煤田测井绞车系统控制原理及使用探讨

煤田测井绞车系统控制原理及使用探讨

吕琪

广西煤炭地质局（广西煤炭地质一五0勘探队测井中心）广西柳州545005

摘要：测井绞车是煤田测井工作中使用的重要设备，PSCJ-3绞车设计合理，性能稳定，完全能够满足测井工作需要。

关键词：绞车系统，绞车控制器，反馈电路，触发电路，过载保护电路，井深测量显示电路，预置报警停车

一、概述

在煤田测井过程中，绞车系统主要负责井下仪器的提升和下放，井下仪器的供电及信号的传输都要通过该系统来完成，该系统工作的性能稳定性直接影响到测井工作能否顺利完成。

测井绞车系统由：绞车控制器、绞车、变速箱、电机、电缆和滑轮等几部分组成。绞车控制器控制绞车作提升和下放运动，控制仪器提升或下放入井。绞车控制器以数字显示测井速度、电机电压、电机电流、测井深度参数，绞车控制器主要作用是对绞车实行调速运行，其主要作用有如下几点：

①控制直流电机转向，调节直流电机转速，并且稳定其转速。

②测量并显示电缆运行速度，控制电缆以恒定速度运行。

③数字显示电缆速度、电机电压、电机电流参数。

④如果探管在井中受阻，控制器拾取电机电流信号，控制绞车自动报警停车。

⑤预置深度报警停车功能。

⑥通过传动滑轮带动光电码盘产生的脉冲，准确显示测井深度。

二、绞车控制器的控制原理

绞车控制器由电机控制电路、井深测量显示电路、报警控制电路等几部分组成。绞车控制核心为电机控制电路，电机控制电路控制电机正反转、对电机实施调速控制和恒速控制。它由无级调速电路、触发电路、反馈电路、电缆运行速度回路和电机负载等几部分组成。现主要分析北京中地英捷仪器厂生产的PSJC-3型绞车，其工作原理介绍如下：

1.电机控制电路

电机控制电路控制电机正反转、对电机实施调速控制和电缆恒速控制。它由无极调速主回路、触发电路、反馈电路、电缆运行速度回路和电机负载等几部分电路组成。

1）电机无极调速主回路

电机转速变化反应的就是电缆运行速度变化，改变触发电路产生的触发脉冲Ug的相位，使得主回路中的可控硅的导通角发生变化，供给电机电枢的电压发生变化，从而达到无极调速的目的。

2）同步触发电路

触发电路的作用是产生可控硅控制极所需要的触发脉冲Ug。改变给定速度电位器的数值，也就是改变触发脉冲的相位，从而达到改变供给电机的电压U0的目的。

电源由18v变压器桥式整流输出，其中一组经w7812输出0～12v供触发电路电源。另一组电源经Dw3-2cw5稳压为6.5～7.5v，供过载保护电路。R1为整流桥的负载电阻。V3基极的上限幅电平为2.1v的梯形波，经放大后使触发脉冲与可控硅导通，整流输出同步。梯形波经R1、R2分压拾取后，由v3放大，v8为恒流三极管，当绞车升降控制开关置“0”位或“停”位置，供给电位器RP3电压被短路，只有在上或下位置时，给速电位器上的电压才能加至v11的基极，当B11-Vb↑-Vc↑-BG10-Ic↑→C6电容电压很快达到v9的峰点电压，电容通过v9迅速放电，在c6上为一组锯齿波（见图一）。V8、V9、V10、V11组成一个张弛振荡器，调速电位器给定的最大电压不会超过2.1V，由V12、V13、V14、三个串联二极管决定。V9导通，在R7输出一个正脉冲，经C5耦合电容至驱动三极管的基极，放大后经变压器耦合至可控硅的控制极，可控硅在向正向触发脉冲作用下导通，整流桥有电压输出，即电动机起动。耦合变压器的作用是使低压电子电路与高压供电回路的分离。

3）电压反馈与电流反馈电路

为了保证电动机转速稳定，在控制回路中引入电压、电流反馈电路。

①电压负反馈电路

反馈电路从可控硅的输出端经分压R30/（R31+R30）U0拾取（最大电压为7V），当电枢上的电压升高时，反馈信号电压叠加在触发电路的输入端，使V11的基极电压下降。通过触发电路使可控硅的导通角前移，可控硅整流电路输出电压趋于稳定。U0↑→反馈电压↓→可控硅导通角↑U0↓。

②电流正反馈

电动机负载加大时，电机电流也跟着加大，但电机在运行过程有足够的负载能保持电机转速。电流反馈是通过可控硅电路的R32（0.25Ω）上拾取电压，电压极性与V11的基极极性相同，负载加大时，反馈电压使可控硅导通角增大，使U0稳定。

③过载保护电路

当井下仪器受阻时，依据电缆所承受拉力大小的不同，电路设置了七档电流过载保护。电流过载保护电路中每档之间设置相差300Ω。R32为10W0.25Ω电阻，负载加重时，流过R32的电流增大，R17与R中点V5=R/（R17+R）×12V为一定值。当过载电流增大时，通过R19的电流也同样增加，当运放6点电位高于5点电位时，运放“7”点电位为负，而运放“8”点位正，V22导通，加至触发电路的电压为零，过载停车。过载消失后，“升降控制开关”在“上”、“0”或“0”、“下”位置时，F1C在该单稳态下不会反转，此时，运放“10”脚通过R37/（R37+R38）×U分压输出的正电位高于运放“9”点电位，而保持不变。要恢复正常工作状态，须将“升降控制开关”重新置到“停”位置，此时R36不起作用，“7”点的正电位通过R35直接加在F1C的“9”脚，“8”为“0”状态。

4）井深测量显示电路

测量轮是一直径为0.5m的不锈钢轮。电缆运行时，传动滑轮转动，带动光电码盘产生两路光电脉冲信号即光A和光B。光A和光B脉冲信号与电缆运行速度及电缆移动距离有一定比例关系，将其送绞车控制器可得电缆速度及电缆移动距离（钻孔深度）。测量轮每转一周，电缆移动0.5m,光电码盘产生500脉冲，即每米1000个脉冲。加减计数器控制CPD和CPU,每个计数器的输出和借位输出分别接至下一级的触发端CPU和CPD，由六块40192构成厘米、分米、米、十米、百米、千米位的计数器，显示电路由六块CD4511八段十进制译码器及与之对应的六块LED数码管组成。

5）预置报警停车

由四块4585数值比较器，可预置井深在厘米以上的井深报警停车，40192计数器计数与四位拨码开关预置的四位井深值相同时，S1输出高电平去控制停车报警电路。Kc和Ko为过载信号，通过G1光耦合器(A组电源与B组电源起到隔离)，D25A-4输出高电平经微分电路D25D-11输出高电平，由D23组成的振荡器，经D23F反相至D24，经D24A驱动三极管N1，使蜂鸣器发出报警声。预置停车电路电源是B组电源无需隔离，预置报警信号直接加在D25-1，原理与过载报警电路相同。预置停车信号经D24-11反相输出至G-、G+(+5V)经光耦合器输出至比较器F1A3，当“3”脚电压高于4V（R52*12V）/(R52+R53)时，F1A输出高电平“1”，F1B输出为“0”。后面电路与过载电路相同。

三、绞车系统的使用

接好仪器各种连接线，并检查无误；将升降开关打到停位，再将调速电位器旋到“0”位置。其他开关根据需要打到相应位置即可；打开电源，此时，参数显示器和深度显示器都亮了。调速、恒速开关打到调速上；过载电流选择开关选择过载停车的电缆拉力，一般选择4或5，表示电机电流达到5A或6A时，绞车自动报警停车；设定、预制停车开关打到“设定”上；用拨码开关输入起始深度值，按“置数”按钮，设置深度数值在深度显示器上。然后，把升降控制开关打到相应位置（上或下），调整调速电位器，使绞车转动。予置停车开关拨向设定时，予置停车功能锁闭；予置停车开关拨向预置停车时，绞车“井深显示器”的深度与拨轮数字（参数设置）的深度值相同时，自动报警停车。