Устройство для управления буровым станком

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ БУРОВЫМ СТАНКОМ, содержащее дешифратор, выходы которого соединены с входами первого и второго блоков приводов, блок датчиков, содержаш.ий датчик горизонтирования, выход которого через первый ключевой элемент соединен с первым входом дешифратора, датчик тока двигателя врашателя, выход которого через последовательно соединенные первый пороговый элемент и первый элемент задержки времени соединен с входом второго ключевого элемента, первый выход которого соединен с вторым входом дешифратора, а второй выход - с первым входом второго элемента задержки времени, датчик давления сжатого воздуха, выход которого через второй пороговый элемент соединен с вторым входом второго элемента задержки времени и с входом элемента НЕ, выход которого соединен с первым входом третьего элемента задержки времени и с первым входом элемента И, выход которого через третий ключевой элемент соединен с третьим входом дешифратора, первый выход четвертого ключевого. элемента соединен с четвертым входом дешифратора, второй выход четвертого ключевого э аемента - с вторым входом третьего элемента задержки времени, а выход пятого ключевого элемента соединен с пятым входом дешифратора, датчики вертикальной и горизонтальной вибраций, выходы которых соединены с первым и вторым входами блока задания режимов работы вращателя, выход которого соединен с входом второго блока приводов, датчики крайнего верхнего и нижнего положений , блок коррекции, выход которого соединен с шестым входом дешифратора, и блок сигнализации, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и увеличения точности управления, устройство снабжено блоком контроля перемешения бурового става,блоком управления буровым станком в крайних положениях, блоком регулирования воздушно-водяной смеси, двумя элементами ИЛИ, задатчиком Q глубины бурения, а блок датчиков снабжен датчиком перемещения бурового става (Л и датчиком скорости бурения, при этом элемент И выполнен трехвходовым, причем выход датчика скорости бурения соединен с входом блока регулирования воздушно-водяной смеси, выход которого соединен с входом блока коррекции, вторым входом элемента И и первым выходом блока управления буровым станком в крайних положениях, СП выход датчика перемещения бурового става соединен с первым входом блока контроля го перемещения бурового става, второй вход которого соединен с выходом задатчика глубины бурения, первый выход блока контсо роля перемещения бурового става соединен с третьим входом элемента И, а второй выход блока контр.оля перемещения бурового става - с первым входом блока управления буровым станком в крайних положениях, второй и третий входы которого соединены с датчиками крайнего верхнего и нижнего положений соответственно, а четвертый вход соединен с кнопкой оператора, второй выход блока управления буровым станком в крайних положениях соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3687665/22-03 (22) 05.01.84 (46) 23.05.85. Бюл. № 19 (72) В. Б. Ушаков, Ю. В. Плеханов, Ю. П. Милохин и Л. А. Ткаченко (71) Северо-Кавказский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и конструкторского института «Цветметавтоматика» (53) 622.243.92 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 599253, кл. G 05 В 19/19, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР № 748352, кл. G 05 В 19/18, 1978. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ БУРОВЫМ СТАНКОМ, содержащее дешифратор, выходы которого соединены с входами первого и второго блоков приводов, блок датчиков, содержащий датчик горизонтирования, выход которого через первый ключевой элемент соединен с первым входом дешифратора, датчик тока двигателя врашателя, выход которого через последовательно соединенные первый пороговый элемент и первый элемент задержки времени соединен с входом второго ключевого элемента, первый выход которого соединен с вторым входом дешифратора, а второй выход — с первым входом второго элемента задержки времени, датчик давления сжатого воздуха, выход которого через второй пороговый элемент соединен с вторым входом второго элемента задержки времени и с входом элемента НЕ, выход которого соединен с первым входом третьего элемента задержки времени и с первым входом элемента И, выход которого через третий ключевой элемент соединен с третьим входом дешифратора, первый выход четвертого ключевого, элемента соединен с четвертым входом дешифратора, второй выход четвертого ключевого элемента — с вторым входом третьего элемента задержки времени, а выход пятого ключевого элеменÄÄSUÄÄ 1157213 А

Ф(50 Е 21 В 44 00 та соединен с пятым входом дешифратора, датчики вертикальной и горизонтальной вибраций, выходы которых соединены с первым и вторым входами блока задания режимов работы вращателя, выход которого соединен с входом второго блока приводов, датчики крайнего верхнего и нижнего положений, блок коррекции, выход которого соединен с шестым входом дешифратора, и блок сигнализации, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и увеличения точности управления, устройство снабжено блоком контроля перемещения бурового става, блоком управления буровым станком в крайних положениях, блоком регулирования воздушно-водяной смеси, двумя элементами ИЛИ, задатчиком глубины бурения, а блок датчиков снабжен датчиком перемещения бурового става и датчиком скорости бурения, при этом элемент И выполнен трехвходовым, причем выход датчика скорости бурения соединен с входом блока регулирования воздушно-водяной смеси, выход которого соединен с входом блока коррекции, вторым входом элемента И и первым выходом блока управления буровым станком в крайних положениях, выход датчика перемещения бурового става соединен с первым входом блока контроля перемещения бурового става, второй вход которого соединен с выходом задатчика глубины бурения, первый выход блока контроля перемещения бурового става соединен с третьим входом элемента И, а второй выход блока контроля перемещения бурового става — с первым входом блока управления буровым станком в крайних положениях, второй и третий входы которого соединены с датчиками крайнего верхнего и нижнего положений соответственно, а четвертый вход соединен с кнопкой оператора, второй выход блока управления буровым станком в крайних положениях соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход

1157213 которого соединен с выходом второго элемента задержки времени, выход первого элемента ИЛИ соединен с входом четвертого ключевого элемента, третий выход блока управления буровым станком в крайних положениях соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента задержки времени, выход второго элемента

ИЛИ соединен e входом пятого ключевого элемента, четвертый выход блока управления буровым станком в крайних положениях соединен с входом блока сигнализации, а пятый выход блока управления буровым станком в крайних положениях — с третьим входом блока задания режимов работы вращателя.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления буровым станком в крайних положениях содержит элемент НЕ, элемент И, элемент ИЛИ, три триггера и два элемента задержки времени, причем первый вход элемента ИЛИ является третьим входом блока, вход элемента НЕ, первый вход элемента И, R-вход третьего триггера и четвертый выход блока являются вторым входом блока, второй вход элемента ИЛИ является третьим входом блока, второй вход элемента И является четвертым входом блока, выход элемента НЕ является пятым выходом блока, выход эле1

Изобретение относится к автоматическому управлению процессом бурения и может быть применено для автоматизации шарошечных буровых станков для бурения взрывных скважин на карьерах.

Известно устройство для программного управления рабочим органом станка, которое позволяет автоматизировать вспомогательные операции (1).

Однако применить данное устройство для автоматизации шарошечного бурового станка нельзя, кроме того, устройство имеет недостаточное быстродействие.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для управления буровым станком, содержащее дешифратор, выходы которого соединены с входами первого и второго блока приводов, блок датчиков, содержащий датчик горизонтирования, выход которого через первый ключевой элемент соединен с первым входом дешифратора, датчик тока двигателя вращателя, выход которого через

20 мента И соединен с R-входом первого триггера, выход которого является первым выходом блока, выход элемента ИЛИ соединен с S-входом первого триггера и входом первого элемента задержки времени, выход которого соединен с S-входом второго триггера, выход второго триггера является вторым выходом блока и соединен с входом второго элемента задержки времени, выход которого соединен с R-входом второго триггера и с S-входом третьего триггера, выход которого является третьим выходом блока.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок контроля перемещения бурового става содержит дискриминатор, реверсивный счетчик, элемент запрета, счетчик и элемент сравнения, причем вход дискриминатора является первым входом блока, один из выходов дискриминатора соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, другой выход дискриминатора соединен с. вычитающим входом реверсивного счетчика и с первым входом элемента запрета, выход реверсивного счетчика является первым выходом блока и соединен с вторым входом элемента запрета, выход которого через счетчик соединен с первым входом элемента сравнения, выход которого является вторым выходом блока, второй вход элемента сравнения является вторым входом блока.

2 последовательно соединенные первый пороговый элемент и первый элемент задержки времени соединен с входом второго ключевого элемента, первый выход которого соединен с вторым входом дешифратора, а второй выход второго ключевого элемента— с первым входом второго элемента задержки времени, датчик давления сжатого воздуха, выход которого через второй пороговый элемент соединен с вторым входом второго элемента задержки времени и с входом элемента НЕ, выход которого соединен с первым входом третьего элемента задержки времени и с первым входом элемента И, выход которого через третий ключевой элемент соединен с третьим входом дешифратора, первый выход четвертого ключевого элемента — с четвертым входом дешифратора, второй выход четвертого ключевого элемента — с вторым входом третьего элемента задержки времени, а выход пятого ключевого элемента — с пятым входом дешифратора, датчики вертикальной и горизонтальной вибрации, выходы

116<213 которых соединены с первым и вторым входами блока задания режимов работы вращателя, выход которого соединен с входом второго блока приводов, датчики крайнего верхнего и нижнего положений, блок коррекции, выход которого соединен с шестым входом дешифратора, и блок сигнализации (2) .

Однако известное устройство обладает недостаточным быстродействием и малой точностью, поскольку блоком памяти запоминается не высота подъема долота над забоем, а время его движения вверх при изменении температуры масла в системе гидроподачи, а состояние элементов гидросистемы приведет к значительным погрешностям в управлении. Это выразится либо в потере производительности, либо в снижении срока службы шарошечного долота.

При достижении буровым ставом крайних положений известное устройство включает блок сигнализации и отключает подачу инструмента на забой. Это увеличивает затраты времени на вспомогательные операции и снижает быстродействие. Кроме того, отсутствие в блоке обратной связи датчика глубины скважины не позволяет своевременно прекращать бурение при достижении заданной глубины скважины.

В устройстве также отсутствует управление воздушно-водяной смесью, что существенно снижает производительность бурового станка, так как несвоевременное управление режимом промывки приводит к зашламованию скважины, которое требует затрат времени для ликвидации этой аварийной ситуации.

Цель изобретения — повышение быстродействия и увеличение точности управления.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления буровым станком, содержащее дешифратор, выходы которого соединены с входами первого и второго блока приводов, блок датчиков, содержащий датчик горизонтирования, выход которого через первый ключевой элемент соединен с первым входом дешифратора, датчик тока двигателя вращателя, выход которого через последовательно соединенные первый пороговый элемент и первый элемент задержки времени соединен с входом второго ключевого элемента, первый выход которого соединен с вторым входом дешифратора, а второй выход второго ключевого элемента — с первым входом второго элемента задержки времени, датчик давления сжатого воздуха, выход которого через второй пороговый элемент соединен с вторым входом второгоэлемента задержки времени и с входом элемента НЕ, выход которого соединен с первым входом третьего элемента задержки времени и с первым входом эле5

Зо

55 мента И, выход которого чере3 третий ключевой элемент соединеn с третьим входом дешифратора, первый выход че I вертого ключевого элемента — с четвертым входом дешифратора, второй выход четвертого ключевого элемента — с вторым входом третьего элемента задержки времени. ы выход пятого ключевого элемента — с пятым входом дешифратора, датчики вертикальной и горизонтальной вибрации, выходы которых соединены с первым и вторым входами олока задания режимов работы вращателя, выход которого соединен с входом второго блока приводов, датчики крайнего верхнего и нижнего положений, блок коррекции, выход которого соединен с шестым входом дешифратора. и блок сигнализации, снабжено блоком контроля перемещения бурового става, блоком управления буровым станком в крайних положениях, блоком регулирования воздушно-водяной смеси, двумя элементами ИЛИ, задатчиком глубины бурения, а блок датчиков — датчиком перемещения бурового става и датчиком скорости бурения, при этом элемент И выполнен трехвходовым, причем выход датчика скорости бурения соединен с входом блока регулирования воздушно-водяной смеси, выход которого соединен с входом блока коррекции, вторым входом элемента И и первым выходом блока управления буровым станком в крайних положениях, выход датчика перемещения бурового става — с первым входом блока контроля перемещения бурового става, второй вход которого соединен с выходом задатчика глубины бурения, первый выход блока контроля перемещения бурового става — с третьим входом элемента

И, а второй выход блока контроля перемещения бурового става — с первым входом блока управления буровым станком в крайних положениях, .второй и третий входы которого соединены с датчиками крайнего верхнего и крайнего нижнего положений соответственно, а четвертый вход — с кнопкой оператора, второй выход блока управления буровым станком в крайних положениях соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходоM второго элемента выдержки времени, выxoä первого элемента ИЛИ— с входом четвертого ключевого элемента, третий выход блока управления буровым станком в крайних положениях — с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента задержки времени, выход второго элемента ИЛИ вЂ” — с входом пятого ключевого элемента, четвертый выход блока управления буровым станком в крайних положениях — с входом блока сигнализации, а пятый выход блока управления буровым станком в крайних положениях

1157213

5 с третьим входом блока задания режимов работы в р а шател я.

Блок управления буровым станком в крайних положениях содержит элемент НЕ, элемент И, элемент ИЛИ, три триггера и два элемента задержки времени, причем первый вход элемента ИЛИ является третьим входом блока, вход элемента НЕ, первый вход элемента И, R-вход третьего триггера и четвертый выход блока являются вторым входом блока, второй вход элемента ИЛИ вЂ” третьим входом блока, второй вход элемента И вЂ” четвертым входом блока, выход элемента НŠ— пятым выходом блока, выход элемента И соединен с R-входом первого триггера, выход которого является первым выходом блока, выход элемента ИЛИ соединен с S-входом первого триггера и с входом первого элемента задержки времени, выход которого соединен с S-входом второго триггера, выход второго триггера является вторым выходом блока и соединен с входом второго элемента задержки времени, выход которого соединен с R-входом второго триггера и с S-входом третьего триггера, выход которого является третьим выходом блока.

Блок контроля перемещения бурового става содержит дискриминатор, реверсивный счетчик, элемент запрета, счетчик и элемент сравнения, причем вход дискриминатора является первым входом блока, один из выходов дискриминатора соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, другой выход дискриминатора — с вычитающим входом реверсивного счетчика и с первым входом элемента запрета, выход реверсивного .счетчика является первым выходом блока и соединен с вторым входом элемента запрета, выход которого через счетчик соединен с первым входом элемента сравнения, выход которого является вторым выходом блока, второй вход элемента сравнения — вторым входом блока.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства для управления буровым станком; на фиг. 2 — функциональная схема блока управления станком в крайних положениях; на фиг. 3 — функциональная схема блока контроля перемещения бурового става.

Устройство содержит блок 1 датчиков, содержащий датчик 2 горизонтирования, датчик 3 тока двигателя вращателя, датчик

4 давления сжатого воздуха, датчик 5 перемещения бурового става, датчики 6 и 7 крайнего верхнего и нижнего положений, датчики 8 и 9 вертикальной и горизонтальной вибраций, датчик 10 скорости бурения.

Устройство содержит также задатчики

11 глубины бурения, блок 12 контроля перемещения бурового става, блок 13 управле25

55 ния буровым станком в крайних положениях, блок 14 сигнализации, блок 15 задания режимов работы врашателя, два пороговых элемента 16 и 17, три элемента 18 — 20 задержки времени, элемент НЕ 21, два элемента ИЛИ 22 и 23, элемент И 24 на три входа, пять ключевых элементов 25 — 29, блок 30 коррекции, блок 31 регулирования воздушно-водяной смеси, дешифратор 32, блоки 33 и 34 приводов. Для управления давлением воздушно-водяной смеси необходимы насосная 35 и компрессорная 36 установки.

Работа устройства заключается в следующем.

После перегона станка на новую точку бурения происходит его автоматическое горизонти рова ние с помощью датчика 2, ключевого элемента 25 и дешифратора 32, воздействующего на гидродомкраты (блок

33).

В режиме нормального бурения требуемые значения режимов устанавливаются блоками коррекции 30 и задания режимов работы вращателя 15. Кроме того, в зависимости от скорости бурения по сигналу с датчика 10 с помощью блока 31, воздействующего на насосную 35 и компрессорную 36 установки, регулируется воздушноводяная смесь, так, что с уменьшением крепости породы и, следовательно, с увеличением количества выбуриваемой мелочи расход воды и воздуха увеличивается и наоборот.

Если в процессе бурения ток двигателя врашателя увеличится выше установленного, сигнал с датчика тока 3 через пороговое устройство 16, элемент 18 задержки, ключевой элемент 26 поступает на дешифратор 32 и вызывает уменьшение осевого усилия.

Если ток врашателя не уменьшается, то через выдержку времени, определяемую элементом 19 задержки, через элемент ИЛИ

22 и ключевой элемент 27 сигнал о превышении тока подается на другой вход дешифратора, который включает медленный подьем бурового става на время, определяемое элементом 20 задержки, сигнал с выхода которого проходит через элемент ИЛИ 23 и ключевой элемент 28, включая режим быстрого подъема. Величина переподъема долота над забоем формируется блоком 12 контроля перемещения бурового става.

Если в процессе бурения увеличится давление сжатого воздуха, что будет свидетельствовать о зашламовании забоя скважины, сработает пороговое устройство 17, подключенное к выходу датчика 4 давления сжатого воздуха . Дальнейшая работа схемы аналогична работе при превышении тока двигателя вращателя.

1157213

Если в процессе подъема бурового става ток вращателя или давление сжатого воздуха уменьшается до значения, соответствующего нормальному бурению, то при условии, что буровой став не находится в крайнем положении, заполняются все три входа элемента И 24. его выходной сигнал через ключевой элемент 29 и дешифратор 32 включит режим быстрого спуска бурового става, который будет продолжаться до момента, пока на выходе блока 12 не исчезнет выходной сигнал, соответствующий подъему долота над забоем. Режим основного бурения включается при точном достижении долотом забоя . скважины. На втором выходе блока 12 формируется сигнал в виде логи- 15 ческой «1» в момент достижения забоем скважины глубины, установленной на задат чике 11.

При этом так же, как и в случае достижения буровым ставом крайнего нижнего положения, выходной сигнал блока 13 через элемент ИЛИ 22 и ключевой элемент

27 включит режим медленного подъема, а затем через величину задержки блока 20— быстрый подъем.

Одновременно блоком 13 вырабатыва- 25 ется запрещающий сигнал на блок 30 коррекции, блок 15 задания режимов работы вращателя, на элемент 24 совпадения, а также на блок 31 регулирования воздушноводяной смеси. Происходит подъем бурового става до крайнего верхнего положения при выключенном вращателе и отсутствии орошения скважины.

При достижении крайнего верхнего положения через элемент 23 и ключевой элемент 28 прекращается подъем става, включается блок 14 сигнализации.

При достижении заданной глубины или нижнего положения на выходе элемента или 37 появляется выходной сигнал, который через S-вход установит на прямом выходе триггера 38 запрет на включение 4ц подачи вниз, а также подачи водяной смеси в скважину (через блоки 24, 30 и 31). Сигнал с выхода элемента ИЛИ 37 через элемент 39 задержки поступает íà S-вход триггера 40. Выходной сигнал с прямого выхо- 4« да триггера 40 включит систему гидроподачи на медленный подъем. Через выдержку времени, определяемую элементом 41 задержки, выход которого соединен с S-входом триггера 42, сигнал с прямого выхода которого включает режим быстрого подъема, одновременно триггер 40 возвращается в исходное положение.

Буровой став поднимается вверх и воздействует в крайнем верхнем положении на конечный выключатель, который отключает вращение бурового става через элемент HE

43 и включает блок сигнализации, одновременно возвращая в исходное положение триггер 42 и заполняя один из входов элемента И 44.

Возврат триггера 38 в исходное положение возможен после окончания вспомогательных операций по разборке бурового става, о чем сигнализирует вручную оператор нажатием кнопки (фиг. 1).

Блок контроля перемещения бурового става состоит из дискриминатора -45, реверсивного счетчика 46, элемента 47, счетчика

48 и элемента 49 сравнения.

Дискриминатор 45 представляет собой логическое устройство, имеющее два Bb(xoда и предназначенное для определения направления вращения ротора датчика 5 перемещений бурового става (фиг. 1, 3). При

его вращении в сторону опускания бурового става на выходе дискриминатора появляется сигнал «+», а при вращении в другую сторону — сигнал «-».

Выходные сигналы дискриминатора 45 поступают на входы реверсивного счетчика

46, так что при подъеме бурового става производится запись, а при опускании — списывание. Элемент 47 запрета пропускает импульсы при продвижении бурового става вниз при отпускании подъема долота над забоем, т.е., когда выходной сигнал с блока

46 отсутствует. Выходные сигналы с элемента 47 поступают на вход счетчика 48, где суммируются с нарастающим итогом, сравниваются в блоке 49 сравнения с сигналом задания, формируемым задатчиком 11 глубины бурения (фиг. 1, 3). Выходной сигнал с блока 49 поступает на вход блока 13 (фиг. 1), а выходной сигнал с блока 46— на вход элемента 24 (фиг. 1).

Предлагаемое устройство позволяет осуществить автоматическое управление всем технологическим процессом шарошечного бурения, а это даст возможность одному машинисту управлять несколькими станками. На долю машиниста-оператора остаются только вспомогательные операции (переезд на новую скважину, разборка бурового става, наращивание бурового става и т.д.).

ll57213

Фиг.1

1157213

Составитель И. Назаркина

Редактор В. Данко Техред И. Верес Корректор О. Билак

Заказ 3303/3! Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4