DE4244732C2

DE4244732C2 - Method for controlling a rope-driven hoist

Info

Publication number: DE4244732C2
Application number: DE4244732A
Authority: DE
Inventors: Helmut Schulte-Landwehr; Dieter Bosse; Helmut Kernebek
Original assignee: Deutag Deutsche Tiefbohr AG
Current assignee: Bentec Drilling and Oilfield Systems GmbH
Priority date: 1992-12-09
Filing date: 1992-12-09
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: FR2698857A1; GB9325140D0; FR2698857B1; GB2273278A; GB2273278B; NO934479D0; NL9302152A; DE4244732A1; NO934479L

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines seilgetriebenen Hebezeuges an einem Bohrturm gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for controlling a rope-driven hoist on a derrick according to the generic term of claim 1.

Bei seilgetriebenen Hebezeugen wird wenigstens eine motorgetriebene Seilrolle verwendet. Das Seil läuft häufig über wenigstens eine Umlenkrolle und/oder über Flaschenzüge und am Seilende befindet sich eine Halterungsvorrichtung, im einfachsten Fall ein Kranhaken. Die mit der Halterungsvorrichtung, an der sich die zu hebende Last befindet, anzufahrenden Aufnahme- bzw. Abgabestationen für die Last sind oft von der Steuerungseinrichtung für die motorgetriebene Seilrolle räumlich stark getrennt. Eine genaue Ansteuerung von Positionen für die Last entlang des Fahrweges ist daher oftmals äußerst schwierig.With rope-driven hoists at least one motorized pulley used. The rope is running often via at least one pulley and / or Pulleys and at the end of the rope there is one Bracket device, in the simplest case a crane hook. The with the bracket to which the lifting load is to be approached Delivery stations for the load are often from the Control device for the motor-driven pulley spatially separated. A precise control of Positions for the load along the route is therefore often extremely difficult.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann eingesetzt werden bei seilgetriebenen Hebezeugen, wie sie an Bohreinrichtungen z. B. für Bohrungen nach Erdöl oder Erdgas verwendet werden. Hierbei muß der aus zahlreichen Rohrstücken bestehende Bohrstrang im Zuge der Bohrung zusammengesetzt oder auseinandergenommen werden, wenn z. B. der Bohrstrang zum Auswechseln des Meißels aus dem Bohrloch heraufgezogen werden muß. Hierzu muß das Hebezeug zwischen einer unteren Position im Bereich der Bohrplattform und einer oberen Position im Bereich der oberen Arbeitsbühne periodisch hin- und hergefahren werden. Unter den erschwerten Bedingungen einer Bohrung wie Schichtbetrieb und klimatisch ungünstige Verhältnisse werden die gewünschten Positionen oft nicht genügend genau angefahren. Ein zu weites überfahren der Positionen kann zu schweren Beschädigungen von Bohrturm oder Bohrplattform führen. Es kommt daher darauf an, die gewünschten Positionen am Fahrweg möglichst automatisch anzusteuern bzw. rechtzeitig vor Erreichen der gewünschten Position die Antriebseinrichtung kontrolliert abzubremsen.The method according to the invention can are used with rope-driven hoists like the one they are used for on drilling equipment e.g. B. for drilling for petroleum or Natural gas can be used. Here, the must from numerous Existing drill string in the course of the drilling be assembled or disassembled if e.g. B. the drill string for replacing the chisel from the Borehole must be pulled up. To do this, the Hoist between a lower position in the area of the Drilling platform and an upper position in the area of Periodically move the upper work platform back and forth will. Under the difficult conditions of drilling such as shift operation and climatically unfavorable conditions the desired positions are often not sufficient approached exactly. Exceeding the positions too far can cause serious damage to the derrick or Lead drilling platform. It is therefore important that desired positions on the route as automatically as possible to control or in good time before reaching the desired position controls the drive device slow down.

Aus dem Stand der Technik sind keine Einrichtungen bekannt, mit dem dies erreicht werden könnte. In US 4,616,321 wird eine Beobachtungseinrichtung für einen Bohrturm beschrieben, bei der an der Turmrolle Einrichtungen zur Bestimmung der Bohrtiefe angeordnet sind. Es sind außerdem ein Gewichtssensor an der motorgetriebenen Seilrolle (Totseilanker) und ein Detektor unterhalb der Turmrolle angeordnet. Mit diesen Einrichtungen wird ein Signal gegeben, wenn die bewegliche Seilrolle des Flaschenzuges in den Bereich der Turmrolle gelangt. Der an der Turmrolle angebrachte Sensor ermöglicht auf Grund des immer vorhandenen Schlupfes nicht eine genaue Ansteuerung von Positionen entlang des Fahrweges. Auch die untere Anfahrposition im Bereich der Bohrplattform kann nicht detektiert werden. Schließlich fehlt es an einer kontrolliert ausgelösten Bremsung.There are no facilities from the prior art known with which this could be achieved. In US 4,616,321 is an observation device for a Drilling rig described in the case of the tower roll Devices for determining the drilling depth arranged are. There is also a weight sensor on the motor-driven pulley (dead rope anchor) and a Detector arranged below the tower roller. With these A signal is given when the facilities moving pulley of the pulley in the area of Tower roll arrives. The one attached to the tower roller Sensor enables due to the always existing Slip does not exactly control positions along the driveway. The lower approach position in The area of the drilling platform cannot be detected. After all, there is no controlled release Braking.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der genannten Gattung zur Steuerung eines seilgetriebenen Hebezeuges anzugeben, mit dem entlang des Fahrweges gewünschte Positionen in sicherer Weise automatisch angefahren werden können.The object of the invention is a method of the type mentioned Specify control of a rope-driven hoist with the desired positions along the route in can be started automatically in a safe manner.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1.The object is achieved by a method according to Claim 1.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein für die Position des Hebezeuges entlang des Fahrweges repräsentatives Meßsignal gewonnen wird. Anstelle des Hebezeuges kann auch eine andere Einrichtung am bewegten Seilende als Bezugspunkt genommen werden. Es ist ferner vorgesehen, das Gewicht am Hebezeug zu registrieren. Aus dem für die Position des Hebezeuges repräsentativen Signal, das während der Bewegung des Hebezeuges jederzeit oder zumindest bei Verwendung digitaler Signale in zeitlich sehr kurzen Abständen vorliegt, werden erfindungsgemäß zunächst die gewünschten Positionen nacheinander angefahren. Bei jeder Position wird der zu der Position gehörende Meßwert abgespeichert. Sodann wird mittels Bremsproben entlang des Fahrweges für wenigstens zwei Umdrehungsgeschwindigkeiten der angetriebenen Seilrolle der Bremsweg bestimmt. Aus den Bremsproben wird die Abhängigkeit des Bremsweges von der Drehzahl der motorgetriebenen Rolle festgelegt. Im Fahrbetrieb ist dann jederzeit die Position des Halterungselementes und die Drehzahl der motorgetriebenen Seilrolle sowie der dazugehörige erforderliche Bremsweg bekannt. Der Bremsweg kann dann auch bei veränderlichen Drehzahlen vor Erreichen der gewünschten Positionen vorgehalten werden. Hierzu wird für die automatische Fahrweise die Bremseinrichtung rechtzeitig vor Erreichen der gewünschten Positionen aktiviert. Da der bei der jeweiligen Umdrehungszahl notwendige Bremsweg bekannt ist, kann die Bremsung so gesteuert werden, daß das Halterungselement an der gewünschten Position anhält. Soweit drehzahlabhängige Bremseinrichtungen, wie z. B. Wirbelstrombremsen, zum Einsatz kommen, können zusätzliche Bremseinrichtungen, z. B. Scheiben- oder Trommelbremsen, anschließend aktiviert werden. Letztere können bei Ausfall der Wirbelstrombremse auch unmittelbar zum Abbremsen aktiviert werden.The object is achieved in that a for the position of the hoist along the route representative measurement signal is obtained. Instead of Hoist can also be moved to another device End of rope can be used as a reference point. It is further provided to register the weight on the hoist. Out representative of the position of the hoist Signal that at any time during the movement of the hoist or at least when using digital signals in there are very short intervals According to the invention, the desired positions first started one after the other. For each position, the becomes the measured value belonging to the position is saved. Then will using brake tests along the route for at least two speeds of rotation of the driven Rope pulley determines the braking distance. The brake tests become the dependence of the braking distance on the speed of the motorized role set. While driving then at any time the position of the mounting element and the speed of the motor-driven pulley and the associated required braking distance known. The braking distance can also be used at variable speeds Reach the desired positions. For this, the automatic driving style Braking device in good time before reaching the desired positions activated. Because of the the necessary number of revolutions necessary braking distance known is the braking can be controlled so that the Holding element stops at the desired position. As far as speed-dependent braking devices such. B. Eddy current brakes can be used additional braking devices, e.g. B. disc or Drum brakes, then be activated. Latter can also immediately if the eddy current brake fails activated for braking.

Anhand der beigefügten Abbildung werden Vorrichtung und Verfahren in einem Ausführungsbeispiel für eine Bohranlage erläutert. Using the attached figure, the device and Method in an embodiment for a Drilling rig explained.

An einem Bohrturm 1 mit einem Seilzug, an dem ein Halterungselement 13 angebracht ist, sollen die gewünschten Positionen 11 und 12 angefahren werden. Position 11 entspricht der oberen Arbeitsbühne. Position 12 entspricht dem erforderlichen Abstand über der Bohrplattform. Zur Steuerung der Bohranlage einschließlich der motorgetriebenen Rolle 5 ist eine Steuerungseinrichtung 2 mit Fahrhebel für den Aufzug vorgesehen. Mittels eines Betriebsartenwahlschalters 3 können die erforderlichen Verfahrensschritte, wie Einlesen von oberer und unterer Position, Automatikbetrieb oder Handbetrieb in Verbindung mit der vorgesehenen Einrichtung zur Aufnahme, Verarbeitung und Speicherung von Meßwerten 4 vorgenommen werden. An der motorgetriebenen Rolle sind die Motore 9, dargestellt mit angedeuteten Steuerungsleitungen, angeordnet. Es ist außerdem eine Bremseinrichtung 8 vorgesehen. Die Bremseinrichtung 8 besteht vorzugsweise aus einer Wirbelstrombremse, kann aber auch weitere, insbesondere mechanische Bremsen enthalten. An der Seilrolle 5 sind Meßwertaufnehmer 6 und 7 angeordnet. Mit den Meßwertaufnehmern 6 und 7 wird die Drehung der Seilrolle 5 registriert. Die Aufnehmer 6 und 7 können wie dargestellt an einem Abgriff der Achse der Bremse 8 angeordnet sein. Die Einrichtung zur Aufnahme, Verarbeitung und Registrierung der Meßwerte 4 ist mit der Einrichtung 10 zur Aktivierung der Bremseinrichtung 8 verbunden.The desired positions 11 and 12 are to be approached on a drilling rig 1 with a cable pull, to which a holding element 13 is attached. Position 11 corresponds to the upper work platform. Position 12 corresponds to the required distance above the drilling platform. To control the drilling system including the motor-driven roller 5 , a control device 2 with a driving lever for the elevator is provided. By means of an operating mode selector switch 3 , the necessary procedural steps, such as reading in the upper and lower position, automatic mode or manual mode, can be carried out in connection with the device provided for recording, processing and storing measured values 4 . The motors 9 , shown with indicated control lines, are arranged on the motor-driven roller. A braking device 8 is also provided. The braking device 8 preferably consists of an eddy current brake, but can also contain further, in particular mechanical, brakes. Transducers 6 and 7 are arranged on the pulley 5 . With the transducers 6 and 7 , the rotation of the pulley 5 is registered. As shown, the sensors 6 and 7 can be arranged on a tap of the axis of the brake 8 . The device for recording, processing and registering the measured values 4 is connected to the device 10 for activating the braking device 8 .

Zur Steuerung des seilgetriebenen Hebezeuges, bestehend aus der motorgetriebenen Seilrolle 5, der Turmrolle 14, dem Halterungselement 13, hier zusammen mit der beweglichen Rolle des Flaschenzuges dargestellt, in Verbindung mit einer Meßeinrichtung zur Bestimmung der Gewichtsbelastung, welche üblicherweise an der Seilrolle 5 angebracht ist, eine Meßeinrichtung zur Kontrolle von Positionen auf dem Fahrweg sowie eine Meßwertverarbeitungs- und Steuerungseinheit vorgesehen. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die Meßeinrichtungen 6 und 7 zum kontrollierten Anfahren der gewünschten Positionen 11 und 12 unmittelbar an der motorgetriebenen Seilrolle 5 angeordnet sein sollen.To control the cable-driven hoist, consisting of the motor-driven pulley 5 , the tower pulley 14 , the mounting element 13 , shown here together with the movable pulley of the pulley, in connection with a measuring device for determining the weight load, which is usually attached to the pulley 5 , a measuring device for checking positions on the route and a measured value processing and control unit are provided. Surprisingly, it has been shown that the measuring devices 6 and 7 for the controlled approach to the desired positions 11 and 12 should be arranged directly on the motor-driven pulley 5 .

Vorteilhafterweise können die Meßeinrichtungen 6 und 7 zur Kontrolle von Positionen 11 und 12 am Fahrweg als Umdrehungsmesser ausgebildet sein. Als solche werden bevorzugt Absolutwertgeber verwendet. Hierbei handelt es sich z. B. um Potentiometer, mit denen beispielsweise die Messung von bis zu 1024 Umdrehungen möglich ist. Die Verwendung anderer Absolutwertgeber, z. B. mit kodierten Scheiben, ist ebenfalls möglich. Aus Sicherheitsgründen wird bevorzugt, zusätzlich zum Absolutwertgeber 6 ein Inkrementalwertgeber 7 vorgesehen. Meßsignale beider Meßwertaufnehmer können zur Sicherheit miteinander verglichen werden und bei Abweichen der Meßwerte können zusätzlich Sicherheitsmaßnahmen eingreifen.The measuring devices 6 and 7 for checking positions 11 and 12 on the travel path can advantageously be designed as a rev counter. Absolute encoders are preferably used as such. This is e.g. B. around potentiometers with which, for example, the measurement of up to 1024 revolutions is possible. The use of other absolute encoders, e.g. B. with coded disks is also possible. For safety reasons, an incremental value transmitter 7 is preferred in addition to the absolute value transmitter 6 . Measured signals from both sensors can be compared with each other for safety and if the measured values deviate, additional safety measures can be taken.

Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Steuerung wird im wesentlichen die Position des Halterungselementes 13 registriert. Außerdem wird das Gewicht gemessen. Beim Verfahren des Halterungselementes 13 mittels der motorgetriebenen Seilrolle 5 wird unter Vorhaltung des erforderlichen Bremsweges bei Erreichen bestimmter Positionen die Bremseinrichtung 8 aktiviert. Diese bestimmten Positionen liegen innerhalb des durch die Positionen 11 und 12 definierten Arbeitsbereiches. Sie werden automatisch von der Steuerung in Abhängigkeit von der Drehzahl der Seilrolle so gewählt, daß bei der jeweiligen Drehzahl die anzufahrende Position 11 bzw. 12 nach Aktivierung der Bremseinrichtung erreicht wird. Die Positionen 11 und 12 werden zunächst im Handbetrieb angefahren. Es werden die zugehörigen Meßwerte des Absolutwertgebers 6 in der Einrichtung 4 gespeichert. Bereits beim Fahren von der einen Position zur anderen können nach einer bevorzugten Betriebsart automatisch von der Einrichtung 4 zwei verschiedene Umdrehungsgeschwindigkeiten der motorgetriebenen Seilrolle 5 eingestellt werden. Die Einrichtung 4 aktiviert dann in diesem Programm die Auslösung der Bremseinrichtung mittels der Einrichtung 10 zur Aktivierung der Bremse 8. Für die beiden gewählten Umdrehungsgeschwindigkeiten, z. B. 150 und 250 UPM wird durch Registrierung der Umdrehungen der Seilrolle 5 in der Verarbeitungseinrichtung 4 der erforderliche Bremsweg gemessen. Der Bremsweg hängt in nicht linearer Weise von der Umdrehungsgeschwindigkeit ab. Diese Abhängigkeit ist insbesondere parabelförmig, wobei die Steigung der Parabel je nach Bremsleistung variieren kann. Durch die Bremsproben wird aus der Schar der möglichen Parabeln die für den aktuellen Zustand der Anlage maßgebende Kurve festgelegt. Da sich mit zunehmender Gewichtsbelastung die Parabel in Richtung der Ordinate verschiebt, können weitere Bremsproben automatisch bei zunehmender Gewichtsbelastung vorgenommen werden. Dies kann beispielsweise bei 20, 40, 60 und 80% der zulässigen Gesamtbelastung des Aufzuges erfolgen. Zusätzlich kann vorgesehen sein, in regelmäßigen Abständen auch unter Beobachtung jedes einzelnen Bremsvorganges während der automatischen Fahrweise Veränderungen des Bremsweges, z. B. durch Alterung der Bremse, automatisch zu korrigieren.When the control according to the invention is in operation, the position of the holding element 13 is essentially registered. The weight is also measured. When the mounting element 13 is moved by means of the motor-driven pulley 5 , the braking device 8 is activated while maintaining the required braking distance when certain positions are reached. These specific positions are within the working range defined by positions 11 and 12 . They are automatically selected by the control as a function of the speed of the rope pulley so that the position 11 or 12 to be approached is reached at the respective speed after activation of the braking device. Positions 11 and 12 are first approached in manual mode. The associated measured values of the absolute encoder 6 are stored in the device 4 . Already when driving from one position to another, according to a preferred operating mode, the device 4 can automatically set two different speeds of rotation of the motor-driven pulley 5 . The device 4 then activates the triggering of the braking device in this program by means of the device 10 for activating the brake 8 . For the two selected speeds of rotation, e.g. B. 150 and 250 RPM, the required braking distance is measured by registering the revolutions of the rope pulley 5 in the processing device 4 . The braking distance depends in a non-linear manner on the speed of rotation. This dependency is parabolic in particular, whereby the slope of the parabola can vary depending on the braking power. The brake tests determine the curve that is relevant for the current state of the system from the family of possible parabolas. Since the parabola shifts in the direction of the ordinate with increasing weight load, further brake tests can be carried out automatically with increasing weight load. This can take place, for example, at 20, 40, 60 and 80% of the permissible total load on the elevator. In addition, it can be provided that the braking distance, e.g. B. by aging of the brake to correct automatically.

Aus dem über den Meßwert des Absolutwertgebers 6 bei jeder Umdrehungsgeschwindigkeit bekannten Bremsweg und der gleichfalls aus dem Meßwert des Absolutwertgebers 6 bekannten Position des Halterungselementes 13 kann durch die Meßwertverarbeitungseinrichtung 4, in der diese Meßwerte vorliegen, die Bremseinrichtung 8 über die Aktivierungseinrichtung 10 angesteuert werden. Da hierbei der Bremsweg vorgehalten wird, kommt das Halterungselement 13 an den gewünschten Positionen 11 bzw. 12 zum Stillstand. Um das Halterungselement 13 an den Positionen 11 und 12 zu fixieren, können zusätzliche Bremseinrichtungen, die auch als Notbremsen verwendet werden können, vorgesehen sein.From the above the measured value of the absolute encoder 6 known for each revolution speed braking distances and also from the measured value of the absolute encoder 6 known position of the holding element 13 can be obtained by the measurement processing 4, in which these measured values are available, the braking device are driven 8 via the activation means 10th Since the braking distance is maintained here, the holding element 13 comes to a standstill at the desired positions 11 and 12 . In order to fix the holding element 13 at the positions 11 and 12 , additional braking devices, which can also be used as emergency brakes, can be provided.

Der Absolutwertgeber wird so installiert, daß die anzufahrenden Positionen immer in seinem Arbeitsbereich liegen. Bei erneuter Auflegung des Seils, z. B. wenn das Seil geschnitten werden muß, oder bei Änderungen der Einscherung, z. B. von 5 auf 10 Windungen am Flaschenzug, werden die Positionen 11 und 12 einmalig neu angefahren und die neuen zugehörigen Meßwerte des Absolutwertgebers registriert. Bevorzugt erfolgt dann auch automatisch die erneute Kalibrierung des Bremsweges.The absolute encoder is installed so that the positions to be approached are always in its working area. When re-hanging the rope, e.g. B. if the rope has to be cut, or in the event of changes in reeving, e.g. B. from 5 to 10 turns on the block and tackle, positions 11 and 12 are moved to once and the new associated measured values of the absolute encoder are registered. The braking distance is then also automatically calibrated again.

Claims

1. A method for controlling a rope-driven hoist on a derrick, in which the hoist is driven by at least one brakable motor-driven rope pulley and the load to be lifted is moved on a bracket element connected to the rope, characterized in that essentially the position of the bracket element and the Weight of the load thereon is registered, the position of the holding element on the motor-driven pulley ( 5 ) is determined and a braking device ( 8 ) is activated when certain positions of the holding element ( 13 ) are reached.

2. The method according to claim 1, characterized in that the revolutions of the motor-driven pulley ( 5 ) are measured with an absolute encoder.

3. The method according to claim 2, characterized in that the associated measured values of the absolute encoder are stored for desired positions ( 11 , 12 ) on the travel path of the mounting element.

4. The method according to claim 3, characterized in that for at least two rotational speeds of the motor-driven pulley ( 5 ) the braking distance is determined by triggering the braking device ( 8 ) and registration ( 4 ) of the revolutions required until braking.

5. The method according to claim 4, characterized in that from the measured value of the absolute encoder ( 6 ), the position of the mounting element ( 13 ) and the rotational speed of the pulley ( 5 ) and from it the corresponding braking distance are determined and the braking device ( 8 ) via the device for measured value processing ( 4 ) and the device for activating ( 10 ) the braking device and providing the braking distance is activated so that the mounting element stops at the desired positions ( 11 , 12 ).