專利名稱：石油鉆機(jī)大鉤高度計量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及檢測設(shè)備，特別涉及一種石油鉆機(jī)大鉤高度計量裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的石油鉆井機(jī)大鉤高度測量技術(shù)是利用編碼器測量絞車的鋼絲筒所轉(zhuǎn)動的角度來確定相對的大鉤高度值，由于隨絞車輥筒大繩層數(shù)不同而不同，滾筒的直徑就發(fā)生了變化，并且隨著鋼絲繩長時間使用，會造成鋼絲繩變形，滾筒不規(guī)律滾線，再加上編碼器安裝程度的影響，使得系統(tǒng)誤差較大，測量出來的大鉤高度誤差會累加，造成與實際嚴(yán)重不符。在數(shù)據(jù)傳輸上，采用有線傳輸，現(xiàn)場布線復(fù)雜且抗干擾能力差，系統(tǒng)不穩(wěn)定因素比較多。傳統(tǒng)測量方法系統(tǒng)誤差較大，測量傳感器采用光電式碼盤，容易損壞，測量的高度 值為大鉤高度的相對值，并非絕對高度值，誤差較大。在大鉤高度標(biāo)定上，需要至少2點標(biāo)定，而且對標(biāo)定人員的素質(zhì)要求較高，否則誤差會更大。采用傳統(tǒng)有線數(shù)據(jù)傳輸，布線麻煩復(fù)雜，穩(wěn)定性差。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的就是要克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種安裝簡單，壽命長，固有誤差小，可實現(xiàn)多種不同測量精度，傳輸數(shù)據(jù)可靠，抗干擾能力強(qiáng)，標(biāo)定方法簡單的石油鉆機(jī)大鉤高度計量裝置。為達(dá)上述目的，本實用新型提供的石油鉆機(jī)大鉤高度計量裝置包括石油鉆機(jī)大鉤導(dǎo)繩輪，還包括至少2個傳感器、信號采集裝置和信號接收裝置，在所述導(dǎo)繩輪側(cè)壁上沿圓周均布焊接有若干感應(yīng)觸點，在所述導(dǎo)繩輪的軸上固定安裝有傳感器支架，所述傳感器與所述感應(yīng)觸點相對,所述傳感器安裝在所述傳感器支架上并相互斜向錯開分布,所述信號采集裝置和信號接收裝置分別通過各自的支架安裝在所述架體上，所述傳感器采集的信號通過電纜連接至所述信號采集裝置，所述信號采集裝置與所述信號接收裝置無線通訊相連。本實用新型石油鉆機(jī)大鉤高度計量裝置，其中所述感應(yīng)觸點在導(dǎo)繩輪側(cè)壁上直徑為700mm的圓周上焊接，傳感器采用2個接近開關(guān)，傳感器的中心線直線距離為60mm，感應(yīng)觸點的最小中心寬度為54mm。本實用新型石油鉆機(jī)大鉤高度計量裝置，其中所述信號采集裝置與所述信號接收裝置同時采用無線wifi和無線433MHz通訊相連。本實用新型石油鉆機(jī)大鉤高度計量裝置，其中所述信號接收裝置連接有PLC控制器，所述PLC控制器輸出大鉤防碰信號至鉆機(jī)大鉤控制系統(tǒng)。本實用新型石油鉆機(jī)大鉤高度計量裝置的優(yōu)點是利用感應(yīng)觸點、傳感器、信號采集裝置、信號接收裝置和PLC控制器進(jìn)行測量和傳輸數(shù)據(jù)，安裝簡單，壽命長，采集信號穩(wěn)定可靠，固有誤差小，可實現(xiàn)多種不同測量精度，傳輸數(shù)據(jù)可靠，抗干擾能力強(qiáng)。由于采用單點標(biāo)定，操作簡單，對人員素質(zhì)要求不高而準(zhǔn)確性較高。
圖I是本實用新型石油鉆機(jī)大鉤高度計量裝置的示意圖；圖2是傳感器、感應(yīng)觸點和信號采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是信號接收裝置和PLC控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是傳感器的輸出示意圖；圖5是加減速計數(shù)信號示意圖；圖6是傳感器的安裝示意圖；圖7a和圖7b分別是本實用新型一種石油鉆機(jī)大鉤高度計量裝置的測量曲線與傳統(tǒng)大鉤高度計量裝置的測量曲線。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實用新型一種石油鉆機(jī)大鉤高度計量裝置的實施例。參照圖I和圖2，本實用新型提供的石油鉆機(jī)大鉤高度計量裝置包括2個傳感器
2、信號采集裝置5、信號接收裝置8和PLC控制器9。傳感器2采用2個接近開關(guān)，即接近開關(guān)A和接近開關(guān)B。傳感器的參數(shù)為長40mm,直徑30mm,可靠感應(yīng)距離< 12mm。參照圖2，本實用新型提供的石油鉆機(jī)大鉤高度計量裝置的實施例，在石油鉆機(jī)大鉤導(dǎo)繩輪I側(cè)壁上焊接有16個感應(yīng)觸點3，感應(yīng)觸點3大小的范圍以下式確定。觸點的寬度與觸點個數(shù)的關(guān)系式為L = N*5*D，D = D1+D2, Dl = 2*D/5，D2 = 3*D/5其中，L——周長，感應(yīng)觸點分布的圓周長；N——感應(yīng)觸點個數(shù)；D——等分長度；Dl——感應(yīng)觸點寬度；D2——感應(yīng)觸點與感應(yīng)觸點之間的寬度。本實用新型提供的石油鉆機(jī)大鉤高度計量裝置的實施例，感應(yīng)觸點3在導(dǎo)繩輪I側(cè)壁上沿直徑為700_的圓周均布焊接將圓周長度分成N等分，得到接近開關(guān)A和接近開關(guān)B產(chǎn)生一個完整周期信號的圓弧長，將這個弧長分成5等分，其中感應(yīng)觸點3的寬度占2等份，感應(yīng)觸點與感應(yīng)觸點之間的間隔占3等分。由 N = 16，L = 710，有 2*D1+3*D2 = 139. 34 = 5D，得D = 27. 868,Dl = 2*D = 55. 73,D2 = 3*D = 83. 604。結(jié)合參照圖6，傳感器安裝后的直線寬度為60mm，設(shè)有效感應(yīng)范圍為直徑14_的圓，那么感應(yīng)觸點3最小為54_即可滿足上述公式計算結(jié)果，故感應(yīng)觸點3安裝的最小中心寬度為54mm。在導(dǎo)繩輪I的軸上固定安裝有傳感器支架10，傳感器2與感應(yīng)觸點3相對，傳感器2安裝在傳感器支架10上并相互斜向錯開分布。2個傳感器2安裝的直線寬度為60mm。[0036]信號采集裝置5和信號接收裝置8分別通過各自的支架安裝在在石油鉆機(jī)大鉤導(dǎo)繩輪的架體上。傳感器2采集的信號通過電纜4連接至信號采集裝置5，信號采集裝置5與信號接收裝置8采用無線wifi和無線433MHZ通訊相連。信號采集裝置5設(shè)有發(fā)射天線6，信號接收裝置8設(shè)有接收天線7。PLC控制器9與信號接收裝置8相連接，PLC控制器9輸出大鉤防碰信號至鉆機(jī)大鉤控制系統(tǒng)。下面說明本實用新型石油鉆機(jī)大鉤高度計量裝置的測量原理和測量過程。I.傳感器2的倍頻輸出傳感器2采用2個接近開關(guān)，即接近開關(guān)A和接近開關(guān)B，參照圖4，接近開關(guān)有感應(yīng)到信號為“低電平”，無感應(yīng)信號時對應(yīng)在“高電平”。其下降沿由“高電平”跳變到“低電平”，上升沿由“低電平”跳變到“高電平”。倍頻是建立在導(dǎo)繩輪I位移的基礎(chǔ)上，與時 間無關(guān)，只與接近開關(guān)檢測到邊沿的個數(shù)和他們之間的相位有關(guān)。信號從“高電平”跳變到“低電平”表示導(dǎo)繩輪轉(zhuǎn)動了從一個感應(yīng)觸點到另一個感應(yīng)觸點的距離。由于傳感器2安裝在傳感器支架10上并相互斜向錯開分布，采集信號時每個信號的上升沿或下降沿均作為一個脈沖被系統(tǒng)記遞增或遞減。每一個信號從無到有或從有到無都將進(jìn)行兩次計數(shù)，一個周期將進(jìn)行四次計數(shù)從而實現(xiàn)了倍頻輸出。同理，對于多于2個傳感器2的情況，也可以實現(xiàn)2*N倍頻輸出。2.信號采集裝置5的加計數(shù)和減計數(shù)在大鉤導(dǎo)繩輪I的運動過程中，接近開關(guān)A和接近開關(guān)B感應(yīng)到的信號變化情況是不同步的。參照圖5，信號采集裝置5通過檢測兩相信號高低電平狀態(tài)和瞬時變化方向獲得加計數(shù)和減計數(shù)。力口、減計數(shù)判斷如下表
— I信號A 信號B 計數(shù)情況 上升沿 1 電平加計數(shù)
狀態(tài)下降沿 i電平 _
低電平 "I升沿減計數(shù) 高電平下降沿 I_3.信號處理信號采集裝置5利用動滑輪和定滑輪原理通過裝置的基本參數(shù)，換算出大鉤高度值。根據(jù)傳感器2的個數(shù)和感應(yīng)觸點3個數(shù)可實現(xiàn)不同的測量精度。信號采集裝置5與信號接收裝置8采用無線wifi和無線433MHZ通訊相連。參照圖7a和圖7b，圖7a為利用本實用新型石油鉆機(jī)大鉤高度計量裝置測量的大鉤高度值變化情況，圖7b為利用傳統(tǒng)裝置測量大鉤高度值的變化情況。從圖中可以看到傳統(tǒng)測量裝置的高度值變化是非線性的，主要是靠絞車環(huán)繞鋼絲繩的圈數(shù)的變化而引起有效滾筒直徑發(fā)生的變化，從而導(dǎo)致每層鋼絲繩所計算出來的高度值不同。而且在層數(shù)識別上也是非常難的，涉及到的算法相當(dāng)復(fù)雜，如果算法做的不好，很容易造成系統(tǒng)級的誤差。而本實用新型石油鉆機(jī)大鉤高度計量裝置測量的大鉤高度，是根據(jù)實際鋼絲繩在導(dǎo)繩輪上實際走的距離計算的，是大鉤高度的絕對值，系統(tǒng)誤差很小，精確度較高，算法上也簡單得多，經(jīng)過現(xiàn)場實際使用，效果非常明顯。[0050]4.信號控制 PLC控制器9與信號接收裝置8相連接，PLC控制器9輸出大鉤防碰信號至鉆機(jī)大鉤控制系統(tǒng)。5.裝置的標(biāo)定由于通過導(dǎo)繩輪上的傳感器測量出來的大鉤運行的高度數(shù)就是大鉤本身絕對的值，所以標(biāo)定只需要單點標(biāo)定即可完成。具體標(biāo)定過程是I)手工輸入鉆機(jī)大鉤導(dǎo)繩輪的基本信息，包括導(dǎo)繩輪直徑，導(dǎo)繩輪上傳感器的個數(shù)，連接到大鉤鋼絲繩的動滑輪個數(shù)；2)將鉆機(jī)大鉤降低到鉆臺面，手工輸入高度標(biāo)定米數(shù)，通常情況下設(shè)為5米；3)采用常規(guī)標(biāo)定步驟完成標(biāo)定。上面所述的實施例僅僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述，并非對本實用新型的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定。在不脫離本實用新型設(shè)計構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域普通人員對本實用新型的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入到本實用新型的保護(hù)范圍，本實用新型請求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求1.一種石油鉆機(jī)大鉤高度計量裝置，包括石油鉆機(jī)大鉤導(dǎo)繩輪(I)及其架體，其特征在于還包括至少2個傳感器(2)、信號采集裝置(5)和信號接收裝置(8)，在所述導(dǎo)繩輪(I)側(cè)壁上沿圓周均布焊接有若干感應(yīng)觸點(3)，在所述導(dǎo)繩輪(I)的軸上固定安裝有傳感器支架(10)，所述傳感器(2)與所述感應(yīng)觸點(3)相對，所述傳感器(2)安裝在所述傳感器支架(10)上并相互斜向錯開分布，所述信號采集裝置(5)和信號接收裝置(8)分別通過各自的支架安裝在所述架體上，所述傳感器(2)采集的信號通過電纜連接至所述信號采集裝置(5)，所述信號采集裝置(5)與所述信號接收裝置(8)無線通訊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的石油鉆機(jī)大鉤高度計量裝置，其特征在于其中所述感應(yīng)觸點(3)在所述導(dǎo)繩輪(I)側(cè)壁上直徑為700mm的圓周上焊接，所述傳感器(2)采用2個接近開關(guān)(A、B)，所述傳感器⑵安裝的中心寬度為60_，所述感應(yīng)觸點(3)的最小中心寬度為 54mmo
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石油鉆機(jī)大鉤高度計量裝置，其特征在于其中所述信號采集裝置(5)與所述信號接收裝置(8)同時采用無線wifi和無線433MHz通訊相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的石油鉆機(jī)大鉤高度計量裝置，其特征在于其中所述信號接收裝置(8)連接有PLC控制器(9)，所述PLC控制器(9)輸出大鉤防碰信號至鉆機(jī)大鉤控制系統(tǒng)。
專利摘要本實用新型提供的石油鉆機(jī)大鉤高度計量裝置，包括傳感器、信號采集裝置、信號接收裝置和PLC控制器。在導(dǎo)繩輪側(cè)壁上沿圓周均布焊接有若干感應(yīng)觸點，在導(dǎo)繩輪的軸上固定安裝有傳感器支架，傳感器與感應(yīng)觸點相對，傳感器相互斜向錯開分布。傳感器采集的信號通過電纜連接至信號采集裝置。信號采集裝置與信號接收裝置采用無線wifi和無線433MHZ通訊相連。PLC控制器輸出大鉤防碰信號至鉆機(jī)大鉤控制系統(tǒng)。本實用新型石油鉆機(jī)大鉤高度計量裝置的優(yōu)點是安裝簡單，壽命長，采集信號穩(wěn)定可靠，固有誤差小，可實現(xiàn)多種不同測量精度，傳輸數(shù)據(jù)可靠，抗干擾能力強(qiáng)。由于采用單點標(biāo)定，操作簡單，對人員素質(zhì)要求不高而準(zhǔn)確性較高。
文檔編號G01B7/02GK202562428SQ20122016305
公開日2012年11月28日 申請日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
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