперед и включения механизма вращения бурового става вправо, распределители включения механизма питателя вперед и назад соединены с включающими входами триггеров, выход одного .из которых соединен с третьим входом блока управления и датчиком контроля положения механизма подачи, а выход другого - с датчиком контроля соединения буровых штанг, отключающий вход второго триггера соединен с выходом датчика контроля переднего положения механизма питателя, распределители включения механизма подхвата соединены с вторым и третьим выходами блока управления, датчик контроля закрытия подхвата соединен с четвертым и пятым входами блока управления, четвертый выход блока управле" ния соединен с распределителями вклю чения механизма вращения бурового става влево и включения исполнительного механизма подачи назад, выход элемента ЗАПРЕТ соединен с шестым входом блока управления, датчик наличия буровых штанг установлен в подающих рукоятях питателя и введен второй элемент И, один из входов которого соединен с датчиком наличия буровых штаиг, другой вход - с датчиком контроля переднего положения механизма питателя, а выход - с другим входом элемента ИЛИ, датчик конт,роля наличия буровых штанг соединен с отключающим входом элемента. ЗАПРЕТ.На.чертеже показана схема системы управления буровым станком.Система управления, реализованная; например,на,пневмоэлементах, содержит блок 1 управления с кнопками фПуск, фСтопф и триггером 2 с 5 раздельными входами для запоминания пусковой операции, распределители 3 и 4 для включения исполнительного механизма 5 подачи бурового става назад и вперед, распределители б и 10 7 включения механизма 8 вращения бурового става влево и вправо, распределители 9 и 10 для включения механизма 11 подхвата, служащего для Фиксации бурового става, распре делители 12 и 13 включения вперед и назад механизма питателя, служащего для подачи буровых.штанг на ось бурения, распределитель 15 подачи воды (или воздуха) в скважину для ее очистки, датчик 16 контроля закрытия подхвата, контролирующий технологическую операцию Фиксации бурового става в скважине, датчик 17 контроля соединения буровых штанг, контролирующий окончание процесса соединения штанг, т.е, наращивания бурового става, датчик 18 контроля наличия буровых штанг, контролирующий наличие штанги в подающих рукоятях 19, датчики 20 и 21 контроля 3 О соответственно переднего.и заднего положений механизма питателя 14, (а следовательно, и рукоятей 19), служащего для подачи буровых штанг из неподвижной части питателя 22 на 35 ось бурения, датчики 23 и 24 контроля соответственно переднего и заднего положений механизма 5 подачи бурового става, служащего для контроля подачи бурового, става в про цессе бурения. Механизм 8 вращения бурового става закреплен на подвижной части механизма 5 подачи. В систему управления входят также 45 триггеры с раздельными входами 25 и 26, осуществляющие Функцию запоминания технологической операции перемещения механизма питателя 14 с рукоятями 19 назад и вперед, а также логические элементы И 27, ИЛИ 28, ЗАПРЕТ 29. В блок 1 управления входят логические элементы И 30, триггер 31 с раздельными входами, осу" ществляющий функцию запоминания технологической операции фМеханизм 11 подхвата закрыт, элемент ЗАПРЕТ 32, элемент ИЛИ 33, импульсатор 34,состоящий из элемента ЗАПРЕТ и звена задержки иэ дросселя и обратного клапана. Элементы, входящие в блок 60 1 управления, осуществляют логическую связь между датчиками контроля, распределителями и кнопками 1 фПускф и фСтоп 1. Наличие этих элементов не является обязательным для блока 65 1 управления и служит примером егоосуществленияСистема управления содержит также элемент и 35, один из входовкоторого соединен с выходом датчика18, контролирующего наличие штангив подающих рукоятях 19, второй вход -с выходом датчика 20 контроля переднего положения механизма питателя14 и рукоятей 19, а выход - черезлогический элемент, например,ИЛИ 28 и распределители 4 и 7 с механизмом 5 подачи бурового стававперед и механизмом 8 вращения вправо, т.е. с исполнительными механизмами, обеспечивающими соединениештанги с буровым ставом.Система работает следующим образом,В исходном положении буровойстав заФиксирован в скважине механизмом 11 подхвата (подхват закрыт),датчик 16 контроля этого положениянаходится во включенном состоянии.Рукояти 19 питателя 22 находятсяв переднем положении, т,е. штанганаходится на оси бурения, датчик 20контроля Этого положения находитсяво включенном состоянии, механизм 15подачи бурового става. - в крайнемзаднем положении, а датчик 24, контролирующий это положение " во включенном состоянии (такое расположениеисполнительных механизмов и состояние датчиков изображено на чертеже).Для запуска системы необходимонажать кнопку Пуск, расположеннуюв блоке 1 управления, при этом включается триггер 2 с разделительнымивхцдами и сигнал с его выхода идетна включение маслостанции. С разворотом привода масластанции (не ноказан) появляется давление в гидросистеме.Наличие двух сигналов на выходахдатчиков 18 и 20, контролирующихналичие штанги в рукоятях 19 и механизма питателя 14 в переднем положении, включает элемент И 35, сигналс которого через элемент ИЛИ 28 ираспределители 4 и 7 включает исполнительные механизмы 5 и 8 соответственно подачи вперед и вращения вправо, Происходит процесс соединенияновой штанги с буровым ставом, Поокончании этого процесса, контролируемого датчиком 17, т.е. его срабатывания, сигнал с его выхода поступает на включающий вход триггера25, последний срабатывает и сигналс его выхода поступает на включениераспределителя 13 .включения механизма питателя 14 назад. При отходемеханизма питателя 14, с рукоятями19 назад вклЮчается датчик 20, конт"ролирующий это положение, следовательно, снимаются управляющие сигналы с распределителей 4 и 7 (пода1059148 ли 4, 7 и 11 подачи бурового става вперед, вращения вправо и очистки скважины соответственно. Таким обрача бурового става вперед и вращение его вправо), они отключаются и,.тем самым, прекращают процесс соединения штанги с буровым ставоМ. Когда механизм питателя 14 вернется в крайнее заднее положение, срабатывает датчик 5 18, контролирующий это положение, так как подающие рукояти 19 захватывают новую штангу, находящуюся в неподвижной части питателя 22, и датчик 21 контроля заднего положе- Щния механизма питателя 14 с рукоятями 19, сигнал с выхода датчика 18 контроля штанги в рукоятях поддерживает в выключенном состоянии элемент ЗАПРЕТ 29, а сигнал с выхода датчика 21 контроля заднего положения механизма питателя поступает на от" ключающий вход триггера 25 и на уп-равляющий вход 36 блока 1 управления, Командный сигнал с выхода 37 блока 1 управления через распределитель 10 включает механизм подхвата на раскрытие на время, определяемое настройкой звена импульсатора 34, в то же время сигнал с датчика 21 контроля заднего положения механизма питателя поступает на управляющий вход элемента И 27 и на включающий вход элемента ЗАПРЕТ 29, ко на входе последнего сигнал не появляется, , так как на его отключающий вход поступает сигнал от датчика 18 наличия штанги в подающих рукоятях. При срабатывании механизма 11 подхвата на раскрытие (расфиксация бурового става) срабатывает (отключается) дат чик 1 б закрытия подхвата, тем самым снимается сигнал с его выхода, т,е. происходит снятие командного сигнала с входа 38 блока 1 управдения, в результате чего на выходе элемента 4 О ЗАПРЕТ 32 появляется командный .сигнал с выхода 39 блока 1 управления, поступающий на второй вход элемента И 27, сигнал с выхода последнего по" ступает на включающий вход распреде лителя 15 включения технологической операции очистки скважины и на вто рой вход элемента ИЛИ 28, выходной сигнал с которого поступает на включающие входы распределителей 4 к 7, т.е. происходит процесс бурения.После того, как скважина пробу- рена на глубину, равную длине штанги, срабатывает датчик 23 контроля крайнего положения механизма подачи, командный сигнал с его выхода поступает на вход 40 блока 1 управления, на вход элемента ИЛИ 33 к далее на, включающий вход триггера 31, командный сигнал (выход 37 1 блвка управления) которого приво дит к включению распределителя 9включения механизма 11 подхвата(фиксация бурового става) и одновре менно сигнал с выхода триггера 31 поступает на второй вход элемента 65 И 30, командный сигнал (вход 40) которого включает распределитель 3 подачи исполнительного механизма 5 назад и распределитель б вращения исполнительного механизма 5 влево, Одновременно сигнал с датчика 23 контроля переднего положения механизмаподачи, проходя элемент ИЛИ 33, поступает на отключающий вход элементаЗАПРЕТ 32 блока 1 управления, темсамым. снимая питающий сигнал с элемента И 27 и отключая распределитезом, происходит процесс разъединениямеханизма. 8 вращения от бурового става, находящегося в скважине, и воз-,вращение механизма 5 подачи в крайнее заднее положение, прк которомсрабатывает датчик 24 контроля заднего положения, командный сигналкоторого поступает с входа 42 блока1 управления и на включающий входтриггера с раздельными входами 2 б,осуществляющий функции запоминаниятехнологической операции перемещениямеханизма питателя 14 с рукоятями 19вперед, и технологический цикл системы управления буровым станком повтоРяется,Когда последняя штанга иэ питателя 22 подана на ось бурения, происходит соединение со ставом, осуществляется раскрытие Механизма 11 подхвата, подающие рукояти 19 и механизм йитателя 14 возвращаются в край"нее заднее положение (последовательность этих операций приведена выше),срабатывает датчик 21 контроля заднего положения механизма питателя14 и рукоятей 19, сигнал с выходакоторого поступает на включающий входэлемента ЗАПРЕТ 29, а запрещающийсигнал от датчика 18 наличия штангив рукоятях 19 на элемент ЗАПРЕТ 29не поступает, поэтому сигнал с выходаэлемента ЗАПРЕТ 29 поступает на отключающий вход 43 блока 1 управления(на триггер 2 с раздельными входами,служащий для запоминания пусковойоперации)Триггер 2 отключается,отключая все исполнительные механизмыстанка.В этот момент все исполнительные механизмы ставка находятся вудобном положении для заполнения пк-тателя новыми буровыми штангами,Когда питатель заполнен штангамии в подающих рукоятях находитсяштанга, остается нажать кнопкуфПускф, и прерванный технологический цикл бурения восстановится, т.е.при наличии штанги в подающих рукоятях 19 срабатывает датчик 18 наличия штанги в рукоятях, с выхода которого , сигнал поступает на отключающий вход элемента ЗАПРЕТ 29 и, тем самым, снимает командный сигнал с входа 43 бло)иколай кто аказ 9776/3 аж 603дарственнизобретенЖ, Ра Подп комитета СССР и открытий кая наб., д, 4/исно ВНИИПИ Го по делам 113035, Москво Патент ф , гУжгород, ул. П ли 4 ектн ка 1 управления (с отключающего входатриггера 2). Выше описана нормальная (без аварийных ситуаций) работа системы управления буровым .станком.5 Если в момент перемещения подающих рукоятей 19 вперед (механизм питателя вперед) штанги в рукоятях не окажется (выбило породой, не осущест-(О вился захват штанги и т.д.), датчик 18 контроля наличия штанги в.подающих рукоятях не срабатывает, и последующая операция - соединение штанги с буровым ставом - не включается, )5 так как на элементе И 35 только один входной сигнал от датчика 20 контроля переднего положения механизма питателя 14, а следовательно, нет и выхода на элементе И 35, т.е. не включаются о распределители 4 и 7, вкгпочающие меф ханиэм 5 подачи бурового става вперед и механизм 8 вращения буровогостава вправо.Известная система управления буровым станком допускает воэможностьложного процесса соединения штангис буровым станом беэ наличия штангина оси бурения, что приводит к полоМке станка при бурении восходящихскважин, так как контроль наличияштанг осуществляется в неподвижнойчасти питателя, а не в подающих Рукоятях,Введение датчика кбнтроля наличияштанги в подающих рукоятях питателяи дополнительного элемента И соединенных определенным образом, позволяет избежать ложные срабатываниясоединения штанги с буровым станомпри отсутствии штанги на оси бурения,а следовательно, избежать непредвиденные поломки станка и, тем самым,повысить срок службы станка и егопроизводительность