[发明专利]一种顶驱控制系统

权利要求书

1.一种顶驱控制系统，其特征在于：包括顶驱控制人机界面，顶驱控制器（2），数据转换接口（3），正反转控制人机界面（4），可编程控制器（5），转换开关（6），变频调速器（7），顶驱（8），钻柱（9）和位置传感器（10），所述顶驱控制人机界面安装在顶驱控制器（2）上，顶驱控制器（2）通过电缆与转换开关（6）相连；所述正反转控制人机界面（4）与可编程控制器（5）相连，可编程控制器（5）通过电缆与转换开关（6）相连；顶驱控制器（2）通过数据转换接口（3）与可编程控制器（5）相连；转换开关（6）的另一端与变频调速器（7）相连，变频调速器（7）连接顶驱（8）；顶驱（8）与钻柱（9）连接，顶驱（8）上安装位置传感器（10）。

2.根据权利要求1所述的一种顶驱控制系统，其特征在于：所述正反转控制人机界面（4）用于输入指令，包括钻柱（9）需要转动的角度、方向和速度参数，所述正反转控制人机界面（4）通过内部微处理器将指令转化为可编程控制器（5）使用的数据格式，通过串口、网卡或USB口将数据传输至可编程控制器（5），可编程控制器（5）通过内部运算器进行计算得到控制信号，通过可编程控制器（5）的输出端口（17）将数字信号转换为模拟信号，经过转换开关（6）到达变频调速器（7），变频调速器（7）通过改变电机工作电源频率和电压方式来控制电机，控制顶驱（8）和钻柱（9）运动。

3.根据权利要求1所述的一种顶驱控制系统，其特征在于：变频调速器（7）通过分析电机上的电流电压得出钻柱（9）上的实时扭矩和转速，并将实时扭矩和转速反馈回顶驱控制器（2），顶驱控制器（2）通过数据转换接口（3）将反馈数据编码翻译成可编程控制器（5）能识别的编码。

4.根据权利要求1所述的一种顶驱控制系统，其特征在于：安装在顶驱（8）上的位置传感器（10）将钻柱（9）的转动角度信号反馈给可编程控制器（5）和变频调速器（7），可编程控制器（5）将来自顶驱控制器（2）和位置传感器（10）反馈回来的信号参与运算，输出控制信号，控制顶驱（8）和钻柱（9）的运动。

5.根据权利要求1所述的一种顶驱控制系统，其特征在于：可编程控制器（5）将接收到的指令数据、反馈数据和控制数据发送至正反转控制人机界面（4），实时记录扭矩、转速、钻压和机械钻速曲线。

6.根据权利要求1所述的一种顶驱控制系统，其特征在于：顶驱控制器（2）和可编程控制器（5）内置电源模块，正常工作下由电源端口（15）外接电源为供电模块（12）充电，同时驱动整个控制系统内电路元件的运行，当停电、断电外接电源无法供电时，由外设的供电模块（12）启动应急电源，给控制箱供电驱动电路元件运行。

7.根据权利要求1所述的一种顶驱控制系统，其特征在于：正反转控制人机界面（4）安装有报警灯和声控报警装置。

8.根据权利要求1所述的一种顶驱控制系统，其特征在于：所述的顶驱控制器（2）包括中央处理模块（11）、供电模块（12）、数据采集模块（13）、指令发送模块（14）、电源端口（15）、输入端口（16）、输出端口（17）、控制器电路主板（18）和顶驱控制器箱体（19），所述中央处理模块（11）、供电模块（12）、数据采集模块（13）、指令发送模块（14）安装于控制器电路主板（18）上，所述电源端口（15）、输入端口（16）和输出端口（17）安装于顶驱控制器箱体（19）上。

9.根据权利要求8所述的一种顶驱控制系统，其特征在于：输入端口（16）与外部数据传感器相连，用于接收钻井过程中的钻压、扭矩、转速等钻井参数模拟电信号；输入端口（16）与控制箱内部数据采集模块（13）相连，通过数据采集模块（13）将钻压、扭矩和转速钻井参数进行采集和编码处理，把模拟电信号转换为中央处理模块（11）能识别的二进制编码，发送至中央处理模块（11）进行运算。

10.根据权利要求8所述的一种顶驱控制系统，其特征在于：中央处理模块（11）中通过人工编程方式植入控制程序，程序根据输入的钻压、扭矩和转速参数实时计算上部钻柱（9）与井壁间摩擦力大小，计算出上部钻柱（9）正转或反转角度，计算结果再转换为模拟信号，通过指令发送模块（14）连接到输出端口（17），为外部执行机构提供控制信号，控制顶驱（8）的转动方向和角度。