Способ управляющей электродвигателем буровой лебедки и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления электроприводом буровой лебедки. Целью изобретения является повышение производительности и уменьшение динамических нагрузок при спуско-подьемпыл i.nri рациях. Согласно данному способу с заданной интенсивностью разгоняют электропривод и в начале процесса разгона отключают вход элемента памяти. В процессе работы непрерывно измеряют разность между измеряемыми усилиями и допустимыми статическими усилиями, выделяя фактические динамические усилия. Полученную разность сравнивают с уставной. Еслг зеличина динамических усилий превыша уставку. то электропривод отключают. .. с.п. ф-лы. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

;s>>s Н 02 Р 5/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕН IRM И ОТКРЫ ГИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4768777/07 (22) 11.12.89 (46) 15,01,92. Бюл. ь 2 (71) Карагандинский политехнический институт (72) В.Ф.Бырька, И.В.Брейдо. И.В.Петерс, Б.Н.Половинкин и Н,Ф.Томилин (53) 621.316.718,5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1192092, кл. Н 02 P 5/06, 1985. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕ1Л БУРОВОЙ ЛЕБЕДКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управлеИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления электроприводом постоянного тока буровой лебедки.

Целью изобретения является повышение производительности и уменьшение динамических нагрузок при спускоподьемных операциях, На фиг.1 изображен электропривод для осуществления способа: на фиг.2 — пример выполнения задатчика скорости; на фиг.3— пример выполнения задатчика интенсивности; на фиг,4 — пример выполнения перестраиваемого фильтра нижних частот: на фиг.5 — пример выполнения элемента памяти.

Способ осуществляют следующим образом.

Перед началом каждой из спускоподьемных операций элеватора, свечи или колонны бурильных труб задают с мини„„5U„„1705994 А1 ния электроприводом буровой лебе, ки.

Целью изобретения является i:oâI,IøåI.Iå производительност и и уменью .ние дин=:.1пЧЕСКИХ НаГРУЗОК ПРИ СПУСКО- .ОДЬЕм II ° рациях. Согласно данному способу заданной интенсивностью раз.оня ст элек1ропривод и в начале процесса ра. гона о ключают вход элемента памяти. В процгссе работы непрерывно измеряют разность между измеряемыми усилиями и допустимыми статическими усилиямu1, выделяя фактические динамические усилия. Полученную разность сравнивают с уставной. Еслг и личина динамических усилии превыша, - уставку, то электропривод отключаю . с.п. ф-лы, 5 ил, мальным ускорением минимальную скорость. При этом усилия, измеренные в кан эте, содержат статическую составляющую. равную весу груза, и минимальную динамическую, определяемую ускорением и раскачиванием груза на канате. Суммарные усилия фильтруют и выделяют постоянную составляющую усилий, пропорциональную весу груза, Сигнал статических усилий запоминают и по этому сигналу перестраивэют полосу пропускания фильтра.

При увеличении груза полоса пропускания фильтра уменьшается, а при уменьшении груза увеличивается. Поэтому при операциях спуска-подьема элеватора и oâåчи сокращается время, необходимое для определения веса груза, так как частота колебаний каната при подьеме груза ум<.ньшается с увеличением его массы.

По запомненномусигналу веса груз задают допустимую в зависимости от массы

1705994 груза скорость и вычисляют массу груза.

Вычисленную массу груза суммируют с сигналом, пропорциональным приведенной к канату массе двигателя и редуктора. При появлении сигнала статических усилий задают допустимое для каждого режима ускорение, т.е. допустимую интенсивность изменения скорости, в соответствии с уравнением где Ед „вЂ” заданная допустимая величина динамических усилий, Н;

m< — приведенная суммарная масса груза, кайата, редуктора и двигателя, кг; а — ускорение, м/с . г

При этом при спуске-подъеме малого груза интенсивность увеличивается, а при спуске-подъеме тяжелого груза уменьшается, что позволяет достигнуть максимально возможной для каждого режима производительности. С заданной интенсивностью разгоняют электропривод и в начале процесса разгона отключают вход элемента памяти.

В процессе работы непрерывно измеряют разность между измеряемыми усилиями и допустимыми статическими усилиями, выделяя фактические динамические усилия.

Полученную разность сравнивают с уставкой динамических усилий. Если в процессе спуска-подъема элеватора, свечи или колонны бурильных труб происходит зацеп крюка или заклинивание, то величина динамических усилий превышает уставку динамических усилий и электропривод отключают.

Электропривод содержит последовательно соединенные эадатчик 1 скорости, задатчик 2 интенсивности, первый диод 3, регулятор 4 скорости, регулятор 5 тока, вентильный преобразователь 6, электродвигатель 7, редуктор с лебедкой 8, датчик 9 веса груза, перестраиваемый фильтр 10 нижних частот, первый замыкающий ключ 11, элемент 12 памяти, второй сумматор 13 и блок

14 деления, подключенный к второму входу задатчика 2 интенсивности. Датчики 15 и 16 скорости и тока подключены к вторым входам соответствующих регуляторов.

Первый блок 17 уставки подключен к входу второго замыкающего ключа 18 и первому компаратору 19, подключенному к управляющему входу блока 20 ограничения момента, который подключен к третьему входу и выходу регулятора 5 тока.

Выход элемента 12 памяти соединен с управляющими входами второго ключа 18 и перестраиваемого фильтра 10 нижних час5

55 тот, с входами задатчика 1 скорости и первого сумматора 21, второй вход которого подключен к выходу перестраиваемого фильтра 10 нижних частот, а выход — к второму входу первого компаратора 19.

Выход задатчика 22 начальной скорссти соединен с вторым компаратором 23 и через второй диод 24 — с входом регулятора 4 скорости и с вторым входом второго компаратора 23, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа 11.

Второй блок 25 уставки подключен к второму входу второго сумматора 13, выход второго ключа 18 соединен с вторым входом блока 14 деления, а выход датчика 15 скорости — с управляющим входом элемента 12 памяти, Задатчик 1 скорости может быть выполнен по известной схеме (фиг,2).

Задатчик 1 скорости содержит источник опорного напряжения, который через потенциометр подключен к входу блока 26 деления, к второму входу которого подключен выход элемента 12 памяти.

Задатчик 2 интенсивности с управляемым ограничением может быть выполнен по известной схеме (фиг,3).

Задатчик 2 интенсивности содержит последовательно включенные усилитель-ограничитель 27, блок 28 умножения и интегратор 29, причем выход интегратора 29 соединен через резистор R>< с входом усилителя-ограничителя 27. В цепи обратной связи блока 27 подключен блок 30 огp3HI1÷åния, второй вход блока 28 умножения со«динен с выходом блока 14 деления, Перестраиваемый фильтр 10 нижних частот может быть выполнен по схеме, изображенной на фиг.4 и содержащей посл«довательно соединенные интегратор 31, блок

32 деления и масштабирующий усилитель

33, подключенный к входу интегратора 31.

Второй вход блока 32 деления соединен с выходом элемента 12 памяти.

Элемент 12 памяти может быть выполнен по схеме, представленной на фиг.5.

Элемент 12 памяти содержит диод 34, подключенный между базой и эмиттером транзистора 35, операционный усилитель

36, охваченный жесткой обратной свя"-ью, неинвертирующий вход которого че рез резистор подсоединен к диоду 3 1, а параллельно неинвертирующему входу подключены конденсатор 37 и ключ 38 с размыкающим контактом, Блоки 17 и 25 уставок и задатчик 22 начальной скорости могут быть выполнены в виде управляемых источников опорного напряжения.

1705994

1/Т1

0еых = Uex

Р+в, 1 К К2

Щ=—

Т U1

Блок 20 ограничения момента может быть выполнен, например, в виде транзистора, подключенного между суммирующей точкой и выходом регулятора тока.

Электропривод работает следующим образом.

После включения электропривода в исходном состоянии потенциометр задатчика скорости выведен. Сигнал датчика 15 скорости равен нулю. поэтому размыкающий ключ 38 элемента 12 памяти замкнут, конденсатор 37 элемента 12 памяти зашунтирован и выходной сигнал операционного усилителя 36, являющийся выходным сигналом элемента 12 памяти, также равен нулю.

Так как на вход блока 26 деления задатчика

1 скорости поступают нулевые сигналы элемента 12 памяти и потенциометра задатчика 1, то его выходной сигнал равен нулю, Нулевой сигнал элемента 12 памяти поступает также на второй замыкающий ключ

18, выходной сигнал которого поэтому равен нулю. Этот сигнал, являющийся делимым, подается на второй вход блока 14 деления, на первый вход которого через первый сумматор 13 поступает сигнал, пропорциональный приведенной массе электродвигателя и редуктора с второго блока 25 уставки.

Выходной сигнал блока 14 деления, равный нулю, подается на вход блока 28 умножения задатчика 2 интенсивности, выходной сигнал интегратора 29 задатчика

2 интенсивности при этом равен нулю, Нулевой сигнал элемента памяти поступает также на управляющий вход перестраиваемого фильтра 10 нижних частот (блок 32 деления), Перестраиваемый фильтр 10 нижних частот описывается уравнением где Ue» — выходное напряжение фильтра 10;

0ех — входное напряжение фильтра 10;

Т1 — постоянная времени интегратора31,с; во — частота среза фильтра 10, Гц;

P — оператор дифференцирования. где Ki — коэффициент передачи масштабирующего усилителя 33;

Кз — коэффициент преобразования блока 32 деления;

U — выходное напряжение элемема 12 памяти.

Так как сигнал элемента 12 памяти равен нулю, то выходной сигнал блока 32 деления. пропорциональный и . ра ьен максимально возможному в данном блоке напряжению (напряжение питания) т.е частота среза максимальна, что сов -ет тг.е; минимальному грузу на лебедKt.

Одновременно сигнал с выхода задатчика 22 начальной скорости пост,па ; на вход второго компаратора 23 и через второй диод 24 — на вход регулятора 4 скорости и на второй вход второго компаратора 23

Сигнал на втором входе компаратора 23 меньше сигнала на первом входе на величину падения напряжения на втором диоде "4.

Компаратор 23 срабатывает, и пе;;в= и за." .Iкающий ключ 11 замкнут.

Сигнал начальной скоросги через p=-гуляторы 4 и 5 скорости и тока. вентильный преобразователь б воздействует на электродвигатель 7. Электродвигатель 7 начинает вращаться с малой скоростью. приводя ь движение редуктор с лебедкой 8. Сигнал датчика 15 скорости размыкает ключ 38 элемента 12 памяти, Сигнал, пропорциональный весу гр„за. с датчика 9 веса груза поступает на перестраиваемый фильтр 10 нижних частот, где он фильтруется от помех и высокочастотнь колебаний груза (частота среза в, максимальна). Далее сигнал через замкнутые к такты первого ключа 11 и диод 34 элемента

12 памяти заряжает конденсатор 37 до у;iовня входного напряжения. Этот сигнал рез усилитель 36 поступает на выход элемента

12 памяти. Выходной сигнал элемента 12 памяти U>, пропорциональный весу груза. поступает на блок 32 деления и уменьшает частоту среза фильтра 10 нижних частот в соответствии с весом груза (при увеличении веса груза частота среза уменьшается, так как частота колебаний груза при увеличении уменьшается).

При этом время переходного процесса в фильтре 10 определяется частотой колебаний груза. Если в процессе запоминания выходной сигнал фильтра 10 уменьшается, то за счет падения напряжения на диод» 34 открывается транзистор 35 и конденсатор

37 разряжается через открытый транзистор

35 до уровня входного сигнала, При появлении на выходе элемент» 12 памяти сигнала. пропорционального статическим усилиям, на выходе второго сумматора 13 формируется сигнал Uz. пропорциональный сумме приведенных масс электродвигателя и редуктора и массе

1705994 3 Кз дин Кз

Ог К4 m К4

05 = К 5 06/01, При выборе

К5/01мин=1 °

Ue U4

12Р груза, Одновременно замыкаются контакты второго ключа 18 и на второй вход блока 14 деления поступает сигнал первого блока 17 уставки, пропорциональный допустимым для данного бурового станка динамическим усилиям. На выходе блока 14 деления образуется сигнал где Кз — масштабный коэффициент первого блока 17 уставки;

К4 — коэффициент передачи второго сумматора 13:

Оз — выходной сигнал блока 18, Следовательно, сигнал U4 пропорционален допустимому для каждого режима ускорению, величина которого зависит от массы груза.

Этот сигнал поступает на вход блока 28 умножения задатчика 2 интенсивности.

В то же время сигнал элемента 12 памяти подается на вход блока 26 деления задатчика 1 скорости, на выходе которого формируется сигнал заданной скорости U5.

При введении потенциометра задатчика 1 скорости имеем где0с — напряжение на выходе потенциометра задатчика 1 скорости;

К5 — коэффициент преобразования блока 26 деления.

ГДЕ 01мин — СИГНаЛ, ПРОПОРЦИОНаЛЬНЫй МИнимальному весу груза на крюке, скорость электродвигателя пропорциональна U6, а при увеличении веса груза заданная скорость уменьшается. Сигнал через усилитель-ограничитель 27 задатчика

2 интенсивности поступает на вход блока 28 умножения, на второй вход которого подается сигнал U4, На выходЕ интегратора 29 формируется сигнал где Ue — выходной сигнал усилителя-ограничителя 27, равный выходному сигналу блока

30 ограничения;

T2 — постоянная времени интегратора 29.

При выборе = 1 выходное напряКз0в

К472 жение интегратора 29 изменяется с интенсивностью. равной а, т.е, допустимому ускорению, Сигнал на выходе задатчика 2 интенсивности начинает возрастать, его амплитуда становится больше амплитуды сигнала на аноде первого диода 3, который открывается, сигнал на втором входе второго компаратора 23 превышает сигнал на его первом входе, устанавливается нулевой выходной сигнал компаратора 23 и размыкается перBblA KlllC I 1 1.

В элементе 12 памяти запоминается сигнал, пропорциональный весу груза, что обеспечивает постоянную заданную скорость и постоянное заданное ускорение и постоянную частоту среза перестраиваемого фильтра 10 нижних частот в процессе наждой операции спуска-подъема.

При увеличении сигнала задатчика 2 интенсивности электропривод разгоняется до заданной скорости.

В процессе работы выходной сигнал перестраиваемого фильтра 10 нижних частот

Ug, пропорциональный измеряемым усилиям в канате, суммируется в первом сумматоре 21 с сигналом Оъ пропорциональным весу груза.

На выходе первого сумматора 21 формируется сигнал U, пропорциональный динамическим усилиям в канате.

Этот сигнал сравнивается с сигналом первого блока 17 уставки на выходе пер ого компаратора 19. Если в процессе работы происходит заклинивание или другая «варийная ситуация, связанная с возрастанием динамических усилий, то при увеличении сигнала больше сигнала первого блока 17 уставки срабатывает первый компаратор 19, уменьшая сигнал на входе блока 20 ограничения момента и ограничивая выходной сигнал регулятора 5 тока, что приводит к ограничению динамических нагрузок, При остановке электропривода задатчик 1 скорости устанавливают в нуль и электропривод тормозится с заданным ускорением, Как только скорость электродвигателя становится равной нулю, замыкается ключ 38 элемента 12 памяти и конденсатор

37 разряжается, После разряда конденсатора 37 размыкается второй ключ 18 и электропривод вновь готов к работе.

Формула изобретения

1. Способ управления электродвигателем буровой лебедки, заключающийся в том, что изменяют вес груза на крюке, изменяют величину и интенсивность скорос1и и

1705994

10 параметры электропривода при изменении веса груза и ограничивают электромагнитный момент электродвигателя, о т л и ч а юшийся тем. что, с целью повышения производительности и уменьшения динамических нагрузок при спускоподъемных операциях, в начале каждой операции спуска-подъема элеватора, свечи или колонны бурильных труб задают минимальную постоянную скорость, измеряют, фильтруют и запоминают величину статических усилий в канате, вычисляют приведенную массу груза на канате и изменяют полосу пропускания фильтра, задают допустимые для каждого режима статические усилия и допустимые динамические усилия, по окончании процесса взвешивания по заданной величине допустимых динамических усилий и вычисленной массе задают допустимую для каждого режима интенсивность изменения скорости, в процессе работы непрерывно вычисляют разность между измеряемыми усилиями и допустимыми статическими усилиями, сравнивают полученную разность с заданной величиной динамических усилий, при превышении этой разностью величины уставки динамических усилий ограничивают момент электродвигателя, а после окончания каждой операции обнуляют значения статических и динамических усилий.

2, Устройство для управления электродвигателем буровой лебедки, содержащее последовательно соединенные задатчик скорости и задатчик интенсивности, регулятор тока и вентильный преобразователь, выход которого предназначен для подключения к якорной обмотке электродвигателя, датчик скорости, подключенный к регулятору скорости, датчик тока, соединенный с входом регулятора тока, блок ограничения момента, подключенный между третьим входом и выходом регулятора тока, последовательно включенные редуктор с

5 лебедкой и датчик веса груза, сумматор, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности и уменьшения динамических нагрузок при спускоподъемных операциях. в него дополнительно введены

10 последовательно соединенные перестраиваемый фильтр нижних частот, первый ключ, элемент памяти, второй сумматор и блок деления, подключенный к второму входу задатчика интенсивности, два компара15 тора, второй ключ и первый блок уставки, подключенный к входу первого компаратора и через второй ключ — к второму входу блока деления, второй блок уставки, соединенный с вторым входом второго суммато20 ра, выход элемента памяти подключен к управляющим входам перестраиваемого фильтра нижних частот, задатчика скорости и второго ключа, а через первый сумматор— к второму входу первого компаратора, вы25 ход которого соединен с управляющим входом блока ограничения момента. задатчик интенсивности через диод подключен к входу регулятора скорости, задатчик начальной скорости — к первому входу второго компа30 ратора и через второй диод — к входу регулятора скорости и к второму входу второго компаратора, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, выход перестраиваемого фильтра нижних частот

35 подключен также к второму входу первого сумматора, датчик скорости — к управляющему входу элемента памяти, а вход перестраиваемого фильтра нижних частот — к датчику веса груза, 40

1705994

1705994

J5 Риг 5

Составитель М. Кряхтунова

Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

Редактор Н,Швыдкая

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 202 Тираж Подписное

BÍÈÈÏÈ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5