一种电动指梁的控制系统

摘要

本发明公开了一种电动指梁的控制系统，包括指梁区和控制区，指梁区包括壳体，壳体内设置有左指梁区和右指梁区，左指梁区设置有多个指梁，左指梁区在开口处的指梁上设置有总档杆，多个指梁相互平行且间隔排布形成管柱盛放区，指梁档杆和总档杆均配置有控制组件；控制区包括控制器箱体，控制器箱体包括有控制器、数据采集模块和指令输出模块，控制组件在检测到有管柱的情形下将数据通过数据采集模块传输至控制器，控制器根据采集模块输送的数据发出打开指梁档杆的指令控制指梁档杆打开并允许管柱推扶设备运送管柱至管柱待放区的目标位置。本发明一种电动指梁的控制系统实现了控制自动化，同时也提高了指梁控制的精度。

权利要求

1.一种电动指梁的控制系统，其特征在于，包括指梁区和控制区，

所述指梁区包括壳体，所述壳体内设置有左指梁区和右指梁区，所述壳体一侧开口，所述壳体内部与开口相对的侧壁中央固接有隔板(14)，所述左指梁区与右指梁区结构相同，位于所述隔板(14)的两侧，所述左指梁区设置有多个指梁，所述左指梁区在开口处的指梁上设置有总档杆(11)，多个所述指梁相互平行且间隔排布形成管柱盛放区，每个所述管柱盛放区包括与单个管柱(13)相对应的多个管柱待放区，每个所述管柱待放区设置有待放区管柱检测器(8)，所述待放区管柱检测器(8)用于检测该待放区是否有管柱(13)，所述管柱盛放区的每个指梁一端固接于壳体的侧壁，另一端设置有指梁档杆(12)，所述指梁档杆(12)的轴线与指梁的轴线垂直，所述指梁档杆(12)和总档杆(11)均配置有控制组件；

所述控制区包括控制器箱体(1)，所述控制器箱体(1)包括有控制器(2)、数据采集模块(3)和指令输出模块(4)，所述控制组件在检测到有管柱(13)的情形下将数据通过数据采集模块(3)传输至控制器(2)，所述控制器(2)根据采集模块(3)输送的数据发出打开指梁档杆(12)的指令控制指梁档杆(12)打开并允许管柱推扶设备运送管柱(13)至管柱待放区的目标位置，所述待放区管柱检测器(8)检测到有管柱(13)后将数据传输至控制器(2)，所述控制器(2)发出指令控制管柱推扶设备返回并控制控制组件关闭指梁档杆(12)；所述控制组件包括档杆驱动装置(6)和档杆管柱检测器(7)，所述档杆驱动装置(6)用于驱动指梁档杆(12)转动，所述档杆管柱检测器(7)用于检测和传输管柱的信号。

2.根据权利要求1所述的一种电动指梁的控制系统，其特征在于，所述管柱盛放区对应于指梁的个数划分为m行管柱盛放区，所述第m行管柱待放区靠近总档杆(11)，所述管柱待放区沿垂直指梁的方向划分为n列，所述第n列管柱待放区靠近隔板(14)，位于第1行第1列的管柱待放区记作(1，1)，位于第m行第n列待放区记作(m，n)，所述控制器(2)控制管柱推扶设备将管柱(13)按照从(1，1)到(m，n)的顺序排放至对应的管柱待放区；

所述控制器(2)控制管柱推扶设备将管柱(13)运送到目标位置(1，1)时，所述(1，1)位置的待放区管柱检测器(8)检测到管柱(13)后将信号传输给控制器(2)，所述控制器(2)控制管柱推扶设备返回并将下一次管柱(13)运送到目标位置(1，2)，直至管柱待放区(m，n)的管柱(13)运送完成。

3.根据权利要求1所述的一种电动指梁的控制系统，其特征在于，所述目标位置位于第i行第j列的管柱待放区，则记作(i，j)，其中，1≤i≤m且i为整数，1≤j≤n且j为整数；在接收到任意指定目标位置(i，j)的情形下，在将所述指定目标位置的管柱(13)排放完成后，所述指定目标位置的待放区管柱检测器(8)检测到管柱(13)并将信号传输给控制器(2)，所述控制器(2)发出指令控制管柱推扶设备将管柱(13)运送到目标位置(i，j+1)，所述控制器(2)发出指令控制管柱推扶设备将管柱(13)依次运送到(i，j+2)至(m，n)的待放区。

4.根据权利要求1所述的一种电动指梁的控制系统，其特征在于，所述控制器(2)用于：

在当所述管柱盛放区有需要移出的管柱(13)时，以先确定待放区管柱检测器(8)的位置随即发出信号控制管柱推扶设备移出管柱(13)。

5.根据权利要求1所述的一种电动指梁的控制系统，其特征在于，所述控制器(2)连接有能够外接其它控制系统的交换机(5)。

说明书

一种电动指梁的控制系统

技术领域

[0001] 本发明属于自动化控制技术领域，具体涉及一种电动指梁的控制系统。

背景技术

[0002] 随着钻机自动化程度的快速发展，钻机的自动化、智能化已经成为发展趋势必须经历的过程，对指梁控制的自动化、智能化和便捷化提出了更高的要求；

[0003] 目前在用的指梁大多为机械指梁或者气控指梁，其中机械指梁为纯粹的机械机构，需要人工完成作业。作为一种改进，气控指梁能完成部分自动化功能，但是自动化程度有待进一步提高，多数情况下还是需要介入人工操作。仍然需要人工介入的作业方式不可避免地存在安全隐患，而且目前气控指梁的控制精度普遍较低。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种电动指梁的控制系统，解决了目前气控指梁需要介入人工操作，且控制精度低的问题。

[0005] 本发明所采用的技术方案是，

[0006] 一种电动指梁的控制系统，包括指梁区和控制区，

[0007] 指梁区包括壳体，壳体内设置有左指梁区和右指梁区，壳体一侧开口，壳体内部与开口相对的侧壁中央固接有隔板，左指梁区与右指梁区结构相同，位于隔板的两侧，左指梁区与右指梁区结构相同，左指梁区设置有多个指梁，左指梁区在开口处的指梁上设置有总档杆，多个指梁相互平行且间隔排布形成管柱盛放区，每个管柱盛放区包括与单个管柱相对应的多个管柱待放区，每个管柱待放区设置有待放区管柱检测器，待放区管柱检测器用于检测该待放区是否有管柱，管柱盛放区的每个指梁一端固接于壳体的侧壁，另一端设置有指梁档杆，指梁档杆的轴线与指梁的轴线垂直，指梁档杆和总档杆均配置有控制组件；

[0008] 控制区包括控制器箱体，控制器箱体包括有控制器、数据采集模块和指令输出模块，控制组件在检测到有管柱的情形下将数据通过数据采集模块传输至控制器，控制器根据采集模块输送的数据发出打开指梁档杆的指令控制指梁档杆打开并允许管柱推扶设备运送管柱至管柱待放区的目标位置，待放区管柱检测器检测到有管柱后将数据传输至控制器，控制器发出指令控制管柱推扶设备返回并控制控制组件关闭指梁档杆。

[0009] 控制组件包括档杆驱动装置和档杆管柱检测器，档杆驱动装置用于驱动指梁档杆转动，档杆管柱检测器用于检测和传输管柱的信号。

[0010] 管柱盛放区对应于指梁的个数划分为m行管柱盛放区，第m行管柱待放区靠近总档杆，管柱待放区沿垂直指梁的方向划分为n列，第n列管柱待放区靠近隔板，位于第1行第1列的管柱待放区记作(1，1)，位于第m行第n列待放区记作(m，n)，控制器控制管柱推扶设备将管柱按照从(1，1)到(m，n)的顺序排放至对应的管柱待放区；

[0011] 控制器控制管柱推扶设备将管柱运送到目标位置(1，1)时，(1，1)位置的待放区管柱检测器检测到管柱后将信号传输给控制器，控制器控制管柱推扶设备返回并将下一次管柱运送到目标位置(1，2)，直至管柱待放区(m，n)的管柱运送完成。

[0012] 目标位置位于第i行第j列的管柱待放区，则记作(i，j)，其中，1≤i≤m且i为整数，1≤j≤n且j为整数；在接收到任意指定目标位置(i，j)的情形下，在将指定目标位置的管柱(13)排放完成后，指定目标位置的待放区管柱检测器(8)检测到管柱并将信号传输给控制器，控制器发出指令控制管柱推扶设备将管柱运送到目标位置(i，j+1)，控制器发出指令控制管柱推扶设备将管柱依次运送到(i，j+2)至(m，n)的待放区。

[0013] 控制器用于：

[0014] 在当管柱盛放区有需要移出的管柱时，以先确定待放区管柱检测器的位置随即发出信号控制管柱推扶设备移出管柱。

[0015] 控制器连接有能够外接其它控制系统的交换机。

[0016] 本发明的有益效果是；本发明的电动指梁的控制系统，通过检测器、控制器根据数据采集和后经数据输出最后控制实现运送/运出管柱，实现了控制自动化，同时也提高了指梁控制的精度。

附图说明

[0017] 图1是本发明一种电动指梁控制系统的示意图；

[0018] 图2是本发明一种电动指梁控制系统中电动指梁排放管柱的示意图。

[0019] 图中，1.控制器箱体，2.控制器，3.数据采集模块，4.输出模块，5.交换机，6.档杆驱动装置，7.档杆管柱检测器，8.待放区管柱检测器，9.左接线箱，10.右接线箱，11.总挡杆，12.指梁档杆，13.管柱，14.隔板。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0021] 一种电动指梁的控制系统，包括指梁区和控制区，

[0022] 如图2所示，指梁区包括壳体，壳体内设置有左指梁区和右指梁区，壳体一侧开口，壳体内部与开口相对的侧壁中央固接有隔板14，左指梁区与右指梁区结构相同，位于隔板14的两侧，左指梁区与右指梁区结构相同，左指梁区设置有多个指梁，左指梁区在开口处的指梁上设置有总档杆11，多个指梁相互平行且间隔排布形成管柱盛放区，每个管柱盛放区包括与单个管柱13相对应的多个管柱待放区，每个管柱待放区设置有待放区管柱检测器8，待放区管柱检测器8用于检测该待放区是否有管柱13，管柱盛放区的每个指梁一端固接于壳体的侧壁，另一端设置有指梁档杆12，指梁档杆12的轴线与指梁的轴线垂直，指梁档杆12和总档杆11均配置有控制组件；

[0023] 如图1所示，控制区包括控制器箱体1，控制器箱体1包括有控制器2、数据采集模块3和指令输出模块4，控制组件在检测到有管柱13的情形下将数据通过数据采集模块3传输至控制器2，控制器2根据采集模块3输送的数据发出打开指梁档杆12的指令控制指梁档杆
12打开并允许管柱推扶设备运送管柱13至管柱待放区的目标位置，待放区管柱检测器8检测到有管柱13后将数据传输至控制器2，控制器2发出指令控制管柱推扶设备返回并控制控制组件关闭指梁档杆12。

[0024] 控制组件包括档杆驱动装置6和档杆管柱检测器7，档杆驱动装置6用于驱动指梁档杆12转动，档杆管柱检测器7用于检测和传输管柱的信号。

[0025] 管柱盛放区对应于指梁的个数划分为m行管柱盛放区，第m行管柱待放区靠近总档杆11，管柱待放区沿垂直指梁的方向划分为n列，第n列管柱待放区靠近隔板14，位于第1行第1列的管柱待放区记作(1，1)，位于第m行第n列待放区记作(m，n)，控制器2控制管柱推扶设备将管柱13按照从(1，1)到(m，n)的顺序排放至对应的管柱待放区；

[0026] 控制器2控制管柱推扶设备将管柱13运送到目标位置(1，1)时，(1，1)位置的待放区管柱检测器8检测到管柱13后将信号传输给控制器2，控制器2控制管柱推扶设备返回并将下一次管柱13运送到目标位置(1，2)，直至管柱待放区(m，n)的管柱(13)运送完成。

[0027] 目标位置位于第i行第j列的管柱待放区，则记作(i，j)，其中，1≤i≤m且i为整数，1≤j≤n且j为整数；在接收到任意指定目标位置(i，j)的情形下，在将指定目标位置的管柱
13排放完成后，指定目标位置的待放区管柱检测器8检测到管柱13并将信号传输给控制器
2，控制器2发出指令控制管柱推扶设备将管柱13运送到目标位置(i，j+1)，控制器2发出指令控制管柱推扶设备将管柱13依次运送到(i，j+2)至(m，n)的待放区。

[0028] 控制器(2)用于：

[0029] 在当管柱盛放区有需要移出的管柱13时，以先确定待放区管柱检测器8的位置随即发出信号控制管柱推扶设备移出管柱13。

[0030] 控制器2连接有能够外接其它控制系统的交换机5。

[0031] 如图1所示，电动指梁控制系统包括在控制箱体1内部安装有控制器2、数据采集模块3和输出模块4完成电动指梁的自动化控制，在指梁区安装有档杆驱动装置6、档杆管柱检测器7、待放区管柱检测器8、左接线箱9和右接线箱10完成整个系统数据采集以及自动化指梁具体动作执行。

[0032] 控制器2通过工业以太网线与交换机5连接，便于控制器接口扩展，方便灵活地与其他具有以太网接口的设备连接；左指梁区的档杆管柱检测器7和待放区管柱检测8先分别连接到左接线箱9，再合成一根连接电缆连接到控制区中的数据采集模块3和输出模块4。

[0033] 如图2所示，档杆驱动装置6采用微型电驱动装置，将动力端和执行机构集成到一起，结构小巧；配有编码器、限位保护和过流保护信号，编码器可以精确定位以实现对驱动装置的精准控制。编码器返回值为α时定义为档杆关闭，返回值为β时定义为档杆打开。

[0034] 档杆管柱检测器7和待放区管柱检测器8可设置管柱检测范围。根据管柱13直径的大小不同，可灵活设置检测范围，提高检测精度；根据它们返回的数据可以作为排放路径规划导引和目标位置智能推荐控制算法的参数。

[0035] 下面结合图2详细说明该控制方法的工作原理，为能更详细的说明，作如下规定：

[0036] 指梁区由m行n列组成，即该指梁区能排放的最多管柱13数量为m×n；

[0037] 在指梁区第i行指梁第j列的管柱13的位置记为(i，j)，其中i≤m，j≤n；

[0038] 指梁区的管柱13可以按行排放，也可以先按列排放，本实施例中以先按行排放为例。

[0039] 在确定了排放管柱13作业后，控制器2会根据实际工况计算并规划出管柱13的排放路径并推荐管柱13目标位置。第一根排放的管柱13的规划路径为第1行指梁所处的位置，推荐的第一个目标指梁位置为第一行指梁的第一列的位置，此时控制器2会标记i＝1，j＝1，即图2中的(1,1)位置。当(1,1)位置管柱13排放完成后，控制器2会推荐第二个目标位置，此时控制器2会标记i＝1，j＝2，即图2中的(1,2)位置，依次类推推荐第一行指梁所有的管柱13排放目标位置，此时控制器2会标记i＝1，j＝n，即图2中的(1，n)位置排放管柱13。第一行指梁管柱13排放完成后，控制器2会规划出第二行指梁的管柱13的排放路径，即i＝2，第二行指梁的管柱13的排放与第一行的类似，在此不再赘述；依次类推直至排放完成所有的管柱13，此时控制器2会标记i＝m，j＝n。

[0040] 控制器2规划出排放路径后，只有路径导引的指梁前端的档杆驱动装置6才会被允许打开，其他m-1个指梁前端的档杆驱动装置6都不允许打开。

[0041] 如图2所示，以左指梁区排放管柱13为例，如现将管柱13按控制器2规划的图2中的路径，排放在推荐目标位置为第i行指梁第j列位置处，即目标位置为(i，j)。当管柱推扶设备推扶管柱按规划的排放路径运行到总档杆11时，总档杆11的档杆管柱检测器7检测到有管柱13时，数据采集模块3会采集到此信号；控制器2会读取此信号，并判断是否允许总档杆11的档杆驱动装置6执行将总档杆11打开的动作。总档杆11打开的条件是左指梁区所有的m个指梁的指梁档杆12都关闭，即m个档杆驱动装置6编码器返回值都为α；如果有档杆驱动装置6返回值不为α，控制器2会经输出模块4对返回值不为α的档杆驱动装置6发出使总档杆11关闭的指令，直至所有的指梁档杆12都关闭；这样做的目的是：防止有管柱13从待放区滑落出来，引起安全事故。当控制器2判断满足允许总档杆11的档杆驱动装置6执行将总档杆11打开的动作的条件后，经输出模块4对总档杆11的档杆驱动装置6发出使总档杆11打开的指令，此时档杆驱动装置6根据该指令将进总档杆11打开；当总档杆11的档杆驱动装置6的编码器返回值为β时，通过输出模块4对总档杆11的档杆驱动装置6发出允许管柱推扶设备推扶管柱13通过总档杆11后继续向目标位置移动的指令，随之关闭总档杆11。

[0042] 管柱推扶设备推扶管柱13运送到规划路径(i，j)所选的第i行指梁时，第i行指梁前端的档杆管柱检测器7检测到需要排放的管柱13时，数据采集模块3会采集到此信号；控制器2会读取此信号，并判断是否允许第i指梁前端的档杆驱动装置6执行档杆打开的动作。具体而言，第i指梁前端的档杆驱动装置6打开的条件是左指梁区所有的m-1个指梁前端的档杆和总档杆都关闭，即m-1个档杆驱动装置6编码器和总档杆的档杆驱动装置6返回值都为α；如果有档杆驱动装置6返回值不为α，控制器2会经输出模块4对返回值不为α的档杆驱动装置6发出关闭的指令，直至使其所有的档杆都关闭；这样做的目的是为了防止有管柱从左指梁区滑落出来，引起安全事故。当控制器2判断满足打开条件后，经输出模块4对第i行指梁前端的档杆驱动装置6发出打开指令，第i行指梁前端的档杆驱动装置6执行该指令进而打开档杆；当控制器2检测到第i行指梁的档杆驱动装置6的编码器返回值为β时，通过输出模块4对第i行指梁前端的档杆驱动装置6发出允许管柱推扶设备推扶管柱通过档杆继续向推荐的目标位置(i，j)移动的指令，随之关闭档杆。

[0043] 管柱推扶设备推扶管柱13运动到推荐的目标位置(i，j)时，待放区管柱检测8检测到排放的管柱13，数据采集模块3采集到此信号；控制器2读取此信号，并记录为此管柱13已完成排放。此时，管柱13按规划路径排放到了推荐的目标位置。控制器2会自动推荐出下一个目标第i行指梁第j+1的位置，即位置(i，j+1),1≤j＜n。

[0044] 当目标位置(i，j)中j＝n时，表示此指梁已排放满管柱13，再不允许在此指梁排放管柱13，因此当该指梁档杆管柱检测器7检测到有需要排放的管柱13时，该指梁的档杆不允许被打开。控制器2会自动规划出下目标行第i+1行的排放路径，1≤i＜m。

[0045] 如果管柱13排放过程没有按控制器2规划路径推荐的目标位置排放，而是排放了在操作作者指定的位置，假设是图2中的第a行指梁第b列的位置，即位置(a，b)。控制器2会按照位置(a，b)规划出新的排放路径，新路径规划完成后，就可以执行与前述流程相同的排管作业了。

[0046] 以上详细介绍了左指梁区的管柱13排放作业流程，右指梁区的和左指梁区的的作业流程类似，以及管柱13在指梁的排放作业时指梁的工作流程，管柱13从指梁取出作业时的指梁的工作流程与排放作业时的工作流程互为逆过程，在此不再赘述。

[0047] 如果在管柱13排或者取的过程中，发现某位置处的管柱13有异常(如尺寸不合适、损坏、类型不合适等)而不能满足现场作业需求时，此时需将此管柱13从当前位置移走。现假设图2中的第a1行指梁第b1列位置的管柱13有异常，即位置(a1，b1)处的管柱13有异常，并指定将该管柱13移动到第a2行指梁第b2列位置，即位置(a2，b2)。控制器2会标记位置(a1，b1)处的管柱13有异常，并记录此位置和异常管柱13的数量；操作者要指定异常管柱13被移动到的位置(a2，b2)；控制器2重新规划排放路径，并导引将异常管柱13由管柱推扶设备推扶从位置(a1，b1)排放至位置(a2，b2)；第a2行指梁第b2列位置的待放区管柱检测器8检测到异常管柱13时，移动作业完成；控制器2会标记此位置，并记录为此异常管柱13是由位置(a1，b1)的管柱13有异常移到到位置(a2，b2)，方便操作者对此管柱13的后期处理，进一步提高了操作安全性。

[0048] 本发明一种电动指梁的控制系统通过自动化控制运送管柱13，提高了工作效率，减少了劳动力，并设置防误操作的控制模式，减少了安全隐患，在当管柱的运送过程中严格控制管柱的存放位置，避免了管柱的滑脱等安全隐患。本发明一种电动指梁的控制系统工作效率高，安全系数高。