重庆科技学院本科生毕业设计 4绞车控制系统设计
③防碰设计
某型滚筒原始直径Do=650mm；筒长Lo=840mm；钢丝绳直径dr=28mm；缠绕直径的增量系数Φ=0.9；天车轮直径dt=928mm；取滚筒上钢丝绳被压扁时钢绳直径在滚筒向上的增量△=2mm；钻井绳数z=10；
1）电脉冲信号从滚筒轴上获取
钢绳在e层上的缠绕直径De、在每一层上可缠绕的排数为12由下二式求得：式中，e表示滚筒上缠绕钢绳的层数，(e=l,2，3，4，5)
De=Do+dr+ 2（e-1) Φ.dr （4.1）
n=Lo/(dr+ △ ) （4.2）
设Se为e层钢绳在滚筒上每缠绕一周的长度，则
Se=De×π （4.3）
设He为第e层钢绳在滚筒上缠绕钢绳的总长度，则
He=Se×ne （4.4）
滚筒第一层钢绳初始状态一般留有1O排钢绳，故n1=n一10；n2= n3=n0 根据已知条件解方程组得：H1=38.34m H2=64.07m H3=68.52m H4=72.94m；当游车上升至防碰高度时，滚筒上缠绕钢绳的总长度应等于钢绳在滚筒上缠绕的总长度，而H1+H2+H3+H4=243．87m Dt.nπ=H ×Z （4.5） 解得：Dt=0.7808m。 智能防碰装置工作时，计算器是按每获取滚筒旋转一周所得的电脉冲信号，滚筒缠绕Dtπ长的钢绳来计算游车上升高度的。实际上，在游车起升过程中钢绳在每一层上的缠绕直径都不一样，因此在起升过程中游车的实际高度与计算器显示的高度有一定的误差，最大误差产生在游车起升H/2处。设最大误差为△H，则 △ H=π{(Dt-D1))nl+( Dt-D2)n2+ (Dt-D3)n3)/Z （4.6） 解得：△H=1.6m。 ④电脉冲信号从天车轮上获取 当电脉冲信号从天车轮上获取时，计算器所获得的计数信号既不受滚筒缠绳是否规则的影响，也不受缠绳层数的影响，因此智能防碰装置的测量误差为零。智能型防碰天车装置的电脉冲信号获取最佳位置宜选在天车轮上。通过监测装有磁钢的天车轮的角位移，依一定的线性比例关系就可以精确测得游车上升的实际高度，这样计算器所获得的计数信号既不受滚筒缠绕是否规则的影响，也不受缠绳层数的影响，霍尔传感元件也不会受泥浆等腐蚀性介质的侵蚀，因此可使智能 33 重庆科技学院本科生毕业设计 4绞车控制系统设计 型防碰天车装置具有较高的安全可靠性。 ⑤游车上升和下降的判断 A、B是两个光电传感器，传感器布置图如图4.3所示。 其物理位置按如下要求安装：当A传感器进入菊花轮的一半时，B传感器刚好开始进入菊花轮；当A传感器结束检测时，B传感器则刚好进入菊花轮的一半。这样就可以产生出90度相位差的一组信号，通过这一组信号可以判断出菊花轮是在正转还是在反转，从而间接反映出大钩或钢丝绳的上升或下降。为了正确地鉴相，后置电路必须完成如下工作： 1）产生A、B信号的上升沿及下降沿； 2）产生A、B信号的反信号； 3）根据以上信号判断旋转方向。 图4.3 传感器布置位置 AB图4.4是A、B脉冲的信号变换，这些信号包括非信号、上升沿、下降沿。根据A、B信号的先后顺序就可以判断菊花轮左转或右转方向，据此写出上升和下降的逻辑公式： Sl= A+B + AB+ + A-B + XB- S2 =XB+ + AB + A+B + A-B 传感器的信号经过数字电路的处理，就可以直接生成代表上升或下降的信号S1和S2，对其计数就可以知道它转动的位置，从而获取游车的位置。 A A B B A+ B+ A B S1 S2 A A B B A+ B+ A- B- S1 S2 图4.4 A、B脉冲的信号变换 34 重庆科技学院本科生毕业设计 4绞车控制系统设计 4.2.3 绞车的程序流程图设计 Y 绞车自动 送钻运行 开始 是否自动 送钻工况？ N 绞车起动命令正转或反转 VFD准备好？ N 绞车风机起动 转速设定 N 在零？ Y VFD上使能 绞车电机运行 N 盘刹工作否？ Y 绞车开关置于停 绞车电机及 VFD停止运行 结束 图4.5 绞车电机工作流程图 35 重庆科技学院本科生毕业设计 4绞车控制系统设计 4.3 绞车操作人机界面设计 为了工作方便，采用触摸屏代替鼠标和键盘。工作时，首先用手指或其他物体触摸触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成。触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接手后送至触摸屏控制器。而触摸屏的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转化成触电坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行[ 10 ]。 ①操作功能 在绞车操作的人机界面中，触摸屏应实现的操作功能如下：绞车风机的启停、绞车电机的启停、绞车正反转的选择。 ②参数设定 在参数设定功能块中，点击对应的名称就可以进行相应参数的设定。设定的参数包括绞车转矩、游车的防碰高度和下砸高度的设定。 ③参数显示 在参数显示功能块中，可以实时的观看相应的参数，如绞车速度、绞车转矩和游车高度。 ④绞车人机界面画面设计，绞车人机界面如图4.6所示: 图4.6 绞车人机界面画面 36 重庆科技学院本科生毕业设计 4绞车控制系统设计 4.4本章小结 本章的首先对绞车进行了概述，分析了绞车的功用和工艺要求，并得到了绞车的主要技术参数。然后对绞车控制系统进行设计，提出了绞车的电子防碰的设计方案，确定了游车高度的计算方法以及三级防碰的设定。最后对绞车的基本操作进行了人机界面的设计。 37