摘 要：本文简要阐述了钻机电控气控制系统，并针对防碰天车电控气系统，提出了增加气控换向阀、压力开关及电控换向阀等元器件的改进方案，有效的提高了防碰天车控制系统的可靠性和安全性。
关键字：防碰天车；电控气系统；气控换向阀 ；电控换向阀
在钻井生产作业中，钻机防碰天车控制系统是关系到人身、设备、井下安全的关键环节，如果防碰天车控制系统存在不灵活的隐患，极易发生上顶天车事故，而一旦发生事故就会直接威胁到人身、设备以及井下安全，给钻井生产带来很大的困难和经济损失。在生产过程中，由于工作环境的影响，防碰天车控制系统失灵的现象时有发生（特别是在冬季），为解决这一安全生产难题，笔者根据现场电控气系统原理图进行分析改进，提高了防碰天车控制系统的可靠性和安全性。
1 钻机电控气控制系统概述[1]
1.1 钻机电控气控制系统结构图
1.2 钻机电控气控制系统概述
数字化钻机电控气控制系统以西门子公司最新的S7-314-2DP PLC（Programmable Logic Controller，可编程控制器）为核心，应用集中控制方式，对司钻操作命令及系统反馈状态进行采集，控制司钻房阀岛、绞车阀岛、并车箱阀岛内各电磁阀的通断，从而控制整个钻机系统的工作。系统选用西门子TP270 10.4寸触摸屏用于监视控制开关操作及输出状态，并具有在控制开关故障情况下通过触摸屏直接对系统操作的冗余功能。系统采用山特UPS在线式不间断电源供电，可保证系统在外部供电中断的情况下连续工作2小时以上，以保障系统安全。
2 防碰天车电控气系统控制原理及改进方案
2.1原防碰天车电控气系统分析[2]
防碰天车电控气系统工作原理。当游动滑车上升，绞车滚筒大绳碰到过圈阀或者游动滑车碰到井架防碰装置的横绳时，过圈阀打开或者井架防碰阀打开，压缩空气送至压力开关处，使压力开关常开触点闭合，防碰信号送至PLC，PLC发出指令，断开盘刹控制电控换向阀的工作线圈及滚筒高（或低）速电控换向阀工作线圈电源，从而使盘刹控制系统和滚筒高（或低）速离合器断气，盘刹系统实现紧急刹车，阻止游动滑车继续上行，以实现防碰功能 [3] 。
原防碰天车电控气系统存在不足。原防碰天车系统控制的核心就是当游动滑车上升到一定高度时，断开盘刹系统供气电磁换向阀电源，阀体关闭，切断盘刹控制系统的气源，实现防碰功能。由于作业环境、气源清洁度不够、现场电磁环境恶劣等因素的影响，有时会出现PLC指令未执行，或者指令执行电控换向阀线圈失电但阀体未关闭的现象，导致盘刹控制系统气路未断开，从而不能实现盘刹紧急刹车的功能，因此存在安全隐患。
2.2防碰天车电控气系统改造方案
改进方案的核心是增加常开气控换向阀。改造部分的工作原理为：当游动滑车上升到防碰高度时，井架防碰阀打开，气源压力使常开气控换向阀关闭，切断盘刹系统气源；过圈阀动作时，压力开关常开触点闭合，常闭电控换向阀（选用耐油污、大通径电控换向阀）线圈上电，阀体打开，压缩空气使气控换向阀关闭，实现切断盘刹气源的目的，从而实现紧急刹车的功能。增加控制滚筒高低速开关电源的压力开关，当盘刹实现紧急刹车时，断开滚筒高低速控制开关的电源，使滚筒高（或低）速离合器放气，阻止游车继续上行。在改进方案中，没有破坏原有的防碰天车电控气系统，防碰功能仍然可用，两套控制系统互为备用，以提供安全保障。
通过对现有的防碰天车电控气系统的改进，消除了由于现场工作环境影响盘刹控制电磁阀工作状态的安全隐患，增加了气控换向阀与原有电控气系统的互为备用，提高了防碰天车系统工作的可靠性和安全性，而且此改进方案简单、成本低，類似钻机电控气系统皆可以借鉴。
作者简介：梁茂典（1980—），男，山东定陶人，大学本科，工程师，现主要从事电动钻机电控系统的维护、管理工作。