Устройство для управления режимами вращательного бурения

Устройство для управления режимами вращательного бурения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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 6О