本發(fā)明涉及一種鉆井用柴油機節(jié)能控制系統(tǒng)及方法，屬于機械設計與自動化技術領域。

背景技術：

眾所周知，近年來，我國部分油田生產(chǎn)進入后期高含水開發(fā)階段，油層分布逐漸加深，油田產(chǎn)液上升，產(chǎn)油下降，生產(chǎn)能耗大，運行成本增加。石油鉆井是油田主業(yè)，是能耗大戶，直接關系到油田的生產(chǎn)效益，機械驅動能力仍占據(jù)一定比例。目前對于鉆井用柴油機的油門基本采用手動控制。手動調節(jié)油門雖被普遍采用，但存在明顯缺陷，由于油門調好后一成不變，除非遇到鉆機長時間工況變化，如檢修設備，司鉆就通過柴油機值班人員將油門調小，否則柴油機始終工作在1300r/min，當鉆機起下鉆、接單根時，滾筒帶動鉆具反復上行、下降，柴油機反復帶載、空載運行。目前柴油機油門控制方式為腳踏油門，腳踏油門設在司鉆臺，由司鉆根據(jù)鉆機的不同工作狀態(tài)，隨時控制油門大小，腳踏油門最終作用于柴油機轉把的油門拉線，中間經(jīng)過氣動閥將拉力放大，由于從司鉆房到柴油機油門之間的氣路較長，壓力緩沖大，導致氣閥響應速度落后，油門反應遲鈍，有時會造成柴油機重載時憋車，不適合反復調節(jié)，不久便棄之不用，因此，發(fā)明一種鉆井用柴油機節(jié)能控制系統(tǒng)來解決上述問題很有必要。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種鉆井用柴油機節(jié)能控制系統(tǒng)及方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：包括控制箱，所述控制箱輸出端設有絞車編碼器，所述絞車編碼器與控制箱通過多芯電纜電性連接，所述絞車編碼器輸出端設有PLC，所述PLC與絞車編碼器通過信號調理電路電性連接，所述控制箱輸出端設有顯示屏，所述顯示屏與控制箱通過多芯電纜電性連接，所述顯示屏輸入端設有PLC，所述PLC與顯示屏通過驅動電路電性連接，所述控制箱輸出端設有一號測速探頭、二號測速探頭與三號測速探頭，且均與控制箱通過多芯電纜電性連接，所述一號測速探頭、二號測速探頭與三號測速探頭輸出端設有PLC，所述PLC輸出端設有柴油機電子油門驅動器，所述柴油機電子油門驅動器與PLC通過驅動電路電性連接，所述一號測速探頭、二號測速探頭與三號測速探頭內部均設有測速感應器，所述測速感應器一側設有柴油機主齒輪，所述測速感應器通過45度角形支架11設置于柴油機的主軸齒輪一側。

優(yōu)選的，所述絞車編碼器設置為PNP輸出型編碼器。

優(yōu)選的，所述測速感應器由新型磁敏感元件制成。

優(yōu)選的，所述柴油機電子油門驅動器設置為柔性軟軸連接方式，且行程為100mm。

優(yōu)選的，所述柴油機電子油門驅動器內部設有24V直流電機。

優(yōu)選的，所述顯示屏內部設有觸摸屏程序，且觸摸屏程序具設有轉速設定畫面、啟動監(jiān)控畫面、鉆進監(jiān)控畫面及起下鉆監(jiān)控畫面4個可以選擇的畫面。

本發(fā)明提到的一種鉆井用柴油機節(jié)能控制方法，包括以下過程：

（1）采用絞車編碼器判斷絞車狀態(tài)，進而判斷鉆機起鉆和下鉆的狀態(tài)，測速探頭實時測量柴油機轉速，線性油門驅動器準確快速根據(jù)絞車狀態(tài)實現(xiàn)柴油機油門增大和減小，實現(xiàn)柴油機鉆速的閉環(huán)控制，特別是在鉆機起下鉆，絞車下行時通過油門驅動器將柴油機減速至800 r/min，司鉆通過觸摸屏可以在司鉆房實時調節(jié)鉆進時的柴油機鉆速，同時還可以監(jiān)測絞車狀態(tài)；

（2）觸摸屏（3）可以實現(xiàn)柴油機速度設定，實時速度顯示，絞車狀態(tài)監(jiān)測功能，方便司鉆操作，保證了系統(tǒng)的實用性和可操作性，系統(tǒng)通過安裝在滾筒轉軸上的絞車編碼器（2）判斷絞車的狀態(tài)，并將信號通過調理電路（7）傳送至PLC（8）的高速數(shù)字量輸入端口；

（3）三組測速探頭分別通過45度角形支架（11）安裝在三臺柴油機主齒輪（10）處,用來測量三臺柴油機的轉速，柴油機電子油門安裝在3臺柴油機的油門處，通過油門拉線與全制式調速器的操縱桿相連，通過柴油機電子油門驅動器（9）的伸出和縮短來控制油門拉線，進而調節(jié)油門大小，觸摸屏（3）與PLC（8）及電子油門直流電機的驅動電路安裝在控制箱（1）內，編碼器、測速探頭、電子油門驅動器分別通過多芯電纜（13）與控制箱（1）相連，控制箱（1）安裝在司鉆房內，方便司鉆操作。

本發(fā)明的技術效果和優(yōu)點：該系統(tǒng)可以根據(jù)鉆機工況實時調節(jié)柴油機轉速，改變了傳統(tǒng)鉆井用柴油機油門不隨負荷變化而變化的控制方式，根據(jù)鉆機工況改變轉速，實時調節(jié)油門開度，達到節(jié)油的目的，選用成熟的PLC控制技術，控制系統(tǒng)工作可靠，相應性能好，參數(shù)調整方便，裝置特征在于編寫了PLC及觸摸屏控制軟件，系統(tǒng)可以根據(jù)鉆機工況實時調節(jié)柴油機轉速，跟原來的手動油門控制方式無縫對接，很好的滿足了現(xiàn)場工況要求，提高了鉆機自動化水平。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種基于PLC的鉆井用柴油機節(jié)能控制系統(tǒng)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種基于PLC的鉆井用柴油機節(jié)能控制系統(tǒng)絞車編碼器信號調理電路示意圖；

圖3為本發(fā)明一種基于PLC的鉆井用柴油機節(jié)能控制系統(tǒng)測速探頭接線圖示意圖；

圖4為本發(fā)明一種基于PLC的鉆井用柴油機節(jié)能控制系統(tǒng)測速探頭安裝示意圖；

圖5為本發(fā)明一種基于PLC的鉆井用柴油機節(jié)能控制系統(tǒng)油門驅動器驅動電路原理圖示意圖；

圖中：1控制箱、2絞車編碼器、3顯示屏、4一號測速探頭、5二號測速探頭、6三號測速探頭、7信號調理電路、8 PLC、9柴油機電子油門驅動器、10柴油機主齒輪、11角形支架、12測速感應器、13多芯電纜。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明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發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，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，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明提供了如圖1-5所示的一種鉆井用柴油機節(jié)能控制系統(tǒng)，包括控制箱1，所述控制箱1輸出端設有絞車編碼器2，所述絞車編碼器2與控制箱1通過多芯電纜13電性連接，所述絞車編碼器2輸出端設有PLC8，所述PLC8與絞車編碼器2通過信號調理電路7電性連接，所述控制箱1輸出端設有顯示屏3，所述顯示屏3與控制箱1通過多芯電纜13電性連接，所述顯示屏3輸入端設有PLC8，所述PLC8與顯示屏3通過驅動電路電性連接，所述控制箱1輸出端設有一號測速探頭4、二號測速探頭5與三號測速探頭6，且均與控制箱1通過多芯電纜13電性連接，所述一號測速探頭4、二號測速探頭5與三號測速探頭6輸出端設有PLC8，所述PLC8輸出端設有柴油機電子油門驅動器9，所述柴油機電子油門驅動器9與PLC8通過驅動電路電性連接，所述一號測速探頭4、二號測速探頭5與三號測速探頭6內部均設有測速感應器12，所述測速感應器12一側設有柴油機主齒輪10，所述測速感應器12通過45度角形支架11設置于柴油機的主軸齒輪10一側。

所述絞車編碼器2設置為PNP輸出型編碼器，而系統(tǒng)選用的松下PLC FP-X C38AT 是NPN型輸入，需要對PNP輸出型編碼器信號進行調理，信號調理電路通過光耦TLP521可解決類型不匹配的問題。

所述測速感應器12由新型磁敏感元件制成，測速探頭采用新型磁敏感元件，鋼鐵材質導磁體觸發(fā)，具有頻響寬，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強，堅固耐用，內有放大整形電路，輸出為幅度穩(wěn)定的方波信號，能實現(xiàn)遠距離傳輸。

所述柴油機電子油門驅動器9設置為柔性軟軸連接方式，且行程為100mm，電子線性油門驅動器常用于工程機械的大型柴油機的油門電子調速控制，采用柔性軟軸連接方式，本文選用的油門驅動器行程為100mm，可以滿足柴油機油門從最小轉速到最大轉速的行程范圍。

所述柴油機電子油門驅動器9內部設有24V直流電機，PLC8通過輸出端Y0-Y5這六個輸出端來控制繼電器線圈是否通電，進而控制電機的正反轉，電機正轉可以使油門加大，電機反轉可以使油門減小，每個油門驅動器電機采用了兩個繼電器的四組常開觸點構成的H橋驅動電路，在每一對常開觸點上反并聯(lián)的二極管可以起到續(xù)流的作用。

所述顯示屏3內部設有觸摸屏程序，且觸摸屏程序具設有轉速設定畫面、啟動監(jiān)控畫面、鉆進監(jiān)控畫面及起下鉆監(jiān)控畫面4個可以選擇的畫面，轉速設定畫面主要是在節(jié)油控制系統(tǒng)投入運行前，對鉆進速度、起鉆速度、下鉆速度進行設定；啟動監(jiān)控畫面中可以分別點擊3臺柴油機啟動按鈕，分別啟動柴油機，實時監(jiān)測柴油機轉速；鉆進監(jiān)控畫面中，司鉆可以通過加速減速按鈕對已經(jīng)啟動的柴油機進行同步加速。

工作原理：采用先進可靠的磁編碼器判斷絞車狀態(tài)，進而判斷鉆機起鉆和下鉆的狀態(tài)，測速探頭實時測量柴油機轉速，線性油門驅動器準確快速根據(jù)絞車狀態(tài)實現(xiàn)柴油機油門增大和減小，實現(xiàn)柴油機鉆速的閉環(huán)控制，特別是在鉆機起下鉆，絞車下行時通過油門驅動器將柴油機減速至800 r/min，司鉆通過觸摸屏可以在司鉆房實時調節(jié)鉆進時的柴油機鉆速，同時還可以監(jiān)測絞車狀態(tài)，觸摸屏3可以實現(xiàn)柴油機速度設定，實時速度顯示，絞車狀態(tài)監(jiān)測等功能，方便司鉆操作，保證了系統(tǒng)的實用性和可操作性，系統(tǒng)通過安裝在滾筒轉軸上的絞車編碼器2判斷絞車的狀態(tài)，如絞車上行，絞車下行，并將信號通過調理電路7傳送至PLC8的高速數(shù)字量輸入端口,測速探頭分別通過45度角形支架11安裝在三臺柴油機主齒輪10處,用來測量三臺柴油機的轉速，柴油機電子油門安裝在3臺柴油機的油門處，通過油門拉線與全制式調速器的操縱桿相連，通過柴油機電子油門驅動器9的伸出和縮短來控制油門拉線，進而調節(jié)油門大小，觸摸屏3與PLC8及電子油門直流電機的驅動電路安裝在控制箱1內，編碼器、測速探頭、電子油門驅動器分別通過多芯電纜13與控制箱1相連，控制箱1安裝在司鉆房內，方便司鉆操作。

最后應說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換,凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。