Устройство для управления режимами вращательного бурения

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ ВРДЩАТЕЛЬНО ГО БУРЕНИЯ скважин, содержатаее датчик механической скорости, ошш яэ выходов которого соединен с информаиионным входом первого ключевого элемента, a другой - с шрвым входом вычислительного блока, первый выход которого сое динен с информапионным входом второго ключевого элемента, вмходы пэрво)ч и второго ключевых элементов соединены с входами экстремального регулятора, датчик частоты вращения, соединенный с вторым вход(Я4 вычислительного блока, третий вход которого соеди1ЮН с од|ЯМ из выходов датчика тока, другой выход которого соединен с одним из входов первого элемента сравнения, другой вход Которого соединен с задатчиком тока отсечки , a выход первого блока сравйания соединен с входом первого решйногд элемента, датчик вибрации И эадатчик вибрации, грединенныё с входами вто.рого блока сравнения, выход которого подклк «1 чен к входу второго релейшго эламе нта. второй выход вычислительного блока под .ключен к одному из входов третьего элемента сравнения, выход которсиго соединен с первым входом коммутатора, первый , второй, третий и четвертый выходы KOtopOro соединены соотьетственно с регулятором усилий подачи и регулятором частоты вращения, задат щк глубины, датчик усилия подачи, первый датчик давления , выход которого соедииен с входсям первого элемента ИЛИ, с входом г Первого усилителя и с входта первого эт1емента НЕ, выход которого через по . спедователыю соедивэнные блок задерхски и второй элемент НЕ соединен с втот рым входом первого элемента ИЛИ, выход g S которого через второй усилитель соеди нен с электрогидравлическцм клапаном, второй датчик давления через третий усилитель соединен с первым входом блока реверса подачи, отличающееся тем, что, с целью повышения надёжности управления, в устройство введены кок«паратор , блок нелинейности, третий ключевой элемент, второй элемент ИЛИ, доСО полнительный кс мутатор, четвертый, пяо сд тый, шестой, седьмой и вос1мой элеме - I ты сравнвния, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой релейные элементы, 4 СО задатчики усипия подачи, производитеЛЕ Ности , максимальной частоты н тока р&верса подачн, причем вь1ходы датчика уси-; ЛИЯ подачи и задатчика усилия подачи сое динены с входами четвёртого блока сра&- .нения, выход которого через третий релейный элемент подключён к первому входу дополнительного коммутатора, второй вход которого соединен с эадатчиком глубины, a третий вход - с выxoдo vr 9kcтpвмaпьнoгoI регулятора, выход дополнительного комму татора соединен с другим входсял третьего

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

; СОЦИАЛИСТИЧЕО4ИХ

РЕСПУБЛИК

3д11 Е 21 В 44/00

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЙ3 (21) 3309686/2203 (22) 26.06.81 (46) 23.07.83. Бюп. l4 27 (72) Е.А..Соповьев, К.Н..Харпашкин и Н. Н. Павпенко (71) Донецкий филиал Научно-исспедова° тепьского горнорудного института. (53) 622.243.92 (088.8) (56) 1. Терехов Н.И. и др. Регунирование и управпение режимами бурения взрыв, ных скважин. Л., "Недра", 1980, с. 203.

2. Там же, с. 57, рис. 14.

3. Авторское свидетепьство СССР

Ж 903564, кп. Е 21 В 44/00, 1977 (прототип) . (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УД»РАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ скважин, содержащее датчик механической скорости, один иэ выходов которого соединен с информационв м входом первого кпючевого эпемента, .а другой - с вервым входом мачиспитеп ного блока, первый выход которого сое динен с информационным входом второго кпкяевого эпемента, выходы первоГО и второго ключевых эпементов соединены с входами экстремапьиого регупятора, датчик частоты вращения, соединенный с вторым входом вычислительного бпока, третий вход которого соединен с одйим из выхОдОВ датчика тОка друГой ВыхОД

KoropoFo соединен с Одним из входоВ пэр»" вого эпемента сравнейия, другой вход которого соединен с задатчиком тока отсечки, а выход первого -бпока сравнения соединен с входом первого репейного элемента, датчик вибрации И задатчик "вибрапии, ;эединвнные с входами второго блоха сравнения, выход которого подкпю, 1 чен к входу второго репейюго эпемеита, „SU„„1030543 второй выход вычиспитепьного бпока под, клкяен к одному из входов третьего эпемента сравнения, выход которого соединен с первым входом коммутатора, пер вый, второй, третий и четвертый выходы

КОТОРОГО СОЕДИНЕНЫ СоотвэтотВЕННО С РЕгупятором усипий подачи и регулятором частоты вращения, задатупс гпубины, датчик усипия подачи, первый. датчик давпе ния» ВыхОд кОтОрОгО соединен с первым входом первого эпемента ИЛИ, с входом, первого усипитепя и с входом первого эпемента НЕ, выход которого через ïñ .. спэдоватепьио соединенные бпок задерж.ки и второй эпемент НЕ соединен с вто;. рым входом первого эПемента ИЛИ, выход Я которого через второй усипитепь соеди нен с эпектрогидравпическим кпапаном, второй датчик давпення через третий усипитепь соединен с первым входом бпока реверса пожчи, 0 т п и ч & ющ е е ся » . тем, что, с цепью повышения надежности управпения, в устройство введеша компаратор, блок непинейности, третий кпюэ и4 чевой элемент,.второй эпемент ИЛИ, доцопнйтейьный коммутатор, четвертый, пя-: 44 тый, шестой, седьмой и восьмой эпемен- «,", ты сравнения, третий, четвертый, пятый, © шестой н седьмой репейные эпементы, ф„ задатчики усипия подачи, производитепьSocrs, максимальной частоты и тока реверса подачи, причем выходы датчика уси» пия подачи и задатчика усипия подачи сое-" динены с входами четвертого блока cpas- : пения, выход которого через третий репей- ф ный эпемент подкпкяен к первому входу допопнитепьного коммутатора, второй вход

KoropoFo соединен с задатчиком Гпубины, а третий вход - c Выходоьг,.экстремального. регупятора, выход допопнитепьного комму татора соединен с другим входом третьего

103084 бпока сравнения, выходы задатчика проиэводитепьйостн и бпока непинейности соединены с входами пятого бпока сравнения, выход котсрого через четвертый репейный элемент соединен с управпяющими входами первого и второго ключевых элементов, выходы датчика частоты вращения и задатчика максимальной частоты подключены к шестому блоку сравнения, выход которого через пятый репейный элемент соединен с вторым входом коммутатора, кроме того, выход датчика частоты соединен с информапионным входом третье о ключевого элемента, управпяющий вход которогс соединен с выходом первого уси- питепя,выход третьего кпючевого эпвмента, подкпючен к первому входу компаратора,вто рой вход которого соединен с датчиком усилия подачи,а выход компаратора соединен с третьим входом коммутатора, выход пер- . вого усипитепя соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй и третий входы которого соединеыы соответственно с выходами первого и второго репейных эпементов, выход второго элемента ИЦИ соединен с четвертым входом коммутатора, выходы датчика усилия подачи и задатчяка усилий подачи соедийенй с входа ми седьмого элемента сравнения, выход которого через шестой репейный элемент соединен с пятым входом коммут тора, выходы задатчика тока реверса подачи и датчика тока соединены с входами восьмого элемента сравнения, выход которого через седьмой репейный эпемент соеди;нен с вторым входом блока реверса.

2. Устройство по п. 1, о т п и 4 аю щ е е с я твм, что коммутатор выпопнен на элементах И, НЕ, ИЛИ и нуль-органе, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выходы которых подкпкнеыы к первым входам соответствующих элементов ИЛИ, выход первого элемента НЕ соедиыен с первым входом третьего элемента И и вторым входом второго эпемента И, выход третьего эпвмента И соединен с вторым входом первого эпемента ИЛИ, вы,ход которого через второй элемент НЕ соединен с первым входом четвертого элемента И, выход которого является первым выходом коммутатора, второй вход. четвертого элемента И является вторым входом коммутатора, вход первого эле,мента НЕ, второй вход вврвого эпемента И, первый вход пятого эпемента И и первый вход шестого эпемента И обьеди.нены и явпяются третьим входом комму . татора, вторые входы третьего эпемента

И и пятого эпемента И объединены и явпяются четвертым входом коМмутатора, выход пятого эпемента H через третий эпемеыт НЕ соединен с вторым входом шестого эпемеита И, выход которого све динан с вторым входом второго элемен.та. ИЛИ, выход которого соединен с входом четвертого эпемента НЕ и с первым входом седьмого элемента И, второй вход которого является пятым входом комму татора„а выход - третьим выходом коммутатора, выход четвертого эпемвнта НЕ явпяется четвертым выходом коммутатора, 15

Изобретение относится к средствам управления производственными пропессами в горнорудной, угопьной и других отраслях промышленности, в частности,при бурении взрывных скважин, и может быть использовано на буровых станках дпя открытых горных работ.

Современное состояние по разработке средств регулирования и управпения режи, мами бурения взрывных скважин предъяв пяет требования к системам управпвния режимами бурения, которые до?окны быть

° одноуровневыми, двухуровневыми ипи. мыо гоуровневыми и решать две задачи: задачу стабилизации (поддерживать режим бу рення при посто. нных задающих воэдей2 ствнях) и задачу ойтймизапии режимов бурения (изменять управляющие ипи зара» ющие воздействия согласно заданному критерию); допуски ь. оптимизапию режимов бурения по нескольким критериям; допускать управпеыие se менее чем двумя параметрами режима бурения (частотой вращения и усилием подачи); выпоЪнять функпии защиты от стопореыия рабочего органа и от черезмерного возрастания крутящего момента, от резкого ивменения скорости бурения, от спишком высоких и слишком мапых скоростей?врачи, от

?ювышеыных вибраций,от нарушений режима очистки скважины; защищать от стопорвния в две три- ступеыи (снижение

3 1030 43 4 уровня вибрации, экстремапьный регупятор, коммутатор, датчики давления, элементы, ИЛИ, НЕ, бпок задержки, эпектрогидрав пический кпапан и блок реверса подачи, причем датчики скорости бурения и часто-, ты вращения подкпючены к двум входам вычиспитепьного блока, третий вход которого подключен к выходу датчнка тока, а выход вычислительного бпока подкпючвн к одному иэ входов первого блока сравнения, другой вход которого соединен с выходом задатчика глубины, а выход перво го бпока сравнения связан с одним из входов коммутирующего бпока, четыре входа которого подключены соответственно к выходам второго бпока сравнения, первого и второго репейных эпементов, датчика усипия подачи и оаному из входов эадатчика гпубины, при этом другой вход задатчика гпубины подкпючен к первому усипитепю, датчик вибрации подкшочен к второму блоку сравнения, связанному с. эадатчиком уровня вибраций, выхоа датчика тока подключен к третьему блоку сравнения, связанному с задатчиком тока, выход третьего бпока сравнения связан с входом регупятора: частоты вращения и первым релейным элементом, соединенным с коммутатором и задатчиком гпубины, задатчик гпубины подключен через второй кпючевой эпемент к экстремальному регулятору, соединенному через первый выкпючатель с датчиком скорости бу рения и через третий переключающий элемент с вычиспитепьным бпоком, первый датчик давления подкшочен через поспедоватеиьно соединенные эпементы ИЛИ и третий усилитель к эпектрогидравпическому кпапану и через последовательно соединенные первый элемент НЕ и блок задержки к второму элементу НЕ, который связан с элементом ИЛИ, кроме того, первый датчик давпения соеаинен с первым усилителем, второй датчик давления подкпючен через второй усилитель к блоку реверса подачи $3).

30 нагрузки, останов, реверс подачи); также соответствовать требованиям, относящим ся к конструктивному исполнению систем . управления, элементной базе, согпасованию с АСУ горным производством, переходным процессам и помехоустойчивости (1).

Предъявпяемым требованиям отвечает система Режим 2НМ, которая состоит, иэ регулятора давпения, системы подачи бурового става, усилитепвй, силового магнитного усилителя, двигателя враша- . тепя, промежуточного магнитного усилителя, бпока отрицательной обратной связи по нацряжвнию двигатепя, датчика давления в системе подачи, гидросистемы,. системы воздушной очистки, обратной связи по скорости подачи, бпока токовой отсечки, датчика механической скорости бурения, масштабных бпокЬв, непинейного преобразоватепя, датчика вибрации, датчика давления воздуха и блока обратной связи по частоте вращения.

Эта система обеспечивает на первом уровне решение задачи стабипиэации технопогических параметров машины. 25

На втором уровне система обеспечивает выбор режима бурения (частоты„вращения,п и усипия подачи Cq) в зависимости от буримости :породы по снедуюшим зависимостям

G = + а ) Ч; = о+Ь Ч„() где Чп - скорость бурения иди подачи; оро,о „5- коэффициенты пропорционапьности, определяемые статическими методами дпя конкретных мес35 горождений.

Кроме того, система обеспечивает защиту станка от вибраций 2).

Недостатками системы являются вве- 4О денные.в:нве масштабные и непинейные блоки, настройку которых необходимо производить на - каждом месторождении поспе объемных предварительных испытаний; отсутствие контура выбора критерия. 45 оптимальности; отсутствие бпока реверсирования подачи цри повышенном токе двигателя и заЫламовывании долота.

Наибопее близким техническим решением к изобретению явпяется устройство 50 для управпения режимами врашатвльного бурения, скважин, содержащее датчики скорости бурения, частоты вращения, вибрации и усипия, вычиспительный бнок, заавтчик гпубины, бпоки сравнения, ре- 55 гупяторы частоты вращения и усйпия подачи, репейные эпементы и к почевые элементы, датчик тока, эадатчики тока и

Недостатками известного устройства являются отсутствие контура выбора критерия оптимальности; невысокая надежность перекпючения режимных параметров на режим регупирования; отсутствие реверса при повышенном токе двигатепя врашателя; прекращение поиска оптимапьных режимов при возникновении ограничений по предепьному моменту по уровню вибраций и цо эашламовыванию долота.

Цепью изобретения явпяется повышенис надежности управпения путем непрерывно»

1 030643 и иска оптимальных режимов и за мой и восьмой элементы сравнения, тре-, 1 и счет автоматического перехода с одного тий, четвертый, пятый, шестой и седьмо критерия на другой в условиях резко из- репейные элементы, задатчики усилия поменяющихся прочностных.и структурных дачи, производительности, максимальной свойств пород по границе допустимых 5 частоты и тока реверса подачи, причем ,бурения определяемой предел выходы датчика усилия подачи и эадатчиным моментом на долоте, уровнем виб- ка усилия подачи соединены с входами рации платформы и формы и эашпамовыванием четвертого блока сравнения, выход кото пневмомагистрале до о рапей долота рого через третий репейный элемент подключен к первому входу дополнительного

Поставпвнная пель достигается тем, комм атор, вто„ и вход которого

ЧтО В УСтРОйотВО ДПЯ УПРаВЛЕЩ Я РЕжИма-, динен с эадатч1 ом глубины, а третий ми вРащательного бУРениЯ скважин со- вход « с выходом экстремального регулядержащее датчик механической скорости тора, BblxoII дополнительно коммутатора один иэ выходов котоРого соединен с ин, 15 соединен с друим входом третьего бло формапионным входом первого ключевого элемента, а дРУгой - с пеРвым входом тепьш,сти и блока нелинейности соединвычислительного блока, первый выход ны с входами пятого блока сравн ния, выкоторого соединен с инч ормационным . ход которого через четвертый репейный

О KD servo aHeMeHTa 20 элемент соеди ходы первого и второго ключевых эпе- дами первого и ВтОрО к ево эментов соединены с входами экстремал ментов, ыхо ы датчика cTQTbI в ащеНого peI. Topa, датчик Hac TQTbl вращ НИЯ, соединенный с втоРым Входом вычис подключены K ше блоку литепьного блока, третий вход которогц 25 ы ход котор че тый пей и соединен с одним нэ выходов датчика элемент соединен с вторым входом комока, другой выход которого соединен с му а-ора, кроме -то о, выход датчикй одним из входов первого элемента срав, частоты соедини c,инфорь,апионным вхнения, другой вход которого соединен с дом третьего ключевого элемента, управзадатчкком TQKa Отсечки а Вы ход первО

ro блока сравнения соединен с вхоелом . первого релейного элемента, датчик виб-, Вхоцу компаратора, второй вход которого с входами второго блока сравнения, выход которого подключен к входу второго релейного эпемента, второй Выход. вь числительного блока подключен к одному из входов тРетьего элемента сРавнениЯ, вы э .Мент ИЛИ, и и т етий воды Коо ход которого соединен с первым входом торого соединены соответственно с вых коммутатора, первый, в орой, тре и и 40 дами первого и второго репейных эпемен

I четвеРтый выходы котоРого соединены со- тов, выход второго элемента ИЛИ соединен с четвертым входом коммутатора чи и регулятором частоты вращения,зада выходы датчика усилия подачи и задатччик глУбины, датчик УсилиЯ подачи, пеРвы ка усилий подачи соединены с входами вый датчик давления,выход которого соединен с торого через шестой репейный эпемент °В"ОДОМ жРВОГО УСИЛИТЕПЯ И С В" ДОМ ЕР хдинен с пятым входом ком у,атор,, вого элемента НЕ, выход котоРого чеРез выхо ы зад тчи а тока р подачи;и последовательно соединенные блок задбрж- датчика тока с дине ы с входами вки и второй элемент HE "единен с вто- мого э„,нта сравнещ,4 выход,о го рым входом первого элемента ИЛИ, вы- через оедьмой репейный элемент соеди-.

50 ход которого, через второй усилитель HeH c BTopblM Входом 6 р динен с эпектрогидравлическим клаланом, второй датчик давления через третий уси- Кроме того, коммутатор выполнен на питепь соединен с.первым входом блока элементах И, НЕ, ИЛИ и нуль-органе, реверса подачи, введены компаратор, блок 15 выход которого соединен с первыми вхонелинейности, третий ключевой элемент, дами первого и второго элементов И, Вы» вторбй. элемент й. ИЛИ дополнительный ком- ходы которых подключены к пе вым вхомутатор, четвер ы, Вер ый пятый шестой сець- дам соответствующих епементо ИЛИ, вы1030543

7 хоц первого элемента НЕ соединен с первым вхоцом третьего элемента И и вторым входом второго элемента И, выход третьего элемента И соединен с вто° рым входом первого элемента ИЛИ, выход которого через второй элемент НЕ соединен с первым вхоаом четвертого элемента И, выход которого является первым выходом коммутатора, второй вход четвертого элемента И явпяется вторым Ið входом коммутатора, вход первого эпе« мента НЕ,второй вход первого элемента И, первый вход пятого элемента И и .первый вход шестого элемента И объединены и явпяются третьим входом комму@ ) g татора, вторые входы третьего элемента

И и пятого элемента И объединены и яв пяются четвертым входом коммутатора, . выхоа пятого элемента И-через третий элемент НЕ соединен с вторым входом шестого элемента И, выхоц которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом четвертого эпемента НЕ и с первым входом седьмого эпемента И, вто- д5 рой вход которого является пятым входом.коммутатора, а выхоа- третьну выходом коМмутатора, выход четвертого элемента НЕ является четвертым выхоАоМ коммутатора. зр

На фиг. 1 представлена функциональная блок- схема устройства управления режимами вращательного бурения скважин; на фиг. 2 - схема выполнения коммутатора.

Устройство управления режимами вращательного бурения скважин (фиг. 1) содержит датчик 1 механической скорости, датчик 2 частоты вращения, датчик 3 вибраций, датчик 4 тока,.датчик 5 усипия подачи, первый датчик 6 давления, второй цатчик 7 давления, эадатчик 8 томе реверса подачи, задатчик 9 усилий, эадатчик 10 гчубины, задатчик 11 максимальных усилий подачи, задатчик 12 тока отсечки, задатчик 13 вибрации, задатчик 14 максимальной частоты, за- 45 датчик 15 производительности, репейные элементы 16 - 22, блок 23 непинейнооти, ключевые элементы 24 - 26, вычиопитепьный блок 27, экстремальный регулятор 28, дополнительный коммутатор

29, коммутатор 30, регупятор 31 усипий подачи, регулятор 32 частоты вращения, элементы ИЛИ 33 и 34, элементы НЕ 35 и 36, блок 37 задержки, эпектрогидравпический кпапан 38, уси- 55 пйтепи 39 - 41, бпок 42 реверса подачи, компаратор 43 и элементы сравнв ния 44 - 51 °

Коммутатор 30 (фиг. 2) содержит элементы НЕ 52 — 55, эпементы ИЛИ

56 и 57, элементы И 58 — 64 и нуль орган 65.

Датчики скорости бурения 1 и,частоты вращения 2 в устройстве подкпючены к цвум входам вычиспитепьного бпока 27, третий вход которого поцкпючвн к выходу датчика 4 тока, а выход вычиспитепьного блока 27 подключен к одному из входов блока сравнения 46, другой вход которого соединен с выхс аом коммутатора 29. Выход блока сравнения 46 подкпючен к одному иэ входов коммутатора 30, четыре остальных входа которого подкпючены соответственчо к Ъыходам элемента ИЛИ 33,:репейных эпементов 18 и 20 и компаратора 43.

Датчик 3 вибраций подкпючен к второму блоку сравнения 48, связанному с задат чиком 13 вибраций, а выход блока сравнения 48 поакпючен к одному иэ входов эпемента ИЛИ 33 через репейный эпемент 17, два других входа которого соответственно соединены с выхоцами усипитепя 40 и репейного элемента 16.

Вход поспванего связан с выходом блока сравнения 49„ входы которого связаны с задатчиком l 2 и датчиком 4 тока. tIep вый датчик 6 давления подключен через последовательно соединенные эпемент

ИЛИ 34 и первый усипитепь 39 к выходу эпектрогиаравпического клапана 38.

Кроме того, первый датчик 6 давления .. подключен к входу усилителя 40 и через поспедоватепьную цепочку элементов

НЕ 35, блока зацержки 34. и элемента

HE 36 к второму входу элемента ИЛИ 34.

Второй датчик 7 давления через усипи- тель 41 подключен к первому входу бпока 42 реверса подачи. Второй вхоа поспеднего через репейный эпемент 1 9 соединен с выходом элемента сравнения 51, входы которого в свою очерець подкпюче ны к датчику 4 тока и эадатчику 8 тока реверса подачи. Выход усипитепя 40 также подключен к управляющему входу ключевого элемента 26, основной вход которого подключен к датчику 2 частоты вращения, а выход, связан с входом компаратора 43, второй вход которого связан с датчиком 5 усилия подачи. Кроме того, выход датчика 5 усипия подачи связан с репейным элементом 18 через элемент сравнения 50, второй вход кото» рого соединен с эадатчиком ll максимального усилия поцачн и с репейным. эпементом 22 через эпемент сравнения

103054

44, второй вход которого соединен с задатчиком 9 усилия. Выход репейного эпемента 22 подключен к управляющему входу коммугатора, 29. Выход датчика 2 частоты врашения подкшочен к репейному элементу 20 через элемент сравнения 47, соединенный с задатчиком 14 максимальной частоты вращений. Датчик

1 скорости бурения соединен с основным входом кпючевого элемента 24 и вход- 10 дом блока 23 непинейности, причем поспеаний подкпючен к репейному эпементу

21 через эпемент сравнения 45, который: вторым входом соединен с задатчиком

15 производитепьности, а выход репейно- 15 го элемента 21 соединен с управляющими входами кпючевых элементов 24 и 25, При этом выход кпючевого эпемента 25 соединен с входом экстремального регу-, пятора 28, выход которого соединен с. рО одним из входов. коммутатора 29. Второй: вход экстремального регулятора 28 через ключевой элемент 25 подключен к второму выходу вычиспитепыюго бпока

27. Задатчик 10 гпубины связан с втррым 5 входом коммутатора 2,9. Четыре выхода коммутатора 30 соединены с соответст/ вуюшими двумя входами регупяторов усипия подачи 31 и частоты вращения 32.

Коммутатор 30 содержит репейный нупьорган 65, соединенный с выходом эпемента сравнения 46, при этом выход нупь; органа 65 соединен с входами эпвментов

И 58 и 61, а второй вход эпемента

И 58 соедийен с входом компаратора 43, кроме того, выход последнего подкпючен ,35 к входам элемента HE 53, эпементов

И 60 и 62. Выход элемента НЕ 53 подкпючен к входам элементов И 59 и 61, а выход поспеднего подключен к одному

40 из входов-элемента ИЛИ 56, второй вход которого соединен с выходами эпемента

И 62, второй вход которого в свою очередь подключен через эпемент HE 52 к выходу элемента И 60. Входы эпементов

И 59 и 60 подключены к выходу второго

45 эпемента ИЛИ 33.Выход эпемента ИЛИ 56 соединен с соответствующим входом регулятора 31 усилия подачи через эпе- . мент И 64, второй вход поспеднего соединен с репейным элементом 18, а также

50 соединен с другим входом регупятора 31 усипия через эпемент HE 54. Входы элемента ИЛИ 57 соответственно соединены с .выходами элементов И 58 и 50, а выход с соответствующим. входом регу- 55 пятора 32 частоты вращения и с вторым входом того же регулятора через эпемент

НЕ 55 и эпеме т И 63, причем второй

3 10 вход последнего соединен с выходом репейного эпемента 20.

Устройство работает спедуюшим образом.

При пуске устройства путем подачи на него. Напряжения питания на выходе датчика 5 усилия напряжение равно нулю, а датчика 2 частоты вращения - некоторой минимальной вепичине. Эти напряжения поступают на входы компаратора 43 непосредственно и через ключ 26. На выходе компаратора 43 сигнап (0 (так как C - с(, 0 С О), и.поэтому коммутирующее устройство 30 вкпючает регупятор

31 усилий подачи в режим регулирования, а регулятор 32 частоты вращения - в режим ограничения. Сигнап п в блоке сравнения 47 сравнивается с уставкой мксимапьной частоты вр шени о„,ж от задатчика 14, разность >и преобра зуется в репейном элементе 20 в диск-. ретный сигнап и который через коммутатор 30 возд™ействует на perywrop

32 частоты вращения до максимапьной вепичины n . Сигнап с датчика 5 усипия подачи поступает на вхед эпемента срав .Нения 44, на второй вход которого пода ется уставка- усипия перехода к неразрушаюшему массиву от задатчика 9. При этом разность a5 = Q - 5 .(0 с вы1 1 хода элемента сравнения 44 поступает на вход репейного элемента 22 и на входе гюспеднего сигнап равен нупю, который устанавпивает коммутатор 29 в попоженне подкшочения задатчика 10 к одному из входов эпемента сравнения 46. Так как в начапьный момент b =О, то и, угпубпение также равно нупю, т.е. 5> "О, и на регулятор 31 поступает сигнап..дЬ через коммутатор 30 на увепичение усипия подачи. Увеничение С, при n n+ приводит к росту скорости бурения, и при э гом сигнап Vg or датчика 1 поступает на вход вычиспитеш ного бпока 27, на второй вход которого поступает сигнап р от датчика 2. В бпоке 27 вычиспяеъся сигнап текущего значения углубпения по формупе h> V ln (2), который посюупает на второй вход эпемента 46.

Таким образом, осушествпяется стабипнзапия заданного значения углубпения Ь ло контуру 21-2 - 27 - 46 - 30 - 31.

При бурении неразрыхпенного массива . породы дпи обеспечении заданного Ь увеличивается усипие подачи: При этом на выходе элемента 44 появляется сигнап, который через репейный эпемент 22 переключает вход эпемента сравнения 46

43 l2

I ходит. обратное переключение. Аналогично осуществляется переключение С, и г в оптимизируемый ипи ограничиваемый параметр при наличии ограничений.

При. повышении уровня вибраций плат-. формы сигнал Ч or датчика 3 становится бо ше заданного V> задатчиком 13, что приводит к появлению Ч . О на выходе элемента сравнения 48, в котором сравниваются Ч и V . Сигнал йЧ элементом, 17 преобразуется в дискретный .сигнал V, который поступает на один иэ входов але- - мента,ИЛИ 33. Анапогично при превышении текущего тока двигателя Э, полученного от датчика 4, первой уставки предельного тока Э „, задаваемой задатчиком 12 и выбираемой в пределах 0,951,0 Э,, на выходе элемента 49 появляется сигнал д3 > О, который апементом

16 преобразуется в дискретный сигнал 3. и чоступает на другой вход алемента

ИЛИ 33. При зашпамовывании;долрта повышается давление в пневмомагистрапи и при превышении опредепенчой величины, выбираемой в пределах 1,9-2,3 атм, на выходе датчика 6 появпяется дискретный сигнал Р, усипиваемый усилителем 40 и поступающий на вход ИЛИ 33 и управляющий вход ключа 26. В поспеднем случае ключ 26 закрывается, и на выходе компаратора 43 устанавливается единичный сигнап (= 1, так как g)pO. При этом четко фиксируется, что - ограничиваемый параметр, а И -, оптимизируемый.

Таким образом, при возникновении вибраций, повышенного тока двупателя ипи зашпамовывания на входы ИЛИ 33 поступают дискретные сигналы Р, V и 3, которые после логического суммирования (Г = P + V + 3 ) поступают на вход комР мутатора 30. Это вызывает уменьшение ограничиваемого параметра до исчезнове ния сигнала Г, . По исчезновении сигнала

Г ограничиваемый параметр увеличивается до максимальной величины, что соответствует переходу сигнала р ипи 5 ,на нупевой уровень. Cm.íeï и,, формиру.ется элементами 14, 47 и 20, а (щ-

:;11, 50 и 18.

В процессе поиска оптимальных режимов при уввпичении усилия йодачи; при

0 h>. наступает момент, когда Я ),aу..

В этом случае сигнап. ) = 1 (так как

Я;-etoî > О) на выходе компаратора 43, что приводит к - пэрекпючению коммутато- 55 ра 30, регулятора 31 усипия в режим ограничения, а регулятора 32 в режим регулирования. При сигнале ф 0 ароив-

11 1030 5 на выход акстремаяьного регулятора 28 с с помощью коммутатора 29, Так как механическая скорость eule недостяточно велика для обеспечения производительности, заданной задатчиком 15, то на выходе блока 23 непинейности напряжение . П ниже "I . Блок 23 нелинейности преобразует скорость бурения, поступающую на его вход от датчика 1, в производительность - согпасно формулы (2). 10

При атом на выходе эпемента сравнения

45 сигнал ЬП П - П (O. Он посту3 пает на вход репейного эпемента 21, не вызывая появпения на его выходе единичного сигнапа. Нупевой сигнал репейно- 15 го эпвмента 21 обеспечивает включение кпючевого апемвнта 24 и закрытие ключевого эпемента 25. При этом сигнал. V через кшочевой эпвмент 24 поступает на вход экстремапьного регулятора 28, ко- 20 торый в свою очередь выбирает такое значение b, которое обеспечивает максимум скорости бурения.

При достижении скорости бурения, обеспечивающей заданную производитвпь- 25 ность, единичный сигиап с репейного элемента 21 закрывает кщочввой элемент

24 и открывает кпючввой эпемент 25, .что приводит к появпвнию нв входе экст-, ремапьиого регупятора 28 сигнала, обрат- з0 ного энергоемкости, который вычисляется в бпокв 27 по формупе 1И = Ьт /3r гдв . Ю - энергоемкость, Э - твкущвеэначенив тока двигатв я, поступающее от . датчика 4 тока. При етом система управпения обеспечивает выбор режима с мини35 мапьной энергоемкостью.

Снижение скорости бурения ниже ввпичины, опредвняемоФ уставкой эадатчика

15, приводит к обратному переключению

«пючевых элементов 24 и 25, спэдова.40 твпьно, к переходу иа критерий максиM+49 скорости бЛ9ния.

Таким образом, контуры 5 - 44 — 2229; 1 23 - 45 - 21 - 27 - 25; .1 -27-28-29; 4-1 -2-2725 - 28 - 29 обеспечивают изменение критерия оптимальности в зависимости от усп0вий бурения., Кроме того, при зашпамовывании допота сигнал с датчика 6 передается на вход

ИЛИ 34 и на вход НБ 35. Одновременно на второй вход ИЛИ 34 от элемента НЕ 36 поступает сигнал. Сигнал с выхода

ИЛИ 34, усииенный усилителем 39, вкпк -, чает эпектрогидравпический клапан 38, обеспечивая повышенный расход воды, 1 Э . 10305 подаваемой в скважину. Увепичение расхода воды и снижение усилия подачи приво дит к расштыбовке допота, в результате чего исчезает сигнал с датчика 6. При етом на выходе элемента НЕ 35 появляется сигнал, который блоком 37 задержки задерживается, т.е. на время задержки на входе элемента НЕ 36 будет отсутствовать сщ нап, а на его выходе и входе

ИЛИ 34 будет единичный сигюп. Таким 1р образом, в течение времени задержки будет производиться бурение с повышенным расходом воды. Если снижение усиди и увеличение расхода воды не приводит к расштыбовке, и давление в пневмомагист 1 рапи повышается (до уровня примерно

3,0 атм),-: на выходе датчика 7 появляется единичный сигнал, который через уси-, литель 41 включает стройстве 42 ре-, верса подачи, которое осуществляет подь- Zp ем инструмента над забоем. Достижение нормального давления воздуха переводит станок в исходное положение.

При заклинивании долота снижение усилия подачи ипи частоты вращения цу- 25 тем формирования сигюпа Г на входе коммутатора 30 не приводит к уменьшению тока двигатепя, и он достигает аварийной величины. Поэтому в систему введена допопнитепьная токоограничивающая связь. Сигнал с датчика 4 сравнивается в элементе 51 с уставкой задатчика 8, которая равна примерно 1,5-1,73и, а результирующий положительный сигнал преобразуется элементом 1 9 в дискретный, который поступает на вход блока

42, обеспечивая при заклинивании реверс подачи долота.

Коммутатор 30 (фиг.2) явпяется спожным логическим устройством Он состоит 4О из релейного нуль-органа 65, на выходе которого устанавливается единичный а4т» нап 5 1 при появлении на его входе положительного сигнала d 1 *= Ьэ -"й. что требует увеличения угпубпенйя доло- 45 та за один оборот, в противном спучае, т.е. при аЬ< О, на выходе нутп орга на.

65 устанавливается нулевой сигнал 9 =0;

Кроме того, коммутатор 30 содержит, семь двухвходовых эпементсВ И 58 - 64, два двухвходовых элемента ИЛИ 56 и 57, четыре элемента НЕ 52 - 56.

При появлении сигюла Ag >О ю выходе элемента.сравнения 46. т.е. на вхо де нуль-органа 65, на выходе ну ь.-орга- 55 на 65 по ;.,ляется сигюл Ь 1, который поступает на входы элементов И 58 и 61.

Если сигнал 1, что соответствует

43 14 оптимизации по .частоте вращения, который поступает на. входы элементов И 58, 60 и 62 и элемента НЕ 53, на выходе элемента И 58 появляется единичный сигнал, который через третий элемент ИЛИ 57 воздействует на соответствующий вход регулятора 32, вызывая уменьшение частоты вращения. При этом сигнал с выхода элемента ИЛИ 57 через элемент НЕ 65 установит на выходе шестого элемента

И 63 нулевой уровень.

При появлении ограничений (I 1.) и

1 на обоих входах элемента И 60 выходной сигнал элемента 60 через эпемент НЕ 52 устанавпивает на выходе weмента И 62 нулевой уровень, который элементом ИЛИ 56 и элементом НЕ 54 преобразуется в единичный сигнал и воздействует на соответствующий вход регулятора усилия подачи, вызывая уменьшение усилия подачи. По исчезновении сигнала Г на выходе элемента 60 устанавливается нулевой уровень,а на выходе элемента 52 .соответственно единичный .уро- вень, т.е.,на обоих входах элемента И 62 появляются единичные сигнапы,что в свою очередь вызывает единичный сигнал на его .выходе,который через элемент ИЛИ 56 поступает на вход элемента НЕ 54,что прекра щает уменьшение усилия подачи, и на вход элемента И 64. Если усилие меньше максимального (G =1), то на соответствующий вход регулятора 31 усищи подачи поступает единичный сигнал, который приводит к росту усилия подачи.

При достижении максимального усилия {С; -О) регулятор 31 останавливается.

При появлении сигнала и 0 и Я, 1 нулевой сигнал на выходе первого э емента И 5В через третий элемент ИЛИ 57 прекращает уменьшение частоты вращения и через эпемент НЕ 55 и элемент

И 63 увеличивает частоту вращения, если она ниже максимальной, т..е. если р =1,.

Аналогично работает система прйсигнале g 0, только ограничения накладываются на частоту вращения, а регулирование производится по усилию подачи.

Работа коммутатора 30 описывается логическими выражениями

n<=(sfv Г )и, п =(ú ÷ Ã ); (3)

e =((vs t)c,; с„=г„ ч, где р, и выходные сигюпы коммутирующего устройства 57, воздействующие соответст5 м

15 1030543 . 16 венно на входы увеличения эашламовыванию нет; лри и,уменылення частоты вр, - I p 1 имеются ol pe Киче" щения регулятора 60; нйяр

«мюходные сигналы, воэдей- п Q - соответственно дискретные

Al n ствуилцие соответственно сигналы верхнего предела; иа входы. увеличения и по частоте вращения и усиуменыаения усилия подачи лию подачи (при пл -0 регуля тора 59;, p esp.. при в„„ 3. )1< A дискретный сигнал угу -; прн g юО 9 6; при Q пения долота (при Ь 1 io -1 G.(@-); р э э т г и Ю вЖксимально возможные

> 4 Q) l . частота вращения и усилие

- дискретный сигнал пере- подачи. ключения регулируемого режимного параметра (при 15 Предлагаемое устройство позволяет (1 n - регулируемый повысить надежность и точность регули» параметр, Я - ограничива- ровани, обеспечивая непрерывную оптими« емый; при (0,13.- ог- эацию процесса бурения при наложении раничиваемый, G-- регули;ограничений на режимные параметры, что руемый); gg позволяет повысить эффективность бурения

- дискретный сигнал ограни- взрывных скважин (повысить скорость чений (щи 1 - О.ограни» бурения до 10-1 2% и стойкость инстру ченнй по предельному-мо- . мента до 30%, снизить удельный расход менту, уровню вибрапий и электроэнергии на 15-20%).

1030543 1030543

ВНИИПИ Заваа 5388/36 . Тираж 6ОЗ Подписное

Филиал ППП:"Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4