电驱动水平定向钻机的控制系统

549 编辑：中冶有色技术网来源：江苏谷登重型机械科技股份有限公司

2024-03-11 14:06:34

权利要求书： 1.一种电驱动水平定向钻机的控制系统，包括人机界面、中央控制器、电机控制器和电机组件，其特征在于：所述电机控制器包括主电机控制器和从属电机控制器；所述电机组件包括主电机和若干个从属电机，所述主电机和从属电机共同驱动钻杆的进退和驱动钻杆旋转；所述主电机控制器和主电机电性连接；所述从属电机控制器包括数量与从属电机相同的从属电机控制器，且从属电机控制器和从属电机一一对应电性连接；所述人机界面分别与主电机控制器和从属电机控制器电性连接；所述中央控制器分别与主电机控制器和从属电机控制器电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种电驱动水平定向钻机的控制系统，其特征在于：所述人机界面包括显示器和运行命令输入设备；所述显示器分别与主电机控制器和从属电机控制器电性连接；所述运行命令输入设备与所述中央控制器电性连接。

3.根据权利要求2所述的一种电驱动水平定向钻机的控制系统，其特征在于：所述从属电机分为若干个推拉从机电机和若干个旋转从机电机。

4.根据权利要求3所述的一种电驱动水平定向钻机的控制系统，其特征在于：所述从属电机控制器分为若干个推拉从机电机控制器和若干个旋转从机电机控制器。

5.根据权利要求4所述的一种电驱动水平定向钻机的控制系统，其特征在于：所述推拉从机电机控制器与所述推拉从机电机一一对应电性连接；所述旋转从机电机控制器与所述旋转从机电机一一对应电性连接。

6.根据权利要求5所述的一种电驱动水平定向钻机的控制系统，其特征在于：所述主电机控制器包括推拉主电机控制器和旋转主电机控制器；所述主电机包括推拉主电机和旋转主电机；所述推拉主电机控制器与推拉主电机电性连接，所述旋转主电机控制器与旋转主电机电性连接。

7.根据权利要求2所述的一种电驱动水平定向钻机的控制系统，其特征在于：所述显示器与主电机控制器和从属电机控制器之间通过CAN总线进行电性连接。

8.根据权利要求1所述的一种电驱动水平定向钻机的控制系统，其特征在于：所述中央控制器与主电机控制器和从属电机控制器之间通过CAN总线进行电性连接。

说明书：一种电驱动水平定向钻机的控制系统技术领域[0001] 本申请涉及一种电驱动水平定向钻机的控制系统，属于电驱动水平定向钻机控制技术领域。背景技术[0002] 水平定向钻机作为非开挖钻机广泛应用于油气输运、供水、排污、电力、通信等领域的管道铺设，它可以极大程度缓解传统开挖作业施工带来的交通阻塞、地面破坏、施工噪音等诸多问题。随着经济的发展，非开挖钻机将在基础设施建设中发挥越来越重要的作用。[0003] 现有的水平定向钻机工作动作主要分为钻杆的推拉进给和旋转钻进。钻杆的推拉进给动作主要由推拉电机驱动，而旋转钻进则由旋转电机驱动。水平定向钻机根据施工工况的施工要求，需要不同功率的驱动电机进行动力驱动，因此为了提高钻机的使用范围，通常是配置大功率驱动电机，以达到覆盖多种施工要求的目的。而大功率驱动电机存在体积大，控制系统复杂，这就使得驱动电机的生产成本较大。为了降低钻机的生产成本，现有技术中，通过设置若干个小功率驱动电机共同驱动钻杆，以降低生产成本。[0004] 为了实现多个驱动电机共同驱动钻杆，现有的驱动电机与执行元件的连接方法是采用齿轮或齿条构成刚性机械传动装置实现多个驱动电机的同步输出。在钻机施工过程中，钻杆所受负载发生变化时，每个驱动电机的速度会发生改变，会导致驱动电机与机械传动装置发生速度冲突，造成机械传动装置异响或发生齿轮打齿现象。现有技术中，为了避免驱动电机与机械传动装置的连接发生干涉，采用设置控制装置以控制驱动电机的速度，现有的控制装置主要是通过限定电机的设定扭矩与施工负载相匹配，从而实现通过扭矩限制驱动电机的输出速度，但此类控制装置只能通过设定最大扭矩与施工负载相适配，即通过预先设定电机输出扭矩限制驱动电机的速度最大值，以满足施工过程中驱动电机与机械传动装置之间不会发生干涉。而对于施工过程中钻杆所受的负载发生变化时，现有的钻机控制装置则无法精准控制驱动电机的速度，导致钻机的驱动电机的速度变化与负载变化相适配，使得驱动电机的功率不能有效转化为机械能，不符合环保节能型电驱钻机的施工要求。因此亟需一种钻机控制装置以解决上述问题。

实用新型内容

[0005] 针对现有技术中存在的问题与不足，本申请提供的一种电驱动水平定向钻机的控制系统，以解决上述问题。[0006] 为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：一种电驱动水平定向钻机的控制系统，包括人机界面、中央控制器、电机控制器和电机组件，电机控制器包括主电机控制器和从属电机控制器；电机组件包括主电机和若干个从属电机，主电机和从属电机共同驱动钻杆的进退和驱动钻杆旋转；主电机控制器和主电机电性连接；从属电机控制器包括数量与从属电机相同的从属电机控制器，且从属电机控制器和从属电机一一对应电性连接；人机界面分别与主电机控制器和从属电机控制器电性连接；中央控制器分别与主电机控制器和从属电机控制器电性连接。[0007] 具体的，人机界面包括显示器和运行命令输入设备；显示器分别与主电机控制器和从属电机控制器电性连接；运行命令输入设备与中央控制器电性连接。[0008] 具体的，从属电机分为若干个推拉从机电机和若干个旋转从机电机。[0009] 具体的，从属电机控制器分为若干个推拉从机电机控制器和若干个旋转从机电机控制器。[0010] 具体的，推拉从机电机控制器与推拉从机电机一一对应电性连接；旋转从机电机控制器与旋转从机电机一一对应电性连接。[0011] 具体的，主电机控制器包括推拉主电机控制器和旋转主电机控制器；主电机包括推拉主电机和旋转主电机；推拉主电机控制器与推拉主电机电性连接，旋转主电机控制器与旋转主电机电性连接。[0012] 具体的，显示器与主电机控制器和从属电机控制器之间通过CAN总线进行电性连接。[0013] 具体的，中央控制器与主电机控制器和从属电机控制器之间通过CAN总线进行电性连接。[0014] 与现有技术相比，本申请的有益效果在于：[0015] 本申请的电驱动水平定向钻机控制装置的显示器和中央控制器通过CAN总线分别与主电机控制器和从属电机控制器进行电性连接，实现中央控制器通CAN总线向主电机控制器发送速度运行模式和速度给定值指令，主电机控制器接受指令后，一方面控制主电机进行速度运行模式进行运转，另一方面将主电机速度运行模式下检测到的扭矩值经过计算后生成从机扭矩运行模式和扭矩给定值指令，并反馈至中央控制器，再通过中央控制器发送至若干个从属电机控制器，进而控制从属电机按扭矩运行模式进行运行共同驱动钻杆的推拉进给和旋转钻进，同时控制从属电机的输出扭矩与主电机在速度模式下的扭矩相一致。这样既保证了电驱动水平定向钻机的速度精确控制要求，起到节能环保的作用，同时也解决了驱动电机与机械传动装置之间的同步干涉问题。附图说明[0016] 图1为本实施例的电驱动水平定向钻机的控制装置的工作原理示意图。[0017] 图中：1、显示屏；2、中央控制器；3、运行命令输入设备；4、推拉主电机控制器；5、旋转主电机控制器；6、推拉主电机；7、旋转主电机；8、推拉从机1号电机控制器；9、推拉从机1号电机；10、推拉从机N号电机控制器；11、推拉从机N号电机；12、旋转从机1号电机控制器；13、旋转从机1号电机；14、旋转从机N号电机控制器；15、旋转从机N号电机。

实施方式

[0018] 下面将结合本申请实施例中的附图，进一步阐述本申请。[0019] 请参阅图1本实施例公开了一种电驱动水平定向钻机的控制系统，包括人机界面、中央控制器2、电机控制器和电机组件，电机控制器包括主电机控制器和从属电机控制器；电机组件包括主电机和若干个从属电机，主电机和从属电机共同驱动钻杆的进退和驱动钻杆旋转；主电机控制器和主电机电性连接；从属电机控制器包括数量与从属电机相同的从属电机控制器，且从属电机控制器和从属电机一一对应电性连接；人机界面分别与主电机控制器和从属电机控制器电性连接；中央控制器分别与主电机控制器和从属电机控制器电性连接。

[0020] 进一步的，人机界面包括显示器1和运行命令输入设备3；显示器1分别与主电机控制器和从属电机控制器电性连接；运行命令输入设备3与中央控制器2电性连接。[0021] 进一步的，从属电机分为若干个推拉从机电机和若干个旋转从机电机。为了表述清楚，将若干个推拉从机电机分为推拉从机1号电机9、推拉从机2号电机直至推拉从机N号电机11。相同的，将若干个旋转从机电机分为旋转从机1号电机13、旋转从机2号电机直至旋转从机N号电机15。[0022] 进一步的，从属电机控制器分为若干个推拉从机电机控制器和若干个旋转从机电机控制器。为了表述清楚，将若干个推拉从机电机控制器分为推拉从机1号电机控制器8、推拉从机2号电机控制器直至推拉从机N号电机控制器10。相同的，将若干个旋转从机电机控制器分为旋转从机1号电机控制器12、旋转从机2号电机控制器直至旋转从机N号电机控制器14。[0023] 进一步的，推拉从机电机控制器与推拉从机电机一一对应电性连接；旋转从机电机控制器与旋转从机电机一一对应电性连接。[0024] 进一步的，主电机控制器包括推拉主电机控制器4和旋转主电机控制器5；主电机包括推拉主电机6和旋转主电机7；推拉主电机控制器4与推拉主电机6电性连接，旋转主电机控制器5与旋转主电机7电性连接。[0025] 进一步的，显示器1与主电机控制器和从属电机控制器之间通过CAN总线进行电性连接。[0026] 进一步的，中央控制器2与主电机控制器和从属电机控制器之间通过CAN总线进行电性连接。[0027] 工作原理：本申请的电驱动水平定向钻机的控制装置，主电机和从属电机均采用闭环矢量控制方式，显示器通过CAN总线与中央控制器连接，接收CAN总线上所有设备的返回数据并进行显示，操作员可根据显示数据进行实时监控。操作员通过运行命令输入设备进行控制指令输入，通过信号线将指令信号发送给中央控制器运算处理，并下发给推拉主电机控制器和旋转主电机控制器。[0028] 在工作时，中央控制器通过CAN总线给推拉主电机控制器发送速度运行模式及速度给定值命令。推拉主电机控制器将推拉主电机在速度模式下检测到的扭矩值计算后，作为推拉从机在扭矩模式下的扭矩给定值。通过CAN总线反馈给中央控制器，同时分别发送至推拉1号从机电机控制器到推拉N号从机电机控制器，进而控制若干个推拉从机电机。[0029] 相同的，中央控制器通过CAN总线给旋转主电机控制器发送速度运行模式及速度给定值命令。旋转主电机控制器将旋转主电机在速度模式下检测到的扭矩值计算后，作为旋转从机在扭矩模式下的扭矩给定值。通过CAN总线反馈给中央控制器，同时分别发送至旋转1号从机电机控制器到旋转N号从机电机控制器，从而控制若干个旋转从机电机。[0030] 本实施例的控制装置的主电机控制器以速度模式运行并按给定的速度要求运转。从属电机按扭矩模式运行共同出力，并跟随主电机速度模式下的扭矩。这样既保证了电驱动水平定向钻机的驱动电机速度精确控制要求，也由于从属电机的扭矩运行模式避免了与机械传动装置发生同步干涉的问题。

[0031] 上面结合实施例对本申请的实施方式作了详细说明，但是本申请并不限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在获知本申请中记载内容后，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对其作出若干同等变换和替代，这些同等变换和替代也应视为属于本申请的保护范围。