Назначение
Динамометры электронные ДЭЛ-140 (далее — динамометры) предназначены для измерения и регистрации механических нагрузок (силы натяжения) на канатах спускоподъемных установок.
Описание
Принцип действия динамометров основан на следующем.
Сила натяжения каната, закрепленного с перегибом между роликами в прорезях и дугообразным ложементом в середине датчика нагрузки ДН130, вызывает в его рабочем теле механические деформации, которые с помощью тензометрического моста преобразуются в пропорциональный этим деформациям электрический сигнал с учетом данных калибровки, внесенной в энергонезависимую память микроконтроллера, размещенного в корпусе датчика. Конечный результат измерений преобразуется в цифровой код и передается по линии связи для визуального отображения измеренной информации на модуль индикации МИ-140 (МИ-140С) или дальнейшего использования — на модуль управления МУ-140. Передача измерительной и управляющей информации по кабелю связи осуществляется по интерфейсу RS-485 с использованием стандартного протокола MODBUS.
Динамометры электронные ДЭЛ-140 конструктивно состоят из модуля управления МУ-140, модуля индикации МИ-140 (МИ-140С), датчика нагрузки ДН130 и пульта выносного.
Модификации динамометров отличаются диаметрами каната, на который устанавливаются датчики нагрузки ДН130, где НИИ — наибольший предел измерений (таблица 1):
Таблица 1
|
Диаметр каната, мм |
НИИ датчиков в составе динамометров, кН |
Обозначение модификации датчиков в составе динамометров (указывается на его табличке) |
|
|
1 |
016 |
100 |
«Трос 016 мм» |
|
2 |
018 |
100 |
«Трос 018 мм» |
|
3 |
022 |
200 |
«Трос 022 мм» |
|
4 |
025 |
200 |
«Трос 025 мм» |
|
5 |
028 |
300 |
«Трос 028 мм» |
|
6 |
032 |
300 |
«Трос 032 мм» |
|
7 |
035 |
400 |
«Трос 035 мм» |
|
8 |
038 |
400 |
«Трос 038 мм» |
Модули управления МУ-140 состоят из следующих функциональных узлов:
— цифровой платы с процессором, включающей в себя схемы цифровой и шкальной индикации, клавиатуры, канала связи на базе последовательного интерфейса RS-485, схемы включения аварийного сигнала, схемы автоматического управления яркостью индикаторов;
— платы питания, вырабатывающей напряжения, необходимые для питания приборов в составе динамометров, включающей в себя предохранители, цепи электронной защиты, фильтры питания, непосредственно импульсный блок питания, обеспечивающий гальваническую развязку от входных цепей,
— узла блокировки, включающего в себя электронные ключи включения звуковой сигнализации и управления пневмоклапаном блокировки тормоза лебедки;
— съемного электронного модуля памяти, обеспечивающего регистрацию контролируемых технологических параметров;
— системной Data Flash (так называемым «черным ящиком»);
— модуля передачи данных (по дополнительному заказу).
Модули индикации МИ-140 и МИ-140С имеют корпус коробчатой формы, изготовленный из алюминиевого сплава, который закрывается стеклом с бронирующей пленкой.
Дисплеи модулей индикации МИ-140 (цифровой) выполнены на семисегментных светодиодных матрицах с повышенной светоотдачей.
Модули индикации МИ-140С (стрелочно-цифровой) имеют циферблат со стрелкой, приводимой и управляемой слаботочным шаговым электродвигателем. Показания стрелки дублируются на четырех семисегментных светодиодных матрицах.
Модули индикации МИ-140 и МИ-140С имеют встроенное микропроцессорное управление, цифровой канал RS-485 для связи с модулями управления МУ-140 и схемы стабилизированного питания, искрозащитные цепи на вводе электропитания модулей.
Датчики нагрузки ДН130 состоят из массивного стального корпуса со встроенным тензорезисторным мостом, источника опорного напряжения, микроконтроллера, преобразователя величины измеренного значения натяжения каната из аналогового электрического сигнала в цифровой код для передачи по линии связи или дальнейшего использования в системе автоматизированного управления технологическим процессом.
Пульт выносной имеет корпус из прочной пластмассы с двумя кнопками переключения возможных рабочих режимов. С помощью кабеля связи пульт выносной функционально соединяется с модулем индикации МИ-140С.
Приборы в составе динамометров электронных ДЭЛ-140 имеют исполнение, обеспечивающее уровень и вид взрывозащиты по ГОСТ 12.2.020-76, ГОСТ Р 51330.0-99:
— модули управления МУ -140 [Exib] ПВ;
— датчики нагрузки ДН130 1ExibIIBT3;
— модули индикации МИ-140 и МИ-140С 1ExibIIBT3
Фотография общего вида динамометров приведена на фото 1.
Программное обеспечение
Описание
1) ПО микроконтроллера датчика нагрузки ДН130. Данное ПО является встроенным. Выполняет следующие функции:
— инициализация периферийных модулей, расположенных на кристалле микроконтроллера (АЦП, ЦАП, интерфейс RS-485);
— измерение сигналов тензометрического моста;
— преобразование сигналов АЦП в стандартные единицы измерений Н (ньютон) и сохранение результата;
— обработка сообщений протокола MODBUS RTU/ASCII;
— вычисление и сохранение контрольной суммы исполняемого кода;
— сохранение и защита от изменения калибровочных данных в энергонезависимой памяти микроконтроллера.
2) ПО модуля управления МУ-140. Данное ПО является встроенным. Выполняет следующие функции:
— считывание данных с датчика нагрузки ДН130 по протоколу MODBUS;
— хранение результатов измерений в энергонезависимой памяти;
— отображение результатов измерения на выносном индикаторе;
— передачу сохранённых данных по каналам GPRS, Ethernet посредством протокола
TCP/IP.
3) ПО «Система отчетов о результатах измерений». Данное ПО работает под управлением операционной системы Windows на базе персонального компьютера. Выполняет следующие функции:
— накопление информации по измерениям, бригадам, приборам в базе данных (далее
— БД);
— создание/восстановление резервных копий БД;
— сохранение информации в нескольких БД;
— обмен измерениями между программами «подразделение» и «центр»;
— получение данных сохраненных в модуле управления МУ-140;
— графическое представление сохраненных данных;
— создание и печать отчетов.
_Идентификационные данные программного обеспечения:_
|
Наименование программного обеспечения |
Идентификационное наименование программного обеспечения |
Номер версии (идентификационный номер) программного обеспечения |
Цифровой идентификатор программного обеспечения (контрольная сумма исполняемого кода) |
Алгоритм вычисления цифрового идентификатора программного обеспечения |
|
Программное обеспечение микроконтроллера датчика нагрузки ДН130 |
DN_130 |
3.20 |
СА25 |
CRC16 |
|
Программное обеспечение модуля управления МУ-140 |
DL104 slave.bin |
7.15 |
BC62 |
CRC16 |
|
Программное обеспечение «Система отчетов о результатах измерений» |
Система отчетов о результатах измерений |
004 — 3.3.1.39 |
53b97575268eea4fd 47f46db3b2f3ace |
MD5 |
|
005 — 4.14.1.213 |
554457b693dc0e41f f6d808d67984b9d |
Влияние программного обеспечения на метрологические характеристики СИ:
— дополнительная погрешность, вносимая ПО, составляет 5=0,098 %.
Уровень защиты программного обеспечения от непреднамеренных и преднамеренных изменений в соответствии с МИ 3286-2010 — С.
Технические характеристики
Диапазон измеряемых усилий натяжения каната динамометра (с учетом коэффициента талевой системы спускоподъемной установки), кН: 0 — 7200
Коэффициент талевой системы (N), устанавливаемый в модуле управления МУ-140, соответствующий параметрам спускоподъемной установки: 1,2,4,6,8,10,12,14, 16,18
Диаметр каната, мм: 16-38
Предел допускаемой приведенной погрешности измерения нагрузки (силы натяжения), в % от НПИ: ±3,0
Порог реагирования, кН, не более: 1
Цена деления выдаваемого в цифровом коде для индикации величины нагрузки (силы натяжения), кН: 1
Разрядность величин, выдаваемых в цифровом коде по стандартному интерфейсу RS-485, единиц: 4
Предельно допустимая величина нагрузки (силы натяжения), после снятия которой сохраняются метрологические характеристики динамометров, в % от НПИ: 120 Емкость модуля памяти, Мб: 1024
Параметры электрического питания динамометров:
— напряжение постоянного тока, В: 23…27
— максимальная потребляемая мощность, Вт, не более: 9 Диапазон рабочих температур, °С: от минус 40 до +50 Относительная влажность воздуха при +35 °С, %, не более: 98 Максимальная длина универсальной линии связи приборов в составе динамометров,
м, не более: 50
Габаритные размеры приборов в составе динамометров представлены в таблице 2.
Таблица 2
|
Приборы в составе динамометра |
Длина, мм, не более |
Ширина, мм, не более |
Высота, мм, не более |
|
Модуль управления МУ-140 |
362 |
260 |
130 |
|
Модуль индикации МИ-140 |
257 |
204 |
153 |
|
Модуль индикации МИ-140С |
400 |
320 |
180 |
|
Датчик нагрузки ДН130 |
540 |
101 |
135 |
|
Пульт выносной |
210 |
57 |
65 |
Масса приборов в составе динамометров представлена в таблице 3.
Таблица 3
|
Приборы в составе динамометра |
Масса, кг, не более |
|
Модуль управления МУ-140 |
7,5 |
|
Модуль индикации МИ-140 |
2,6 |
|
Модуль индикации МИ-140С |
6,5 |
|
Датчик нагрузки ДН130 |
15,5 |
|
Пульт выносной |
2,6 |
Динамометры в упаковке для транспортирования должны выдерживать без повреждения:
— тряску с ускорением 30 м/с при частоте ударов от 10 до 120 ударов в минуту;
— температуру от минус 50 до плюс 50 °С;
— относительную влажность (95±3) % при температуре 35 °С.
Вероятность безотказной работы за 10000 час: 0,95
Полный средний срок службы, лет: 8
По устойчивости к климатическим воздействиям приборы в составе динамометров соответствуют исполнению УХЛ по ГОСТ 15150 (Д3 по ГОСТ 52931-2008).
Наружная оболочка приборов в составе динамометров обеспечивает степень защиты по ГОСТ 14254, не ниже IP54.
Знак утверждения типа
Знак утверждения типа наносится на титульный лист эксплуатационной документации и на табличку модулей управления МУ-140 в составе динамометров электронных ДЭЛ-140, расположенных на их корпусе.
Способ нанесения знака утверждения типа на эксплуатационную документацию -типографский, на табличку модулей управления МУ-140 — фотохимическое печатание (штемпелевание) или другим способом.
Комплектность
В комплект поставки динамометров входят:
— модуль управления МУ-140;
— модуль индикации МИ-140 или МИ-140С — по специальному заказу;
— датчик нагрузки ДН130;
— кабель связи универсальный (количество и длина — по специальному заказу);
— пульт выносной;
— паспорт;
— формуляр;
— руководство по эксплуатации;
— методика поверки;
— блок автономного источника постоянного электрического тока питания — по специальному заказу;
— программное обеспечение «Система отчетов о результатах измерений»;
— тара упаковочная.
Поверка
осуществляется по методике «Рекомендация. ГСИ. Динамометры электронные ДЭЛ-140. Методика поверки ПЛА140.000.100.100МП», утвержденной ГЦИ СИ ФБУ «Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Республике Татарстан» 29 марта 2012 года.
Перечень основных средств поверки (эталонов), применяемых для поверки динамометров электронных ДЭЛ-140:
— машина эталонная силозадающая универсальная МЭС-500У с приведенной погрешностью ± 0,025 %.
Сведения о методах измерений
Методы измерений содержатся в руководстве по эксплуатации ПЛА140.000.100.100РЭ.
Нормативные и технические документы
1 ГОСТ Р 52931-2008 «Приборы контроля и регулирования технологических процессов. Общие технические условия».
2 ГОСТ Р 8.663-2009 «Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений силы».
3 Технические условия ТУ 4389-002-56347017-2012 «Динамометры электронные ДЭЛ-140».
Рекомендации к применению
Осуществление производственного контроля за соблюдением установленных законодательством Российской Федерации требований промышленной безопасности к эксплуатации опасного производственного объекта
В настоящее время на рынке предлагаются различные системы контроля над величиной и динамикой основных технологических параметров при бурении, капитальном и промежуточном ремонтах скважин. Некоторые из них применяются для бурения сложных скважин, для получения данных о геофизических свойствах пластов. Такие системы относительно дороги и требуют при эксплуатации постоянного присутствия квалифицированного обслуживающего персонала. Чаще при бурении и ремонте скважин достаточно определенного количества параметров, которые необходимо контролировать для обеспечения технологичности и безопасности проводимых работ. Какие приборы, измеряющие эти параметры, предлагают отечественные разработчики?
В настоящее время на рынке предлагаются различные системы контроля над величиной и динамикой основных технологических параметров при бурении, капитальном и промежуточном ремонтах скважин. Некоторые из них применяются для бурения сложных скважин, для получения данных о геофизических свойствах пластов. Такие системы относительно дороги и требуют при эксплуатации постоянного присутствия квалифицированного обслуживающего персонала. Чаще при бурении и ремонте скважин достаточно определенного количества параметров, которые необходимо контролировать для обеспечения технологичности и безопасности проводимых работ. Какие приборы, измеряющие эти параметры, предлагают отечественные разработчики?
Задачи контроля параметров скважины при бурении и ремонте, необходимого для обеспечения технологичности и безопасности проводимых работ, решают сравнительно недорогие контрольно-измерительные комплексы, устанавливаемые, как на стационарные буровые станки, так и на самоходные подъёмные установки. Электронно-измерительные комплексы такого типа не требуют постоянного присутствия квалифицированного персонала. К ним относится разработанный и производимый научно-производственным предприятием Петролайн-А контрольно-измерительный комплекс ДЭЛ-140 (далее ДЭЛ-140), предназначенный для измерения и визуального отображения основных технологических параметров при бурении и ремонте скважин. С 2000 года ДЭЛ-140 модернизировался и дорабатывался в соответствии с пожеланиями и рекомендациями заказчиков. В настоящее время различные версии ДЭЛ-140 эксплуатируются во всех нефтедобывающих регионах России, в Казахстане, Узбекистане и Белоруссии, показывая высокую надежность и удобство при эксплуатации.
У ДЭЛ-140 есть ряд преимуществ перед аналогичными контрольно-измерительными комплексами.
Одно из них — это датчик нагрузки на канате с новой конструктивной схемой — ДН130.
В основном в системах измерения веса на крюке грузоподъёмного механизма используются датчики, устанавливаемые посредством винтовых соединений на неподвижный конец каната талевой системы, прогибая его. Нагруженный канат распрямляется, воздействуя на датчик в трех жесткофиксированных точках — т. н. трехточечная схема. Пропорционально нагрузке на канате изменяется прогиб датчика, что приводит к изменению сигнала с тензопреобразователей. Но в силу того, что в измерении задействована система канат-датчик, при каждом изменении положения датчика на том же канате (переустановке) положение точек взаимодействия между канатом и датчиком изменяется по причине неравномерности диаметра каната в различных местах витых прядей. Это приводит к увеличению погрешности измерения относительно определенной при калибровке. Дополнительное увеличение погрешности вносит крепление датчика посредством скоб на винтовых соединениях. При переустановке датчика с винтовыми креплениями на канате невозможно повторить геометрию точек взаимодействия, при которой были занесены данные в память датчика при калибровке. Поэтому для датчиков с жесткой трехточечной схемой смещение датчика вдоль каната или поворот его относительно оси каната приводит к значительному увеличению погрешности, т. н. погрешность переустановки. Кроме этого, диаметр каната подъёмного механизма по причине износа также не совпадает с диаметром каната, на котором датчик калибровался,и это приводит к дополнительному увеличению погрешности измерения нагрузки.
В результате общая, от указанных выше причин, погрешность измерений веса на крюке буровой установки может значительно превышать заявленную при калибровке. При больших весовых нагрузках на крюке, с учетом коэффициента талевой системы (8-12), расхождения в показаниях приборов с реальной нагрузкой могут достигать десятков тНс, что, естественно, резко снижает безопасность работ и вносит неопределенность в технологию их проведения.
Для уменьшения погрешности при измерении нагрузок на крюке грузоподъёмного механизма в контрольно-измерительном комплексе ДЭЛ-140 разработан датчик нагрузки ДН130, который имеет другую конструктивную схему. Оригинальная конструкция ДН130 позволяет значительно повысить точность измерения весовой нагрузки на крюке грузоподъёмного механизма по сравнению с другими датчиками.
В ДН130 воздействие на среднюю опорную часть датчика распределено по дугообразному ложементу. Это позволяет сохранить соотношение сил при установке датчика на рабочий канат подъемника, близкое к тому, что было при калибровке.
В ДН130 отсутствуют винтовые соединения в элементах крепления, что исключает неопределенность при его установке, при этом полностью повторяется геометрия положения мест взаимодействия датчика с канатом, имевшее место при калибровке.
ДН130 допускает несовпадение до 1-2 мм диаметра калибровочного и рабочего канатов на подъёмной установке без заметного увеличения погрешности измерений.
Особенностью ДН130 является то, что при увеличении нагрузки на канате погрешность измерения составляет не более 1%, а при уменьшении нагрузки наблюдается небольшой гистерезис, проявляющийся в запаздывании уменьшения показаний. Это происходит по причине задержки соскальзывания волокон каната с поверхности ложемента при уменьшении нагрузки на канате. Погрешность при уменьшении нагрузки может достигать 2-2,5%. ДН-130 внесен в Государственный реестр средств измерений под № 32522-06 и защищен патентом №77426 от 19.03.08 г.
Благодаря применению датчика ДН130 в ДЭЛ-140 стало возможным измерение нагрузки на крюке до 500 тНс с точностью, обеспечивающей безопасность и технологичность работ.
Также ДН130 калибруется без привязки к контроллеру, так как является отдельным измерительным прибором, включающим в себя всю измерительную цепочку и выдающим результат измерений в цифровой форме по стандартному протоколу. Цифровой канал связи датчика с контроллером выбран не случайно. При включении комплекса ДЭЛ-140, датчик инициализируется и сообщает контроллеру свой заводской номер, дату последней калибровки. И все полученные от датчика данные идентифицируются. При разрешении спорных, аварийных ситуаций эти данные в отчетах жестко привязаны к конкретному датчику. В случае, когда применяется аналоговый датчик (4-20 мА), утверждать, что именно этот датчик производил измерения. Соответственно достоверность графиков измерений можно оспорить.
Кроме этого, в ДЭЛ-140 применен оригинальный датчик крутящего момента и количества оборотов на роторе буровой установки — ДКМ-140. Датчик ДКМ-140 предназначен для буровых установок с карданным приводом на редуктор ротора. Устанавливается ДКМ-140 между фланцем редуктора ротора и фланцем приводного карданного вала с помощью болтового соединения. Карданный вал при этом укорачивается на длину ДКМ-140. В датчике нет вращающихся частей. Он полностью автономен. Данные о величине крутящего момента и количестве оборотов передаются в контроллер по радиоканалу.
ДКМ-140 позволяет измерять передаваемый через карданный вал крутящий момент с погрешностью не более 1,5%. В контроллер ДЭЛ-140 вводится коэффициент передаточного числа редуктора. На отдельном выносном табло отображаются величины крутящего момента и оборотов ротора в минуту.
ДКМ-140 показал высокую надежность при эксплуатации, как на стационарных буровых станках, так и на мобильных установках КРС.
ДКМ-140, как и остальные приборы в составе контрольно-измерительного комплекса ДЭЛ-140, имеет взрывозащищенное исполнение и соответствующую маркировку.
Помимо ДКМ-140, комплекс ДЭЛ-140 может комплектоваться датчиком момента для установок с цепным приводом. Особенность данного датчика в том, что вместо опорного ролика в нем применена звездочка. Это значительно увеличивает ресурс работы, как самого датчика, так и приводной цепи ротора.
В комплектации ДЭЛ-140 предусмотрен также вариант надежной измерительной системы для контроля над величиной крутящего момента с датчиком под опорой вала цепного привода буровых установок.
Контрольно-измерительный комплекс ДЭЛ-140 последней версии позволяет измерять, отображать и регистрировать до 13-ти технологических параметров при бурении и ремонте скважин:
— нагрузку на крюке подъёмной установки;
— нагрузку на буровой инструмент;
— крутящий момент на роторе;
— обороты стола ротора;
— крутящий момент при свинчивании труб;
— давление ПЖ на входе (манифольде);
— скорость талевого блока;
— положение талевого блока над столом;
— уровень ПЖ в емкостях;
— индикацию выхода ПЖ;
— обороты вала бурового насоса (расход ПЖ на входе);
— концентрацию опасных газов в рабочей зоне.
По основным контролируемым параметрам вводятся предельные значения, при превышении которых подается звуковой сигнал и команда на блокировку тормоза лебёдки.
Все данные о величине и динамике контролируемых параметров регистрируются в съёмном модуле памяти контроллера, затем с заданной периодичностью или в режиме «on-line» передаются по каналу GPRS (GSM) на компьютер диспетчера, где обрабатываются специальной программой верхнего уровня . Эта программа создает базу данных по всем контролируемым параметрам, формирует отчеты и графики о проделанной работе на скважине и в бригаде.
Параллельно данные с ДЭЛ-140 по радиоканалу могут передаваться на ПК на рабочем месте мастера, где программа верхнего уровня, помимо перечисленных функций, позволяет осуществлять визуальный контроль над величиной контролируемых параметров на дисплее ПК в режиме on-line.
Для эксплуатации в районах, где нет GSM связи, в ДЭЛ-140 предусмотрен съёмный модуль памяти объёмом до 1ГБ, в котором данные накапливаются и затем переносятся через специальный интерфейс в ПК диспетчера.
В контроллере ДЭЛ-140 предусмотрена резервная память — «черный ящик». В неё, кроме основной памяти и передачи данных по радиоканалу, записываются и сохраняются данные по контролируемым параметрам за последние несколько дней. Данные из резервной памяти можно использовать при утере основного съёмного модуля памяти, разборе аварийных ситуаций и т.п.
Перечисленные факторы позволяют считать контрольно-измерительный комплекс ДЭЛ-140 высокотехнологичной, надежной и удобной в эксплуатации системой контроля над величиной и динамикой технологических параметров при проведении буровых и ремонтных работ, отвечающей всем современным требованиям.
Александр Лагуткин
121
Руководство по эксплуатации
Глава 5. ИНФОРМАЦИЯ ОБ ОШИБКАХ
Преобразователь.частоты.имеет.развитую.диагностическую.систему,.которая.включа-
ет.несколько.способов.индикации.и.сообщений.о.характере.аварии..Как.только.аварийное.
состояние. обнаружено,. защита. будет. активизирована. и. все. транзисторы. инвертора. за-
крыты,.т..е..двигатель.обесточен..Ниже.описаны.сообщения,.выводимые.на.дисплей.при.
блокировке.преобразователя.по.причине.аварии..Пять.последних.сообщений.могут.быть.
прочитаны.на.цифровом.дисплее.при.просмотре.значений.параметров.6.08.–.6.12.или.по.
RS-485.
.
Примечание.
Подождите.5.сек.и,.если.причины.возникновения.аварии.устранены,.нажмите.кнопку.
RESET. для. сброса. блокировки.. Если. отключение. повторится,. то. свяжитесь. с. Поставщи-
ком.
5.1 Основные проблемы и способы их устранения
Код
Описание аварии
Рекомендации по устранению
Перегрузка по току.
Выходной.ток.(мгновенное.
значение).преобразовате-
ля.превысил.допустимое.
значение.
1..Проверьте,.соответствует.ли.мощность.двигателя.мощности.ПЧ,.
или.лучше,.-.ток.двигателя.току.преобразователя.в.пусковом.и.уста-
новившемся.режимах.
2..Проверьте.кабельные.соединения.U/T1,.V/T2,.W/T3.преобразова-
теля.и.двигателя.на.отсутствие.короткого.замыкания.
3..Проверьте.сопротивления.обмоток.двигателя.на.отсутствие.меж-
витковых.замыканий.и.на.замыканий.землю.
4..Проверьте.надежность.контактов.между.преобразователем.и.дви-
гателем.
5..Увеличьте.время.разгона.(Pr.01.09,.01.11).
6..Проверить,.не.перегружается.ли.двигатель.
7..Если.авария.появляется.после.устранения.короткого.замыкания.
на.выходе.и.выполнения.других.предыдущих.пунктов.или.даже.при.
отключенном.двигателе,.то.обратитесь.к.поставщику.
Перегрузка по напряже-
нию.
Напряжение.в.звене.посто-
янного.тока.преобразова-
теля.превысило.допусти-
мое.значение.
1..Проверьте.напряжение.сети,.–.не.превышает.ли.оно.допустимое.
значение.
2..Проверьте.диапазон.колебания..сетевого.питания..Убедитесь.в.
отсутствии.выбросов.напряжения.сети.
3..Перенапряжение.в.звене.постоянного.тока..может.также.появить-
ся.в.результате.регенеративного.торможения.двигателя..Надлежит.
увеличить.время.торможения.(Pr.01.10,.01.12),.либо.применить.до-
полнительный.резистор.в.цепи.торможения.или.выбрать.метод.тор-
можения.на.свободном.выбеге.(Pr.02.02).
4..Проверьте,.умещается.ли.требуемая.мощность.торможения..в.
установленном.диапазоне.
Тепловая перегрузка.
Датчик.температуры.ради-
атора.зафиксировал.пре-
вышение.допустимой.тем-
пературы.
1..Проверьте,.не.превышает.ли.температура..окружающей..среды.
(непосредственно.вокруг.ПЧ).требуемых..условий..работы.преобра-
зователя.
2..Убедитесь..в.том,.что.вентиляционные.отверстия.не.загрязнены.
3..Проверьте.состояние.рёбер.радиатора.и.в.случае.необходимости.
очистите.от.наличия.посторонних.тел.
4..Проверьте.работу.вентилятора.и.в.случае.необходимости.очисти-
те.его.от.грязи.
5..Обеспечьте.требуемое.охлаждающее.пространство.вокруг.пре-
образователя.
Глава 5. Информация об ошиибках
Назначение
Динамометры электронные ДЭЛ-140 (далее — динамометры) предназначены для измерения и регистрации механических нагрузок (силы натяжения) на канатах спускоподъемных установок.
Описание
Принцип действия динамометров основан на следующем.
Сила натяжения каната, закрепленного с перегибом между роликами в прорезях и дугообразным ложементом в середине датчика нагрузки ДН130, вызывает в его рабочем теле механические деформации, которые с помощью тензометрического моста преобразуются в пропорциональный этим деформациям электрический сигнал с учетом данных калибровки, внесенной в энергонезависимую память микроконтроллера, размещенного в корпусе датчика. Конечный результат измерений преобразуется в цифровой код и передается по линии связи для визуального отображения измеренной информации на модуль индикации МИ-140 (МИ-140С) или дальнейшего использования — на модуль управления МУ-140. Передача измерительной и управляющей информации по кабелю связи осуществляется по интерфейсу RS-485 с использованием стандартного протокола MODBUS.
Динамометры электронные ДЭЛ-140 конструктивно состоят из модуля управления МУ-140, модуля индикации МИ-140 (МИ-140С), датчика нагрузки ДН130 и пульта выносного.
Модификации динамометров отличаются диаметрами каната, на который устанавливаются датчики нагрузки ДН130, где НИИ — наибольший предел измерений (таблица 1):
Таблица 1
|
Диаметр каната, мм |
НИИ датчиков в составе динамометров, кН |
Обозначение модификации датчиков в составе динамометров (указывается на его табличке) |
|
|
1 |
016 |
100 |
«Трос 016 мм» |
|
2 |
018 |
100 |
«Трос 018 мм» |
|
3 |
022 |
200 |
«Трос 022 мм» |
|
4 |
025 |
200 |
«Трос 025 мм» |
|
5 |
028 |
300 |
«Трос 028 мм» |
|
6 |
032 |
300 |
«Трос 032 мм» |
|
7 |
035 |
400 |
«Трос 035 мм» |
|
8 |
038 |
400 |
«Трос 038 мм» |
Модули управления МУ-140 состоят из следующих функциональных узлов:
— цифровой платы с процессором, включающей в себя схемы цифровой и шкальной индикации, клавиатуры, канала связи на базе последовательного интерфейса RS-485, схемы включения аварийного сигнала, схемы автоматического управления яркостью индикаторов;
— платы питания, вырабатывающей напряжения, необходимые для питания приборов в составе динамометров, включающей в себя предохранители, цепи электронной защиты, фильтры питания, непосредственно импульсный блок питания, обеспечивающий гальваническую развязку от входных цепей,
— узла блокировки, включающего в себя электронные ключи включения звуковой сигнализации и управления пневмоклапаном блокировки тормоза лебедки;
— съемного электронного модуля памяти, обеспечивающего регистрацию контролируемых технологических параметров;
— системной Data Flash (так называемым «черным ящиком»);
— модуля передачи данных (по дополнительному заказу).
Модули индикации МИ-140 и МИ-140С имеют корпус коробчатой формы, изготовленный из алюминиевого сплава, который закрывается стеклом с бронирующей пленкой.
Дисплеи модулей индикации МИ-140 (цифровой) выполнены на семисегментных светодиодных матрицах с повышенной светоотдачей.
Модули индикации МИ-140С (стрелочно-цифровой) имеют циферблат со стрелкой, приводимой и управляемой слаботочным шаговым электродвигателем. Показания стрелки дублируются на четырех семисегментных светодиодных матрицах.
Модули индикации МИ-140 и МИ-140С имеют встроенное микропроцессорное управление, цифровой канал RS-485 для связи с модулями управления МУ-140 и схемы стабилизированного питания, искрозащитные цепи на вводе электропитания модулей.
Датчики нагрузки ДН130 состоят из массивного стального корпуса со встроенным тензорезисторным мостом, источника опорного напряжения, микроконтроллера, преобразователя величины измеренного значения натяжения каната из аналогового электрического сигнала в цифровой код для передачи по линии связи или дальнейшего использования в системе автоматизированного управления технологическим процессом.
Пульт выносной имеет корпус из прочной пластмассы с двумя кнопками переключения возможных рабочих режимов. С помощью кабеля связи пульт выносной функционально соединяется с модулем индикации МИ-140С.
Приборы в составе динамометров электронных ДЭЛ-140 имеют исполнение, обеспечивающее уровень и вид взрывозащиты по ГОСТ 12.2.020-76, ГОСТ Р 51330.0-99:
— модули управления МУ -140 [Exib] ПВ;
— датчики нагрузки ДН130 1ExibIIBT3;
— модули индикации МИ-140 и МИ-140С 1ExibIIBT3
Фотография общего вида динамометров приведена на фото 1.
Программное обеспечение
Описание
1) ПО микроконтроллера датчика нагрузки ДН130. Данное ПО является встроенным. Выполняет следующие функции:
— инициализация периферийных модулей, расположенных на кристалле микроконтроллера (АЦП, ЦАП, интерфейс RS-485);
— измерение сигналов тензометрического моста;
— преобразование сигналов АЦП в стандартные единицы измерений Н (ньютон) и сохранение результата;
— обработка сообщений протокола MODBUS RTU/ASCII;
— вычисление и сохранение контрольной суммы исполняемого кода;
— сохранение и защита от изменения калибровочных данных в энергонезависимой памяти микроконтроллера.
2) ПО модуля управления МУ-140. Данное ПО является встроенным. Выполняет следующие функции:
— считывание данных с датчика нагрузки ДН130 по протоколу MODBUS;
— хранение результатов измерений в энергонезависимой памяти;
— отображение результатов измерения на выносном индикаторе;
— передачу сохранённых данных по каналам GPRS, Ethernet посредством протокола
TCP/IP.
3) ПО «Система отчетов о результатах измерений». Данное ПО работает под управлением операционной системы Windows на базе персонального компьютера. Выполняет следующие функции:
— накопление информации по измерениям, бригадам, приборам в базе данных (далее
— БД);
— создание/восстановление резервных копий БД;
— сохранение информации в нескольких БД;
— обмен измерениями между программами «подразделение» и «центр»;
— получение данных сохраненных в модуле управления МУ-140;
— графическое представление сохраненных данных;
— создание и печать отчетов.
_Идентификационные данные программного обеспечения:_
|
Наименование программного обеспечения |
Идентификационное наименование программного обеспечения |
Номер версии (идентификационный номер) программного обеспечения |
Цифровой идентификатор программного обеспечения (контрольная сумма исполняемого кода) |
Алгоритм вычисления цифрового идентификатора программного обеспечения |
|
Программное обеспечение микроконтроллера датчика нагрузки ДН130 |
DN_130 |
3.20 |
СА25 |
CRC16 |
|
Программное обеспечение модуля управления МУ-140 |
DL104 slave.bin |
7.15 |
BC62 |
CRC16 |
|
Программное обеспечение «Система отчетов о результатах измерений» |
Система отчетов о результатах измерений |
004 — 3.3.1.39 |
53b97575268eea4fd 47f46db3b2f3ace |
MD5 |
|
005 — 4.14.1.213 |
554457b693dc0e41f f6d808d67984b9d |
Влияние программного обеспечения на метрологические характеристики СИ:
— дополнительная погрешность, вносимая ПО, составляет 5=0,098 %.
Уровень защиты программного обеспечения от непреднамеренных и преднамеренных изменений в соответствии с МИ 3286-2010 — С.
Технические характеристики
Диапазон измеряемых усилий натяжения каната динамометра (с учетом коэффициента талевой системы спускоподъемной установки), кН: 0 — 7200
Коэффициент талевой системы (N), устанавливаемый в модуле управления МУ-140, соответствующий параметрам спускоподъемной установки: 1,2,4,6,8,10,12,14, 16,18
Диаметр каната, мм: 16-38
Предел допускаемой приведенной погрешности измерения нагрузки (силы натяжения), в % от НПИ: ±3,0
Порог реагирования, кН, не более: 1
Цена деления выдаваемого в цифровом коде для индикации величины нагрузки (силы натяжения), кН: 1
Разрядность величин, выдаваемых в цифровом коде по стандартному интерфейсу RS-485, единиц: 4
Предельно допустимая величина нагрузки (силы натяжения), после снятия которой сохраняются метрологические характеристики динамометров, в % от НПИ: 120 Емкость модуля памяти, Мб: 1024
Параметры электрического питания динамометров:
— напряжение постоянного тока, В: 23…27
— максимальная потребляемая мощность, Вт, не более: 9 Диапазон рабочих температур, °С: от минус 40 до +50 Относительная влажность воздуха при +35 °С, %, не более: 98 Максимальная длина универсальной линии связи приборов в составе динамометров,
м, не более: 50
Габаритные размеры приборов в составе динамометров представлены в таблице 2.
Таблица 2
|
Приборы в составе динамометра |
Длина, мм, не более |
Ширина, мм, не более |
Высота, мм, не более |
|
Модуль управления МУ-140 |
362 |
260 |
130 |
|
Модуль индикации МИ-140 |
257 |
204 |
153 |
|
Модуль индикации МИ-140С |
400 |
320 |
180 |
|
Датчик нагрузки ДН130 |
540 |
101 |
135 |
|
Пульт выносной |
210 |
57 |
65 |
Масса приборов в составе динамометров представлена в таблице 3.
Таблица 3
|
Приборы в составе динамометра |
Масса, кг, не более |
|
Модуль управления МУ-140 |
7,5 |
|
Модуль индикации МИ-140 |
2,6 |
|
Модуль индикации МИ-140С |
6,5 |
|
Датчик нагрузки ДН130 |
15,5 |
|
Пульт выносной |
2,6 |
Динамометры в упаковке для транспортирования должны выдерживать без повреждения:
— тряску с ускорением 30 м/с при частоте ударов от 10 до 120 ударов в минуту;
— температуру от минус 50 до плюс 50 °С;
— относительную влажность (95±3) % при температуре 35 °С.
Вероятность безотказной работы за 10000 час: 0,95
Полный средний срок службы, лет: 8
По устойчивости к климатическим воздействиям приборы в составе динамометров соответствуют исполнению УХЛ по ГОСТ 15150 (Д3 по ГОСТ 52931-2008).
Наружная оболочка приборов в составе динамометров обеспечивает степень защиты по ГОСТ 14254, не ниже IP54.
Знак утверждения типа
Знак утверждения типа наносится на титульный лист эксплуатационной документации и на табличку модулей управления МУ-140 в составе динамометров электронных ДЭЛ-140, расположенных на их корпусе.
Способ нанесения знака утверждения типа на эксплуатационную документацию -типографский, на табличку модулей управления МУ-140 — фотохимическое печатание (штемпелевание) или другим способом.
Комплектность
В комплект поставки динамометров входят:
— модуль управления МУ-140;
— модуль индикации МИ-140 или МИ-140С — по специальному заказу;
— датчик нагрузки ДН130;
— кабель связи универсальный (количество и длина — по специальному заказу);
— пульт выносной;
— паспорт;
— формуляр;
— руководство по эксплуатации;
— методика поверки;
— блок автономного источника постоянного электрического тока питания — по специальному заказу;
— программное обеспечение «Система отчетов о результатах измерений»;
— тара упаковочная.
Поверка
осуществляется по методике «Рекомендация. ГСИ. Динамометры электронные ДЭЛ-140. Методика поверки ПЛА140.000.100.100МП», утвержденной ГЦИ СИ ФБУ «Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Республике Татарстан» 29 марта 2012 года.
Перечень основных средств поверки (эталонов), применяемых для поверки динамометров электронных ДЭЛ-140:
— машина эталонная силозадающая универсальная МЭС-500У с приведенной погрешностью ± 0,025 %.
Сведения о методах измерений
Методы измерений содержатся в руководстве по эксплуатации ПЛА140.000.100.100РЭ.
Нормативные и технические документы
1 ГОСТ Р 52931-2008 «Приборы контроля и регулирования технологических процессов. Общие технические условия».
2 ГОСТ Р 8.663-2009 «Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений силы».
3 Технические условия ТУ 4389-002-56347017-2012 «Динамометры электронные ДЭЛ-140».
Рекомендации к применению
Осуществление производственного контроля за соблюдением установленных законодательством Российской Федерации требований промышленной безопасности к эксплуатации опасного производственного объекта
Задачи контроля параметров скважины при бурении и ремонте, необходимого для обеспечения технологичности и безопасности проводимых работ, решают сравнительно недорогие контрольно-измерительные комплексы, устанавливаемые, как на стационарные буровые станки, так и на самоходные подъёмные установки. Электронно-измерительные комплексы такого типа не требуют постоянного присутствия квалифицированного персонала. К ним относится разработанный и производимый научно-производственным предприятием «Петролайн-А» контрольно-измерительный комплекс ДЭЛ-140 (далее «ДЭЛ-140»), предназначенный для измерения и визуального отображения основных технологических параметров при бурении и ремонте скважин. С 2000 года ДЭЛ-140 модернизировался и дорабатывался в соответствии с пожеланиями и рекомендациями заказчиков. В настоящее время различные версии ДЭЛ-140 эксплуатируются во всех нефтедобывающих регионах России, в Казахстане, Узбекистане и Белоруссии, показывая высокую надежность и удобство при эксплуатации.
У ДЭЛ-140 есть ряд преимуществ перед аналогичными контрольно-измерительными комплексами.
Одно из них – это датчик нагрузки на канате с новой конструктивной схемой – ДН130.
В основном в системах измерения веса на крюке грузоподъёмного механизма используются датчики, устанавливаемые посредством винтовых соединений на неподвижный конец каната талевой системы, прогибая его. Нагруженный канат распрямляется, воздействуя на датчик в трех жесткофиксированных точках – т. н. трехточечная схема. Пропорционально нагрузке на канате изменяется прогиб датчика, что приводит к изменению сигнала с тензопреобразователей. Но в силу того, что в измерении задействована система канат-датчик, при каждом изменении положения датчика на том же канате (переустановке) положение точек взаимодействия между канатом и датчиком изменяется по причине неравномерности диаметра каната в различных местах витых прядей. Это приводит к увеличению погрешности измерения относительно определенной при калибровке. Дополнительное увеличение погрешности вносит крепление датчика посредством скоб на винтовых соединениях. При переустановке датчика с винтовыми креплениями на канате невозможно повторить геометрию точек взаимодействия, при которой были занесены данные в память датчика при калибровке. Поэтому для датчиков с жесткой трехточечной схемой смещение датчика вдоль каната или поворот его относительно оси каната приводит к значительному увеличению погрешности, т. н. погрешность переустановки. Кроме этого, диаметр каната подъёмного механизма по причине износа также не совпадает с диаметром каната, на котором датчик калибровался,и это приводит к дополнительному увеличению погрешности измерения нагрузки.
В результате общая, от указанных выше причин, погрешность измерений веса на крюке буровой установки может значительно превышать заявленную при калибровке. При больших весовых нагрузках на крюке, с учетом коэффициента талевой системы (8–12), расхождения в показаниях приборов с реальной нагрузкой могут достигать десятков тНс, что, естественно, резко снижает безопасность работ и вносит неопределенность в технологию их проведения.
Для уменьшения погрешности при измерении нагрузок на крюке грузоподъёмного механизма в контрольно-измерительном комплексе ДЭЛ-140 разработан датчик нагрузки ДН130, который имеет другую конструктивную схему. Оригинальная конструкция ДН130 позволяет значительно повысить точность измерения весовой нагрузки на крюке грузоподъёмного механизма по сравнению с другими датчиками.
В ДН130 воздействие на среднюю опорную часть датчика распределено по дугообразному ложементу. Это позволяет сохранить соотношение сил при установке датчика на рабочий канат подъемника, близкое к тому, что было при калибровке.
В ДН130 отсутствуют винтовые соединения в элементах крепления, что исключает неопределенность при его установке, при этом полностью повторяется геометрия положения мест взаимодействия датчика с канатом, имевшее место при калибровке.
ДН130 допускает несовпадение до 1–2 мм диаметра калибровочного и рабочего канатов на подъёмной установке без заметного увеличения погрешности измерений.
Особенностью ДН130 является то, что при увеличении нагрузки на канате погрешность измерения составляет не более 1%, а при уменьшении нагрузки наблюдается небольшой гистерезис, проявляющийся в запаздывании уменьшения показаний. Это происходит по причине задержки соскальзывания волокон каната с поверхности ложемента при уменьшении нагрузки на канате. Погрешность при уменьшении нагрузки может достигать 2-2,5%. ДН-130 внесен в Государственный реестр средств измерений под № 32522-06 и защищен патентом №77426 от 19.03.08 г.
Благодаря применению датчика ДН130 в ДЭЛ-140 стало возможным измерение нагрузки на крюке до 500 тНс с точностью, обеспечивающей безопасность и технологичность работ.
Также ДН130 калибруется без привязки к контроллеру, так как является отдельным измерительным прибором, включающим в себя всю измерительную цепочку и выдающим результат измерений в цифровой форме по стандартному протоколу. Цифровой канал связи датчика с контроллером выбран не случайно. При включении комплекса ДЭЛ-140, датчик инициализируется и сообщает контроллеру свой заводской номер, дату последней калибровки. И все полученные от датчика данные идентифицируются. При разрешении спорных, аварийных ситуаций эти данные в отчетах жестко привязаны к конкретному датчику. В случае, когда применяется аналоговый датчик (4-20 мА), утверждать, что именно этот датчик производил измерения. Соответственно достоверность графиков измерений можно оспорить.
Кроме этого, в ДЭЛ-140 применен оригинальный датчик крутящего момента и количества оборотов на роторе буровой установки – ДКМ-140. Датчик ДКМ-140 предназначен для буровых установок с карданным приводом на редуктор ротора. Устанавливается ДКМ-140 между фланцем редуктора ротора и фланцем приводного карданного вала с помощью болтового соединения. Карданный вал при этом укорачивается на длину ДКМ-140. В датчике нет вращающихся частей. Он полностью автономен. Данные о величине крутящего момента и количестве оборотов передаются в контроллер по радиоканалу.
ДКМ-140 позволяет измерять передаваемый через карданный вал крутящий момент с погрешностью не более 1,5%. В контроллер ДЭЛ-140 вводится коэффициент передаточного числа редуктора. На отдельном выносном табло отображаются величины крутящего момента и оборотов ротора в минуту.
ДКМ-140 показал высокую надежность при эксплуатации, как на стационарных буровых станках, так и на мобильных установках КРС.
ДКМ-140, как и остальные приборы в составе контрольно-измерительного комплекса ДЭЛ-140, имеет взрывозащищенное исполнение и соответствующую маркировку.
Помимо ДКМ-140, комплекс ДЭЛ-140 может комплектоваться датчиком момента для установок с цепным приводом. Особенность данного датчика в том, что вместо опорного ролика в нем применена звездочка. Это значительно увеличивает ресурс работы, как самого датчика, так и приводной цепи ротора.
В комплектации ДЭЛ-140 предусмотрен также вариант надежной измерительной системы для контроля над величиной крутящего момента с датчиком под опорой вала цепного привода буровых установок.
Контрольно-измерительный комплекс ДЭЛ-140 последней версии позволяет измерять, отображать и регистрировать до 13-ти технологических параметров при бурении и ремонте скважин:
– нагрузку на крюке подъёмной установки;
– нагрузку на буровой инструмент;
– крутящий момент на роторе;
– обороты стола ротора;
– крутящий момент при свинчивании труб;*
– давление ПЖ на входе (манифольде);
– скорость талевого блока;
– положение талевого блока над столом;
– уровень ПЖ в емкостях;**
– индикацию выхода ПЖ;
– обороты вала бурового насоса (расход ПЖ на входе);
– концентрацию опасных газов в рабочей зоне.**
*Предлагается три типа датчиков для ключей различных конструкций. Для контроля величины момента при свинчивании труб возможна комплектация отдельным выносным цифровым табло для оператора ГКШ.
**При подключении соответствующих датчиков с токовым 4-20мА выходом. (расходомеры ПЖ, газоанализаторы и др.)
По основным контролируемым параметрам вводятся предельные значения, при превышении которых подается звуковой сигнал и команда на блокировку тормоза лебёдки.
Все данные о величине и динамике контролируемых параметров регистрируются в съёмном модуле памяти контроллера, затем с заданной периодичностью или в режиме «on-line» передаются по каналу GPRS (GSM) на компьютер диспетчера, где обрабатываются специальной программой верхнего уровня . Эта программа создает базу данных по всем контролируемым параметрам, формирует отчеты и графики о проделанной работе на скважине и в бригаде.
Параллельно данные с ДЭЛ-140 по радиоканалу могут передаваться на ПК на рабочем месте мастера, где программа верхнего уровня, помимо перечисленных функций, позволяет осуществлять визуальный контроль над величиной контролируемых параметров на дисплее ПК в режиме «on-line».
Для эксплуатации в районах, где нет GSM связи, в ДЭЛ-140 предусмотрен съёмный модуль памяти объёмом до 1ГБ, в котором данные накапливаются и затем переносятся через специальный интерфейс в ПК диспетчера.
В контроллере ДЭЛ-140 предусмотрена резервная память – «черный ящик». В неё, кроме основной памяти и передачи данных по радиоканалу, записываются и сохраняются данные по контролируемым параметрам за последние несколько дней. Данные из резервной памяти можно использовать при утере основного съёмного модуля памяти, разборе аварийных ситуаций и т.п.
Перечисленные факторы позволяют считать контрольно-измерительный комплекс ДЭЛ-140 высокотехнологичной, надежной и удобной в эксплуатации системой контроля над величиной и динамикой технологических параметров при проведении буровых и ремонтных работ, отвечающей всем современным требованиям.
Статья «Контроль бурения скважин» опубликована в журнале «Neftegaz.RU» (№6, 2013)