Устройство для управления процессом бурения

(1)5 Е 21 В 44/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДМфСТВЕККЫЙ КОМИТЕТГЮ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМГРИ ПЮТ СССР(56) Авторское свидетельство СССР Р 1033717, кл. Е 21 В 44/00, 1981.Авторское свидетельство СССР В 73919, кл. Е 2 В 45/00, 1978.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ БУРЕНИЯ(57) Изобретение относится к автоматическому управлению параметрами режима бурения скважины и позволяет повысить точность поддержания осевой нагрузки (ОН) для буровых станков с гидравлической системойподачи.Устр-во состоит из генератора 1 пилообразно 2го напряжения, датчиков 2 и 6 угла поворота рукоятки дросселя и ОН, блока 3 вычисления коэФфициента усиления, усилителя 4, задатчика 5 ОН,сумматора 7, регулятора 8, блоков 9 и 10 сравнения (БС) и исполнительного механизма (ИИ) 11. В устр-ве для равномерного изменения ОН во всем диапазоне поворота рукоятки дросселя изменяется скорость ИИ 31, перемещающего рукоятку. Для этого сигнал с датчика 2 через блок 3 подается на управляющий вход усилителя 4, а сигнал с генератора 1 через усилитель 4 и сумматор 7 подается на первые входы БС 9 и 1 О. Текущее и заданное значения ОН Фиксируются датчиком 6 и задатчиком 5 соответственно. Сигнал рассогласования с регулятора 8 поступает на вторые входы БС 9 и 10. В зависимости от величины и знака рассогласования управляющий сигнал определенной величины с БС 9 и 10 воздействует на ИИ 11. 4 ил.Изобретение относится к бурениюскважин, в частностик самонастраивающимся системам автоматического управления параметрами режима бурения для стан 5ков с гидравлической системой подачи.Бель изобретения - повьпчение точности поддержания осевой нагрузки длябуровых станков с гидравлической системой подачи,ОНа фйг.) приведена блок-схема устройства; на фиг.2 - схема блока вычисления коэффициента усиления; нафиг.З - график зависимости измененияосевой нагрузки от угла поворота рукоятки дросселя; на фиг.4 - временнаядиаграмма работы устройства.В основе работы устройства лежитследующее. Гидравлическая система подачи шпинделя буровых станков обеспечивает плавную подачу снаряда по мере углубки скважин с помощью двух гидроцилиндров с регулированием подачидросселей на сливе гидросистемы.Регулирование подачи производитсядроссельным краном, который закрывает или открывает калибровочное отверстие конусной формы, изменяя количество жидкости, поступившей в полостицилиндра. 30В силу конструктивных особенностейдроссельного крана (конусрукояткидросселя входит в конус корпуса) усилие, передаваемое рукояткой дросселяпри ее повороте на одинаковый угол,35неравномерно, вбарастая к концу операции полного закрытия крана, обеспечивает максимальную подачу шпинделя.Вследствие этого зависимость изменения осевой нагрузки на коронку от угла поворота рукоятки дросселя имеетявно нелинейный характер. Так, в начале операции скорость нарастанияосевой нагрузки в зависимости от углаповорота рукоятки дросселя относительно мала, а в конце хода дросселясущественно выше. Бри больших нагрузках незначительный поворот дроссельной рукоятки приводит к значительному изменению осевой нагрузки на корон 50.ку, а наоборот, при малых нагрузкахбольшое изменение угла поворота рукоятки незначительно меняет осевую нагрузку,Необходимо также регулированиескорости вращения вала реверсивного двигателя, вращающего рукоятку дросселя, в зависимости от рассогласования текущего ц заданного значения. Использование двигателя с большой скоростью вращения вала при малых рассогласованиях в зоне больших осевых нагрузок приведет к перерегулированию, и процесс будет неустойчивый. Двигателю с маленькой скоростью вращения, исключающему перерегулирование при больших рассогласованиях в зоне малых и средних нагрузок, потребуется значительное время для отработки рассогласования.Сущность изобретения заключается в том, .что,. изменяя автоматически амплитуду пилообразного напряжения в зависимости от угла поворота рукоятку дросселя, изменяется длительность сигнала, поступающего на исполнительный орган, и тем самым регулируется скорость перекладки двигателя,Закон управления осевой нагрузкой, реализуемый регулятором, имеет следующий вид: Ед = К(РРитгде РИрассогласование заданного и текущего значенийосевой нагрузки;Ри Рт - заданное и текущее значения осевой нагрузкисоответственно;К - постоянный коэффициент.Регулирование скорости вращения вала двигателя поворачивающего рукоятку дросселя осуществляется по принципу широтно-импульсной модуляции. Значение пилообразного напряжения, вырабатываемое генератором пилообразногонапряжения, постоянно сравнивается созначением ЬР. Чем больше ЬГр, темдлительность импульсов, поступающихна управление двигателем, становитсябольше, скорость , перекладки двигателя увеличивается, и наоборот,Так как зависимость изменения осевой нагрузки от угла поворота рукоятки дросселя имеет явно нелинейный характер, то для равномерного регулирования осевой нагрузки на всем диапазоне ее изменения данное устройствоавтоматически изменяет амплитуду пилообразного напряжения и тем самым иэменяет скорость перекладки двигателя,т.е,при одинаковои рассогласованииРцскорость перекладки двигателя большев начале хода рукоятки дросселя именьше в конце ее хода.Устройство содержит генераторпилообразного напряжения, датчик 2 уг 164 ла поворота рукоятки дросселя, блок 3 вычисления коэффициента усиления, усилитель 4, задатчик 5 осевой нагрузки, датчик 6 осевой нагрузки, сумматор 7, регулятор 8, первый блок 9 сравнения, второй блок 10 сравнения, исполнитальный механизм 11. Выход датчика 2 угла поворота рукоятки дросселя подключен к входу блока 3 вычисления коэффициента усиления, выход которого соединен с одним входом усилителя 4, другой вход которого соединен с выходом генератора 1 пилообразного напряжения, а выход подключен к входу сумматора 7, выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого 9 и второго 10 блоков сравнения, выходы которых подсоединены к первому и второму входу исполнительного. механизма 11. Выход датчика 6 осевой нагрузки подключен к одному входу регулятора 8, другой вход которого соединен с задатчиком 5 осевой нагрузки, а выход подключен к вторым входам первого 9 и второго 1 О блоков сравнения.В сумматоре 7 происходит суммирование сигнала с усилителя 4 и сигнала с внутреннего потенциометра, регулированием которого выставляется наружное значение Я "мертвой зоны".Блок 3 вычисления коэффициента усиления (фиг.2) содержит компараторы 12-15, узел 16 опорных напряжений и аналоговый ключ 17.Устройство работает следующим образом.Регулирование скорости изменения осевой нагрузки в зависимости от рассогласования текущего и заданного . значений ДРя осуществляется по принципу широтно-импульсной модуляции. Генератор 1 пилообразного напряжения вырабатывает импульсы пилообразной формы, которые через усилитель 4 поступают в сумматор 7 пилообразного напряжения и значения напряжения на потенциометре регулирующего диапазон "мертвой точки" Я. Затем сигнал поступает с первого выхода на первый блок 9 сравнения и с инверсного на второй блок 10 сравнения, где происходит сравнение значения пилообразного напряжения с рассогласованием ДР, вырабатываемым регулятором 8. Если значение Ри входит в пределы - Е, регулирование осевой нагрузки прекращается при ЬР 1Яв работу вклю 71266 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 чается первый блок 9 сравнения, который сравнивает значение пилообразного напряжения с ЬРИ и вырабатыва-,ет импульсы длительности(фиг.З)на увеличение осевой нагрузки. Чембольше рассогласование ВГ , тембольше длительность импульсов, тембольше скорость перекладки исполнительного механизма 11 на увеличениеосевой нагрузки (закрытие дросселя).При Д Г ( - Я работает второй блок 10сравнения и вырабатывает импульсыопределенной длительности на уменьшение осевой нагрузки,Таким образом, в зависимости отрассогласования Р 11 регулируетсяскорость перекладки исполнительногомеханизма 11 (реверсивного двигателя).Зависимость изменений осевой нагрузки от угла поворота рукояткидросселяфиг,4) снята на исследовательском стенде ВКС 3000 И. В началехода дросселя скорость нарастанияосевой нагрузки мала, а в конце ходадросселя существенна. Данная зависимость не зависит от района бурения,категории пород, породоразрушающегоинструмента, а непосредственно отгидравлической системы станка и отконструктивных особенностей дроссельного крана. Для каждого станка этазависимость различна. Следовательно,для равномерного изменения осевой нагрузки на всем диапазоне поворота рукоятки дросселя необходимо менятьскорость исполнительного механизма 11,перемещающего рукоятку дросселя (взоне малых изменений осевой нагрузкискорость должна быть большой, а в зоне больших изменений скорость должнабыть меньше).Для этой цели необходимо изменятьскорость перекладки исполнительногомеханизма в зависимости от угла поворота рукоятки дроссельного крана. Вданном устройстве это делается путемизменения амплитуды пилообразного напряжения усилителем 4: чем большеамплитуда пилы, тем меньше длительность импульсов, поступающих на исполнительный механизм 11, при одинаковом рассогласовании ДГ (Аиг.Э)чем меньше скорость перекладки реверсивного двигателя. Следовательно,в начале хода дросселя амплитуда пилы должна быть небольшой, а в конце хода - максимальной. Усилитель 4представляет собой усилитель с регулируемым коэффициентом: усиления, Для определения коэффициента усиления разобьем зависимость г,фиг.4) на четыре участка, на которых изменение осевой нагрузки от угла поворота рукоятки дросселя можно считать ли-. нейной, т.е. аппроксимируем данную кривую линейнымн отрезками, и котангенс наклона аппроксимирующих отрезков к оси угла поворота рукоятки дросселя будем считать коэффициентом. усиления для усилителя пилообразного напряжения, Данные коэффициенты выставляются в блоке 3 вычисления коэффициента усиления в узле 16 опорных напряжений, В первом 12, втором 13, третьем 14 и четвертом 15 компараторах выставляются уставки напряжения, соответствующие границам аппроксимирующих участков о оси. угла поворота рукоятки дросселя. Сигнал с датчика 2 угла поворота рукоятки дросселя поступает на первый, вто рой, третий И четвертый компараторы и в зависимости от значения этого сигнала один из четырех компараторов вырабатывает сигнал для аналогового ключа 7, который подключает соответствую-ЗО щий коэффициент усиления, выставленный в узле б опорных напряжений, к усилителю 4.Таким образом, в зависимости от угла поворота ручки дросселя происходит изменение значений амплитуды пилообразного напряжения (фиг.З) тем самым происходит изменение скорости двигателя, отрабатывающего рассогласование д Рн, т.е. при одинаковых рас согласованиях Ь Гя в начале хода ручки дросселя амплитуды пилы гораздо меньше, чем в конце хода дросселя, больше длительность импульсов, поступающих на исполнительный механизм 11, 45 и больше скорость перекладки реверсивного двигателя и, наоборот, в конце хода ручки дросселя амплитуда пилы увеличивается, уменьшаются длительность импульсов и скорость перекладки50 двигателя, тем самым происходит равномерное регулирование осевой нагрузки в зависимости от угла поворота ручки дросселя и повышается точность поиска и стабилизации осевой нагрузки в процессе бурения. Снижаются также затраты времени на поиск и стабилизацию осевой нагрузки и в целом ускоряется процесс бурения. Число компараторов в блоке 3 вычисления коэффициента усиления определяется числом аппроксимирующих отрезков для зависимости на фиг.З.Использование предлагаемого устройства позволит применять двигатель с большой скоростью вращения вала, что позволит быстрее выйти на заданное значение и повысить точность стабилизации осевой нагрузки.Формула изобретенияУстройство для управления процессом бурения, содержащее датчик осевой нагрузки и два блока сравнения, выходы которых соединены с соответствующими входами исполнительного механизма, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности поддержания осевой нагрузки для буровых станков с гидравлической системой подачи, устройство снабжено генератором пилообразного напряжения, датчиком угла поворота рукоятки дросселя, блоком вычисления коэффициента усиления, усилителем, задатчиком осевой нагрузки, сумматором н регулятором, при этом выход генератора пилообразного напряжения соединен с первым входом усилителя, выход датчика угла поворота рукоятки дросселя через блок вычисления коэффициента усиления соединен с вторым входом усилителя, выход которого подключен к входу сугматора, выходы датчика и задатчика осевой нагрузки соединены соответственно с первым и вторым входами регулятора, причем первый ивторой выходы сумматора соединены спервыми входами соответственно первого и второго блоков сравнения, а выход регулятора подключен к их вторымвходам.11647126 Рдай 2200 2000 1600 4 иоО 1200 1000 800 600 00 200 ра едактор А.Козориз Заказ 1383 7 и ГКНТ ССС обретениям и Раушская наб,ета поа, Ж.твенно-издательский комбинат "Патент", г, Ужго Гагарин Прона НИИ 11 И Государстве ного коми 113035, Моск