Устройство для управления режимами вращательного бурения Советский патент 1983 года по МПК E21B44/02 

блока срввкеииЯ| Еиходы задатчика производитепьности и бпока вепинейности соепинекы с входами пятого бпока сравнения, выход когсрого через четвертый репейный эпемент соединен с управляющими входами первого и второго кпк чевь1х эпементов, выходы датчика частоты врашеиия и задатчика максимальной частоты подключены к шестому бпоку сравнения, выхо которого через пятый репейный эпэмент соединен с вторым входом кслшутатора, кроме того, выход датчика частоты соединен с информационным входом третьего ключевого элемента, управляющий вход которого соединен с выходом первого усилите пя ,вь1 ход третьего ключевого элемента подключен к первому входу компарагора,вто рой вход которого соединен с датчиком усилия подачи,а выход компаратора соединен Q третьим входом коммутатора, выход пер вого усилителя соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй и третий входы которого соединены соответственио с выходами первого и второго репейных элементов, выход второго элемента соединен с четвертым входом коммутатора, выходы датчика усилия подачи и аа датчика усилий подачи соединены с входа ми седьмого элемента сравнени я, ЕОЫХОД которого через шестой релейный элемент соединен с пятым входом коммутатора, выходы задатчика тока реверса подачи и датчика тока соединены с входами восьмого элемента сравнения, выход которого через седьмой релейный элемент соедиг йен с вторым входом блока реверса.

2. Устройство по п. 1, о т ft и i ю щ е е с я тем, что коммутатор вьигопнен на элементах И, НЕ, ИЛИ и нупь-о.р«гане, выход которого соединен с первыля входами первого и второго элементов И, выходы которых подключены к первым входам соответствующих элементов ИЛИ, I вы ход первого элемента НЕ соединен с первым входом третьего элемента И и вторым входом второго элемента И, выход третьего элемента И соединен с Btoрым входом первого элемента ИЛИ, вы;ХОД которогх через второй элемент НЕ соединен с первым входом четвертого элемента И, выход которого является первым выходом коммутатора, второй вхо (Четвертохчэ И является BTOJ&IM входом коммутатора, вход эпе, мента НЕ, второй вход первого элеме1Ьга И, первый вход пятого элемента И и первый вход шестого элемента И о единеш 1 и являются третьим входом комму татора, вторые входы третьего элемента И и пятого элемента И объединены и я&пяются четвертым входом к(Й1мутатора, выход пятого элементаМ через третий элемент НЕ соединен с вторым входом шестого элемевта И, выход которого динен с вторым входом второго элеменста ИЛИ, выход которого соединен с входом четвертого элемента НЕ и с первым входом седьмого элемента И, второй вход которого является пятым входом комму татора, а выход - третьим выходом коммутатора, выход четвертого элемента НЕ является четвертым выходом коммутаторри

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 вычислитель- ного 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

Изобретение относится к средствам управления производственными процессами в ххэрнорудной, угольной и других отраслях промышленности, в частности при бурении взрывных скважин, и может быть исполь- зовано на буровых станках дпя рткрытьтх горных работ.

Современное состоянш по разработке средств регулирования и управления реж). мами бурения вз{х 1вных скважин предъяви ляет требования к системам управления режимами бурения, которые догЫены быть одноуровневыми, двухуровневыми или многоуровневыми и решать две задачи: задачу стабилизации (поддерживать режвм бу рения при nocTOi дных задающих воздействиях) и задачу оптимизации режимов ,бурения (изменять управляющие или зара юшие воздействия согласно заданному критерию); допускать опт1аа шзашоо режимов бурения по нескольким критериям; ; допускать управление не менее чем двумя параметрами режима бурения .(частотой вращения н усилием подачи); выпо 1нять функции зашиты от стрпорёния рабочего органа и от чрезмерного возрастания крутящехх) момента, от резкого изменения скорости бурения, от слшком высоких и слишком мапых скоростей Гводачи, от гювышенных вибраций,рт нарушений режима очистки скважины; защищать от стопорения в две-три- ступени (снижение нагрузки, останов, ре,верс подачи); также соответствовать требованиям, относящим ся к конструктивному исполнению систем управления, элементной базе, согпасовани с АСУ горным производством, переходуным процессам и помехоустойчивости fl Предъявляемым требованиям отвечает система Режим-2НМ, которая состоит ИЗ регутитора давления, системы подачи бурового става, усилителей, силового магнитного усилителя, двигателя вращателя, промежуточного магнитного, усилителя, блока отрииательной обратной связи по напряжению двигателя, датчика давления в системе подачи, гидросистемы, системы воздушной очистки, обратной связи по скорости подачи, блока токовой отсечки, датчика механической скороо ти бурения, масштабных блокЬв, нелинейного преобразователя, датчика вибрации, датчика давления воздуха и блока обратной связи по частоте врашения. Эта система обеспечивает на первом уровне решение задачи стабилизации технологических параметров машины. На втором уровне система обеспечивает выбор режима бурения (частоты вращения ,п и усилий подачи Q) в зависимости от буримости ;нороды по следующим зависимостям иг где Vn - скорость бурения или подачи; 0 о1°1|Ьг коэффициенты пропорциональнос ти, определяемые статическими методами для конкретных месторождений. , Кроме того, система обеспечивает защиту станка от вибраций 2. Недостатками системы являются введенные в нее масштабные и нелинейные яблоки, настрой::у которых необходимо производить на-каждом месторождении после объемных предварительных испытагНИй; отсутствие контура выбора критерия рптимальвоств; отсутствие блока реверсировавЕЯ подачи цри повышенном токе двигателя и заи ламовывании долота. Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для управления режимами вращательного бурешш .скважин, содержащее датчики скорости бурения, частоты вращения, ви& рашга в скпая, вычислительный блок, . глубины, блоки сравнения, реи гупяторы частоты врашения и усилия подачи, репейные элементы и кпючевые элементы, датчик тока, задатчики тока и уровня вибрации, экстремальный рег улятрр, коммутатор, датчики давлетш, элементы , ИЛИ, НЕ, блок задержки, электрогидравлический клапан и бпок реверса подачи, причем датчики скорости бурения и часто-, ты врашения подключены к двум входам вычислительного блока, третий вход которого подключен к выходу датчика тока, а выход вычислительного блока подключен к одному из входов первого блока сравне ния, другой вход которого соединен с выходом задатчика глубины, а выход первого блока сравнения связан с одним из входов коммутирующего блока, четыре входа которого подключены соответственно к выходам второго блока сравнения, первого и второго релейных элементов, датчика усилия подачи и одному из входов задатчика глубины,.при этом другой вход задатчика глубины подключен к. первому усилителю, датчик вибрации подкгиочен к второму блоку сравнения, связанному с. задатчиком уровня вибраций, выход датчика тока подключен к третьему блоку сравнения, связанному с задатчиком тока, третьего блока сравнения связан с входом регулятора : частоты вращения и первым релейным элементом, соединенным с коммутатором и задатчиком глубины, задатчик глубины подключен через второй ключевой элемент к экстремальному регулятору, соединенному Через первый выключатель с датчиком скорости бу ревия и через третий переключающий элемент с вычислительным блоком, первый датчик давления подключен через последоватеяьно соединенные элементы ИЛИ ц третий усилитель к электрогидравлическому клапану и через последовательно соединенные первый элемент НЕ и блок задержки к второму элементу НЕ, который связан с элементом ИЛИ, кроме того, первый датчик давления соедийен с первым усилитетем, второй датчик давления подключен через второй усилитель к блоку реверса подачи Сз Недостатками известного устройства являются отсутствие контура выбора критерия оптимальности; высокая наде}кнесть переключения режимныхпараметров на режим регулирбвания; отсутствие реверса при повышенном токе двигателя v вращателя; прекращение поиска оптимальных режимов при возникновении ограничений по предельному моменту по уровню вибраций и по зашламовыванию дотюта. Целью изобретения является повышение надежности управления путем непрерывного поиска оптимальных режимов и за счет автоматического перехода d одного критерия на другой в условиях резко изменяющихся прочностных и структурных свойств пород по границе допустимых режимов .бурения, определяемой предельным моментом на долоте, уровнем вибрации платформы и зашламовыванием пневмомагистралей долота. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления режицами вращательного бурения скважин, содержащее датчик механической скорости, ...™ ° 11°1°. формационным входом первого ключевого элемента, а другой - с первым входом вычислительно1х блока, первый выход которого соединен с информационным ходы первого и второго кщочевых эле ментов соединены с входами экстремального регулятора, датчик частоты вращения, соединенный с вторым входом вычис лительного блока, третий вход которого соединен с одним кз выходов датчика тока, другой вы ход которого соединен с одним из входов первого элемента сравнения, другой вход которого соединен с за датчиком тока отсечки, а выход первого блока сравневия соединен с входом первого релейного- элемента, датчик вибрации и задатчик вибрации соединенные с входами второго блока сравнения, выход которого подключен к входу второго релейного элемента, второй выход вычколительного блока подключен к одному из входов третьего элемента сравнения, выход которого соединен с первым входом коммутатора, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с регулятором усипий подачн и регулятором частоты вращения ,задат- IB и t«7ijr. «ct« в««, « чик глубины,датчик усиция пЬдачи,первый датчик давления,вы ход которого соедишн с первым входом первого эшмекта ИЛИ, с входом первого усилитепя и с входом пер вого элемента НЕ, выход которого через последовательно соединенные блок задёрж ки и второй элемент НЕ соедиюн с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого,через второй усилитель сое динен с элект{югидравпическим клапаном, второй датчик давления через третий усилитель соединен с.первым входом блока реверсе подачи, введены компаратор, блок нелинейности, третий ключевой элемент, второй, элемент ИЛИ, дополнительный ком мутатор, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой элементы сравнения, тре- , тий, четвертый, пятый, шестой и седьмой репейные элементы, задатчики усилия подачи, производительности, максимальной частоты и тока реверса подачи, причем выходы датчика усилия подачи и задатчика усилия подачи соединены с входами четвертого блока сравнения, выход кото рого через третий релейный элемент подключен к первому входу дополнительного коммутатора, второй вход которого соединен с задатчйком глубины, а третий вход - с выходом экстремального регупитора, выход дополнительного коммутатора схюдинвн с другим входом третьего блока сравнения, выходы задатчика провзвод тельности и блока нелинейности соединены с входами пятого блока сравнения, выход которого через четвертый релейный элемент, соединен с управляющими вхо. дами пйрвохх и второго ключевого элементов, выходы датчика частоты враже 1ШЯ и задатчика э«1акснмальной частоты подключены к шестому блоку сравнения, выход которого через тютый репейный элемент соединен с вторым вхооом коммутатора, кроме -того, выход частоты соединен с .информационным вхо дом третьего ключевого элемента, управляющвй вход которого соеди1юн с выходом первого усипителя, выход третьего ключевого элемента подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с датчиком усилия подачи, а компаратора соединен с третьим коммутатооа. выхоп пеового VCHвходом коммутатора, выход первого усилителя соединен с первым входом второг( элемента ИЛИ, второй и третий входы ко торого соединень соответственно с выхощами, первого и второго репейных элемеН тов, 1выход второго элемента ИЛИ соединен с четвертым входом коммутатора, , . йыходы датчика усилия Подачи и задатчика усилий подачи соединены с входами седьмого элемента сравнения, выход которого через шестой релейный элемент,соединен с пятым входом коммутатора, выходы задатчика тока реверса подачи,и датчика тока .соединены с входами элемента сравнения, выход которого релейный эАемент соеци реверса, . Кроме того, коммутатор выполнен на элементах И, НЕ, ИЛИ и нуль-органе, выход которого соединен с первыми входами первого и второго этюментов И, выходы которых подключены к первым входам соответствующих -элемеитов ИЛИ, №1ход первого элемента НЕ соединен с первым входом третьего элемента И и вторым входом второго элемента И, выход третьего элемента И соединен с вто(ым входом первого элемента ИЛИ, выход которого через второй элемент НЕ соединен с первым входом четвертого элемента И, выход которого является первым выходом коммутатора, второй вхо четвертого элемента И является вторым входом коммутатора, вход первого элемента НЕ,второй вход первого элемента И, первый вход пятого элемента И ft первый вход шестого элемента И объединены и являются третьим входом комму татора, вторые входы третьего элемента И и пятого элемента И объединень и являются четвертым входом коммутатора, выход пятого элемента И- через третий элемент НЕ соединен с вторым входом шестого элемента И, выход которого соединен с вторя 1м входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом четвертого элемента НЕ и с первым входом седьмого элемента И, второй вход которого является пятым входом коммутатора, а выход- третыц выходом коммутатора, выход четвертого элемента НЕ является четвертым выходом коммутатора.

На фиг. 1 представлена функциональная блок-схема устройства управления режимами вращательного бурения скважин; на фиг. 2 - схема выпблнения 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 усилия подачи, Первый датчик 6 давления, второй датчюс 7 давления, задатчик 8 тока реверса подачи, задатчик 9 усилий, задатчик 10 пуби11Ы, задатчик 11 максимальных усилий подачи, задатчик 12 тока отсечки, задатчик 13 вибрации, задатчик 14 максимальной частоты, задатчик 15 производительности,релейные элементы 16 - 22, блок 23 нелинейноотй, ключевые элементы 24 - 26, вычислительный блок 27, экстремальный регулятор 28, дополнительный коммутатор 29, кокшутатор 30, регулятор 31 усилий подачи, регулятор 32 частоты вращения, элементы ИЛИ 33 и 34, элеме ты НЕ 35 и 36, блок 37 задеряски, этюктрогидравпический клапан 38, уси- . лители 39 - 41, блок 42 реверса подачи, компаратор 43 и элементы сравнения 44-51.

Коммутатор ЗО (фиг. 2) содержит элементы НЕ 52 - 55, элементы ИЛИ 56 и 57, элементы И 58 - 64 и нульорган 65..

Датчики скорости бурения 1 и.часто ты вращения 2 в устройстве подключены к двум входам вычислительного блока 27, третий вход которого подключен к выходу датчика 4 тока, а выход вы числительного блока 27 подключен к одному из входов блока 46, другой вход которого соединен с выходом коммутатора 29, Выход блока сра&нения 46 подключен к одному из входов коммутатора ЗО, четыре остальных входа которого подключены соответственно к Ьыходам элемента ИЛИ 33, релейных элементов 18 и 2О и компаратора 43. Датчик 3 вибраций подключен к второму блоку сравнения 48, связанному с задагчиком 13 вибраций, а выход блока сравнения 48 подключен к одному из входов элемента ИЛИ 33 через релейный элемент 17, два других входа которого соответственно соединены с выходами усилителя 4О и релейного элемент 16. Вход последнего связан с выходо1ч1 блока сравнения 49,; входы которого связаны, с задатчиком 12 и датчикам 4 тока. Пер вый датчик 6 давления подключен через последовательно соединенные элемент ИЛИ 34 и первый усилитель 39 к выходу эпектрогидравлического клапана 38. Кроме того, первый датчик 6 давления . подключен к входу усилителя 40 и через последовательную цепочку элементов НЕ 35, блока задержки 34- и элемента НЕ 36 ,к второму входу элемента ИЛИ 3 Второй датчик 7 давления через усилитель 41 подключен к первому входу блока 42 реверса подачи. Второй вход последнего через репейный элемент 19 соединен с выходом элемента сравнения 51 . входы которого в свою очередь подключены к датчику 4 тока и задатчику 8 тока реверса подачи. Выход усилителя 4О 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 усилия подачи связан с релейным элементом 18 через элемент сравнения 50, второй вход которого соединен с задатчиком 11 максимального усилия подачи и с релейньтм элементом 22 через элемент .сравнения 910 44, второй вход которого соединен с задатчшсом 9 усилия. Выход репейного элемента 22 подключен к управляющему входу коммугатора; 29. Выход датчика 2 частоты вращения подключен к репейному элементу 2О через элемент сравнеЮ1Я 47, соединенный с задатчиком 14 мйксимальной частоты вращения. Датчик 1 скорости бурения соединен с основным входом ключевого элемента 24 и входом блока 23 нелинейности, причем последний подключен к релейному элементу 21 через элемент сравне(ния 45, который BTOpbiM входом соединен с задатчиком 15 производительности, а выход релейного элемента 21 соединен с управляющим входами ключевь1х элементов 24 и 25, При этом выход ключевого элемента 25 соединен с входом экстремального регуг лятора 28, выход которого соединен с одним из входов коммутатора 29. Второй вход экстремального регулятора 28 через ключевой элемент 25 подключен к второму выходу вычислительного блока 27. Задатчик 10 глубины связан с втрры входом коммутатора 2.9. Четыре выхода коммутатора 30 соединены с соответствующими двумя входами регуляторов усилия подачи 31 и частотывращения 32. Коммутатор 30 содержит релейный нульорган 65, соединенный с выходом-элемента сравнения 46, при этом выход куй органа 65 соединен с входами эпвментов И 58 и 61, а второй вход элемента И 58 соединен с входом компаратора 43 кроме того, выход последнехч) подключен к входам элемента НЕ 53, элементов И 6О и 62. Выход элемента НЕ 53 подключен к входам элементов И 59 и 61, а выход последнеххз подключен к одному из входовэлемента ИЛИ 56, второй вход которого соединен с выходами элемента И 62, второй вход которого в свою очередь подключен через эгвемент НЕ 52 к выходу элемента И 60. Входы элементов И 59 и 60 годключены к выходу второго элемента ИЛИ ЗЗ.Выхоц элемента ИЛИ 56 .соединен с соответствующим входом регулятора 31 усилия подачи через эле- мент И 64, второй вход последнего соединен с релейным элементом 18, а также соединен с другим входом регулятора 31 усилия через элемент НЕ 54. Входы элемента ИЛИ 57 соответственно сред нвны с выходами элементов И 58 и 59, и выход с соответствующим входомрегулятора 32 частоты вращения и с вторым входом того же регулятора через элемент НЕ 55 и элемент И 63, причем второй 3 вход последнего соединен с выходом ре- лейного элемента 2О. Устройство работает следующим обрааом. При пуске устройства путем подачи на него, нахфяжения питания на выходе датчика 5 усилия напряжение равно нулю, а датчика 2 частоты вращения - некоторой минимальной величине. Эти напряжения поступают на входы компаратора 43 непосредственно и через ключ 26. На выходе компаратора 43 сигнал 8 0 (так как С-о(оИ 0), и поэтому коммутирующее устройство 30 включает регулятор 31 усилий подачи в режим регулирования, а регулятор 32 частоты вращения - в режим ограничения. Сигнал г в блоке сравнения 47 сравнивается с уставкой максимальной частоты вращения т1с|И от задатчика 14, разность дп преобра зуется в релейиом элементе 20 в дискретный сигнал п, который через коммутатор ЗО воздействует на регулятор 32 .частоты вращения до максимальной величины Пп. Сигнал с датчика 5 усилии подачи поступает ни вхед этвемента сра&нения 44, на второй вход кот орого подается уставка- усилия перехода к вераару щающему массиву от задатчика 9. При этом разность Л Q - Q О с выхода элемента сравнения 44 поступает на вход релейного эгаемента 22 и Еа входе последнего сигнал равен нулю, который устанавливает коммутатор 29 в положейие подключения задатчика 10 к одному из входов элемента сравнения 46. Тан как в начальный момейт h-j- 0, то и I углубление также равно нулю, T.e.ti-peO, и на регулятор 31 поступает сигнал, лti через коммутатор 30 на увеличение усилия подачи. Увеличевие Q при п Пц приводит к росту скорости буревпая, и при этом сигнал V от датчика 1 поступает на вход вычислительного бгаока 27, да второй вход которого псютупабт сигнап ,п от датчика 2. В блоке 27 вычисляет ся сигнал текущего значения углубления i (2), кото$ 1й по формуле t. постсупает на второй вход этюмента 46. Таким образом, осуществляется стабилизация заданного значения углубления 1nло контуру 21-2 - 27 - 46 - 30 - 31. При бурении неразрыхленного массива ; породы для обеспечеЕПШ ааданйого ii, увеличивается усилие подачи.- При этом на выходе элемента 44 появляется сигнал, который через релейный элемент 22 юреключает вход элемента сравнения 46 на выход экстреманьного регулятора 28 с помощью коммутатора 29, Так как механическая скорость еще недостаточно вепика дпя обеспечения производитепьности, заданной задатчкком 15, то на вы ходе бпока 23 непинейности напряжение П ниже Пч. Блок 23 нелинейности преобразует скорость бурения, поступающую на его вкрд от датчика 1, в производительность - согласно формулы (2). При этом на выходе элемента сравнения 45 сигнал ДП .0, Он поступает на вход репейного элемента 21, не вызывая появления на его выходе единичного сигнала. Нулевой сигнал релейного элемента 21 обеспечивает бключение ключевого элемента 24 и закрытие ключе вого элемента 25. При этом сигнал, Vg через кшочевой элемент 24 поступает на вход экстремального регулятора 28, кото) в свою очередь выбирает такое значение Ь , которое обеспечивает максимум скорости бурения. . При достижении сжорости бурения, обеспечивающей заданную производитель кость, едиввчный сигнал с релейного эле мента 21 закрывает кшочевой эпелент 24 и открывает ключевой элемент 25, .что приводит к появлению ш входе экст- ремапьного регулятора 28 сигнала, обрат ного эвергоемкости, который вычисляется В блоке 27 по формуле 1/е где С - энергоемкость, Э - текущеезваяение тока двигателя, хюступаюшее от датчика 4 тсжа. При этом система управ пения обеспечивает i выбор режима с мини мапьной энергЬе1/костью. Свижешсе скорости бурения ниже вели чины, опредетшемо% задатчика 15, приводит к обратному перекшочению ключевых элементов 24 и 25, следоватепь(ю, к переходу на критерий максимума скорости бурения. Таким образом, контуры 5 - 44 - 22 29; 1 - 23 - 45 - 21 - 27 - 25; .1 - 27 - 28 - 29; 4 - 1 - 2 - 27 25 - 28 - 29 обеспечивают измейвнне; крктервя оптимальности в зависимости, о усповий бурения.; В процессе поиска оптщуильных режи MOB при увеличении усилия подачи, при когда Q « 1 ti Q наступает момент В атом случае сигнал 1 (так как Q-е40П О) на выходе компаратора 43 что приводит к переключеН1 коммутато ра 30, регулятора 31 усипня в режш ограничения, а регулятора32 в режим регулирования. При сигнале f «О прои ходит обратное переключение. Аналогично осуществляется гюреключение Q и п в оптимизируемый или ограничиваемый параметр при наличии ограт1чений. При. повышении уровня вибраций плат- . формы сигнал VY от датчика 3 становится больше заданного) задатчиком 13, что приводит к появлению дУ О на выкоде элемента сравнения 48, в котором сравVi. Сигнал л V элементом ниваются V и 17 преобразуется в дискретный .сигнал V, который поступает на входов мента .ИЛИ 33. Аналогично при превышении текущего тока двигателя , полученного от датчика 4, первой уставки предельного тока J 2 , .задаваемой ёадатчиком 12 и выбираемой в пределах 0,951,0 D I на иыходе элемента 49 появляется сигнал , который элементом 16 преобразуется в дискретный сигнал Л и поступает на другой вход элемента . ИЛИ 33. При защламовывании.,долота повышается давление в пневмомагистрали и при превышении определенной величины, выбираемой в пределах 1,9-2,3 атм, на выходе датчика 6 появгмется дискретный сигнал Р, усиливаемый усилителем 4О и поступающий на вход ИЛИ 33 и управляктаий вход ключа 26. В последнем случае ключ 26 закрывается, и на выходе компаратора 43 устанавливается единичный сирнал 1, так как Q7/O. При этом четко фиксируется, что Q - ограничиваемый параметр, а fi -.оптимизируемый. . Таким образом, при возникновении вибраций, повышенного тока двшателя или зашламовывания на входы-ИЛИ 33 поступают дискретные сигналы Р , V и J , которые после логического суммирования (Гр Р + V + D ) поступают на вход коммутатора 30. Это вызывает уменьшение ограничиваемого параметра до исчезновения сигнала Гр. По исчезновении сигнала Гр ограничиваемый параметр увеличивается до максимальной величины, что соответствует переходу сигнала п, или Q .на нулевой уровень. Сигнал Пр,, формируется элементами 14, 47 и 20, а Qm11, 50 и 18.. Кроме того, при зашламовываниидопота сигнал с дат-чика 6 передается на вход ИЛИ 34 и на вход НЕ 35. Одновременно на второй вход ИЛИ 34 от элемента НЕ 36 ;Поступает сигнал. Сигнал с выхода ИЛИ 34, усиленный усилителем 39, вклю-; чает электрогидравлический клапан 38, обеспечивая повышенный расход воды.

подаваемой в скважину. Увеличение расхоца воды и снижение усилия подачи приводит к расштыбовке допота, в результате чего исчезает сигнал с датчика 6. При этом на выходе элемента НЕ 35 появляется сигнал, который блоком 37 задержк задерживается, т.е. на время задержки на входе элемента НЕ 36 будет отсутст.вовать сшНап, а на его выходе и входе ИЛИ 34 будет единичный сигнал. Таким образом, в течение времени задержки будет производиться бурение с повышенным расходом воды. Если снижение усилия и увешчение расхода воды не приводит к расштыбовке, и давление в пневмомагисграли повышается (до уровня примерно 3,О атм),, на выходе датчика 7 появляется единичный сигнал, который через усилитель 41 включает уЬтройство 42 ре-, верса подачи, которое осуществляет подъ- ем инструмента над забоем. Достижение нормального давления воздуха переводит станок в исходное положение.

При заклинивании долота снижение усилия Подачи или частоты вращения jjyтем формирования сигнала Гр на входе коммутатора ЗО не приводит к уменыиению тока двигателя, и он достигает аварийной величины. Поэтому в систему введена дополнительная токоограничивающая связь. Сигнал с датчика 4 сравнивается в элементе 51 с -уставкой задатчика 8, которая равна примерно 1,5-1,7 J ц , а результирующий попожительный сигнал преобразуется элементом 19 в дискретный, который поступает на вход блока 42, обеспеч,ивая при заклинивании реверс подачи допота.

Коммутатор 30 (фиг.2) является сложным логическим устройством. Он состоит из релейного нуль-органа 65, на выходе которого устанавливается единичный cferнал ti 1 при появлении на его входе положительного сигнала dt 13 -г что требует увеличения углзгбления долота за один оборот, в противном случае, т.е. при -ih О, на выходе нутаь-органа, 65 устанавливается нулевой сиг.нал ti 0 Кроме того, коммутатор ЗО содержит . семь двухвходовых элементов И 58 - 64 два двухвходовых элемента ИЛИ 56 и 57 четыре элемента НЕ 52 - 56.

При появлении сигнала на выходе элемента.сравнения 46, т.е. на входе нульг-органа 65, на выходе нупьгоргана 65 по5:оляется сигнал li « 1, который поступает на входы элементов И 58 и 61 Если сигнал 1, что соответствует

оптимизации по .частоте вращения, которы поступает на- входы элементов И 58, 6О 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 (Гр 1) и Е 1 на обоих входах элемента И 60 выходной сигнал элемента 60 через элемент НЕ 52 устанавливает на выходе элемента 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 Гр на выходе элe yIeнтa 6О устанавг гавается нулевой уровень,а на выходе элемента 52 соответственно единичный уровень, т.е. ,на обоих входах элемента И 62 появляются единичные сигналы,что в свою очередь вызывает единичный сигнал на его вь1ходе,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 усилия подачи поступает единичный сигнал, который приводит к росту усилия подачи. При достижении максимального усилия () регулятор 31 останавливается.

При появлении сигнала ti « О и Е 1 нулевой сигнал на выходе первого элемента И 5 через третий элемент ИЛИ 57 прекращает уменьшение- частоты вращения и через элемент НЕ 55 и эпемент И 63 увеличивает частоту вращения, рели она ниже максимальной, т.е. если п «1,.

Аналогично работает система при сигнале 0, только ограничения накладываются на частоту вращения, а регулирование производится по усилию подачи, Работа коммутатора 30 описывается логическими выражениями

)т .--iMVfrp);

(3)

V(Vf Hum:S - v b

где П , п - выходные сигналы коммутирующего устройства 57, воздействующие соогветст- 1510 вённо ва входы увепичения и уменьшения частоты врашення регупятора 60; -выходные сигиапы, воздейV Mствующие соответственно на Входы увепичения и ; уменыиения усвпвя подачи регулятора 59; -дискретный сигнал углу5пения допота (при li 1 4i- h ; при /h 0 Т Л - дискретный сигнал переключения регулируемого режимного параметра (при « 1 fi - регулируемый параметр, Q - ограничиваемый; при Е «О ,п.- ограничиваемый, Q - регупиг руемый); - дискретный сигнал ограничений (при Гр О. ограничений по предельному моменту, уровню вибраций и 3 ааштюмовыванию нет; при Гл 1 имеются ограничения;П , соответственно дискретные сигналы верхнего предела . по частоте вращения и усилию подачи (при , .И при ; при Р m -1 ); гЖксимально возможные частота вращения и усилие подачи. Предлагаемое устройство позволяет повысить надежность и точность регулироения, обеспечивая непрерывную оптимизацию процесса 6ypeffiui при наложении ограничений на ре:)кимнЫе параметры, что Позволяет повысить эффективность бурения взрывных скважив (повысить скорость бурения до 10-12% и стойкость инстру- мента до 30%, снизить удельный расход эгсактроэнергии на 15-2О%).

1

i

/IV/F

t5

/

ej

ж/г

/Л

/r A

«5

«VJ

%

F

M

«s

ж