CN103335766A - 特殊扣石油套管接箍拧接信息采集处理系统及扭矩标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种特殊扣石油套管接箍拧接信息采集处理系统及扭矩标定方法，该系统对特殊扣石油套管在接箍拧接过程中的45种生产数据的采集、处理和记录，通过数据采集板实时快速地采集接箍拧接过程中的模拟量信号，经过模数转换成数字量，保存在缓存中，加工完成后对采集的数据进行滤波处理，并计算出台阶扭矩值、δT扭矩值等相关数据，最后将处理完的数据和缓存中的原始数据进行整合保存在特殊扣曲线记录文件中。本发明的效果是经过现场试验，满足目前国内外市场上99%以上特殊扣产品的需求，且把拧接机生产的一次成材率提高了近20个百分点，创造出巨大的经济和社会效益，同时打破了国外特殊扣石油套管在国内的长期垄断局面，降低了油田的成本，为我国石油工业做出了贡献。

Description

特殊扣石油套管接箍拧接信息采集处理系统及扭矩标定方法

技术领域

本发明涉及一种特殊扣石油套管接箍拧接信息采集处理系统及扭矩标定方法。 

背景技术

特殊扣石油套管具有高连接强度和高密封的性能，广泛用于油气井、高硫化氢井等高端市场，特殊扣石油套管接箍拧接生产工艺是其生产过程中的重要环节，特别是拧接过程中钢管拧接数据的采集、分析、结果判定和处理等直接关系到产品的质量。通过对现有设备在特殊扣石油套管接箍拧接过程中对拧接信息的采集和处理进行分析如下： 

1.国内产品一般只具备单一数据的记录功能，能满足普通扣的技术参数要求，即拧接扭矩值、圈数的采集和记录，并不具备后期的数据处理能力，不能满足特殊扣产品的要求；有些产品虽然能生产特殊扣产品，但是台阶扭矩的标识还停留在人工判断的阶段；只能采集10种数据。 

2.部分进口设备自带数据记录及台阶扭矩标识功能，但准确率都在80%以下，依然还需要人工判断台阶扭矩值，台阶扭矩判断错误仍需手动修改，修改过程较复杂；而且程序都是固化好的，均不提供源程序，其核心技术仍掌握在几个国外大公司手中，只能采集15种数据。 

3.没有接箍信息采集和记录，不能实现钢管的接箍跟踪功能。 

4．采集的数据不能进行后期的数学分析，数据库功能弱，只能进行简单检索和钢管拧接曲线的重放功能。 

5．没有反螺旋拧接数据采集和处理功能。 

6.可承接的特殊扣合同不高，只能满足国内外很少特殊扣产品的需求。 

7.特殊扣石油套管拧接台阶扭矩识别率和准确率低。 

发明内容

针对现有技术中结构上的不足，本发明的目的是提供一种特殊扣石油套管接箍拧接信息采集处理系统及扭矩采集的标定方法，增加多种功能，克服生产中出现的相关问题，以利于提高生产钢管的质量，实现了产品质量源头可追溯性，满足特殊扣石油套管的生产要求。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种特殊扣石油套管接箍拧接信息采集处理系统，该系统包括有硬件系统和软件系统；其中：所述硬件系统包括有一台计算机、一个数据采集板、可编程逻辑控制器PLC、旋转圈数编码器和力矩传感器；软件系统包括人机对话HMI软件、信息采集处理软件、SQL数据库、PLC软件和Microsoft Office Excel宏程序； 

所述计算机设置有一个与以太网相连的百兆速率的以太网网口，并与PLC相连接，用于通讯和控制，所述计算机的PCI扩展插槽内设置有数据采集板，数据采集板的第一、第二通道分别接收扭力传感器信号和PLC拧接圈数的输出信号，分别用于采集扭矩值和圈数值； 

所述的信息采集处理软件是本系统的主程序，采用Borland C++Builder6.0高级语言编程，分别采集特殊扣石油套管拧接的36种基本数据和9种重要数据，同时根据这些数据与PLC软件进行数据交换，控制PLC的输出动作，在显示信息处理完数据后，通过本系统里建立的用户SQL数据库建立特殊扣石油套管接箍拧接数据库文件，实现数据的检索查询、记录曲线的重放；同时也生成EXCEL文件，所述EXCEL文件可以通过编写的Microsoft Office Excel宏程序软件实现离线的采集数据的分析、处理和记录曲线重放。 

还提供一种利用权利要求1所述扭矩采集的标定方法。 

本发明的效果是经过现场试验，经过近三年的不断完善开发出来的，可以满足目前国内外市场上99%以上特殊扣产品的需求，特别是壳牌、美孚等一批大型石油公司的特殊扣合同的要求，且把拧接机生产的一次成材率提高 了近20个百分点，创造出巨大的经济和社会效益，同时打破了国外特殊扣石油套管在国内的长期垄断局面，降低了油田的成本，为我国石油工业做出了贡献。 

附图说明

图1是本发明系统特殊扣石油套管接箍拧接信息采集处理过程； 

图2是本发明系统硬件组成和关系； 

图3是本发明系统软件组成和关系； 

图4是本发明系统人机对话软件HMI中的扭矩校准画面。 

图中： 

1、实际扭矩  2、实际圈数  3、数据采集板1#通道 

4、数据采集板2#通道  6、殊扣石油套管拧接基本数据 

7、拧接3种状态和拧接动作 

8、殊扣石油套管拧接的45种数据和两个记录曲线 

9、信息采集处理软件编写的主画面 

10特殊扣石油套管接箍拧接信息采集处理软件 

11、PLC               12、数据采集板 

14、计算机 

15、扭矩传感器        16、圈数编码器 

17、人机对话软件HMI   18、特殊扣接箍拧接信息采集记录 

19、SQL数据库软件     20、PLC软件 

21、Microsoft Office Excel宏程序软件 

22、扭矩校准画面           23、实际扭矩值显示框 

24、扭矩校准模式设置按钮   25、标定的扭矩值输入文本框 

26、偏移量设置输入文本框   27、扭矩标定系数输入文本框 

具体实施方式

结合附图及实施例对本发明的特殊扣石油套管接箍拧接信息采集处理系统及扭矩采集的标定方法加以说明。 

本发明的特殊扣石油套管接箍拧接信息采集处理系统通过系统中的硬件和软件来实现的。在系统硬件图2中，通过台计算机14上的百兆速率以太网与可编程逻辑控制器PLC11相连接，相互数据通讯并控制PLC的输出动作，计算机14的PCI扩展插槽上的数据采集板12采用16个双路通道模拟量，输入电压为±10VDC，其中的第一、第二通道分别连接旋转圈数编码器15和力矩传感器16；在系统软件图3中，包括人机对话软件HMI17、特殊扣石油套管接箍拧接信息采集处理软件10、SQL数据库软件19、PLC软件20和Microsoft Office Excel宏程序软件21，其中人机对话软件HMI17中包括扭矩校准画面22； 

在系统的信息采集处理过程图1中，特殊扣石油套管接箍拧接信息采集处理软件10是本系统的主程序，采用Borland C++Builder 6.0高级语言编程，实际扭矩1和实际圈数2分别通过硬件扭矩信号15和圈数编码器16连接到安装在计算机上的数据采集板14的1#通道3和2#通道4上，通过主程序的模数转化后采集到实际扭矩1和实际圈数2，实时显示和记录数据，以拧接扭矩曲线和拧接转速曲线两个二维坐标系的形式显示出记录图形，两个坐标系的横坐标都是实际圈数2，其中拧接转速曲线的纵坐标为转速RPM,是通过数学计算得来的，转速原理上的计算公式为： 

Rpm=n/mim 

式中  rpm:转速 

n:实际圈数 

min:旋转n圈所用的时间，单位是分钟 

由于采集数据也需要时间，虽然很短，只有50毫秒，但也会影响实际转速的计算精度，所以转速公式为： 

Rpm=n/（50毫秒/1分钟）=n/（50毫秒/60000毫秒）=1200*n 

n:旋转的圈数 

另外特殊扣石油套管接箍拧接信息采集处理软件10通过西门子OPC连接库函数与人机对话软件HMI 17编写的画面程序直接建立数据连接，采集到特殊扣石油套管拧接基本数据6，如殊扣石油套管的钢级、扣型、炉号、批号、管号、合同号、力臂系数、最大扭矩、最小扭矩、最优扭矩、参考扭矩、最大台阶扭矩、最小台阶扭矩、公英制单位、丝扣油、接箍炉号、接箍号、生产线、时间、日期、班次、操作工、控制方式、实际扭矩、实际圈数等；拧接3种状态和拧接动作7的数据信息是计算机14通过以太网与PLC的CPU11进行数据通讯的，将拧接3种状态传到计算机里；所有的数据通过特殊扣石油套管接箍拧接信息采集处理软件10采集完成以后进行处理，得到了主要的9种数据：最终扭矩、最终圈数、最终转速、台阶扭矩、台阶圈数、δT扭矩、δT扭矩百分比、δT圈数、产品结果即好/坏管，总共45种数据，并在信息采集处理软件编写的主画面9上显示出殊扣石油套管拧接的45种数据和两个记录曲线8。 

特殊扣石油套管接箍拧接信息采集处理软件10通过SQL数据库软件19，将有关数据和拧接记录存放到数据库中，数据库中每一支钢管的数据就是一条记录，一支钢管拧接过程中的实际扭矩值、圈数、转速各是一组数据，采用存放数据时将数组中的数据按照顺序合并，压缩到一个数据库字段中，实现了钢管拧接时的所有数据的保存。相反主程序10通过数据库19和Microsoft Office Excel宏程序软件21在读取数据时从数据库相应字段中按顺序读取数据后，再对数据进行分解还原，最终生成原来的数组，分别在扭矩、转速两个二维坐标系中显示出当时钢管拧接时的历史记录曲线及相应参数，实现了钢管拧接的历史重放功能，还可以通过Microsoft Office Excel宏程序软件21进行数据的分析。 

特殊扣石油套管接箍拧接信息采集处理软件10通过数据采集板14、人机对话软件HMI软件17和PLC软件20，将从HMI输入的钢管炉号等生产信息、工艺参数等传送给PLC 11，进而PLC 11根据检测的数据来控制设备的动作，实现设备系统的负反馈控制，提高了设备控制的响应能力和精度，使得特殊扣石油套管拧接台阶扭矩自动识别的准确率达到98%。 

扭矩采集的标定是实现采集处理系统数据准确性的保证，必须在使用特殊扣石油套管接箍拧接信息采集处理系统前通过本方法对扭矩进行标定，通过该方法对系统进行标定，将本系统的硬件计算机14和PLC 11送电，待计算机启动后，运行特殊扣石油套管接箍拧接信息采集处理软件10和人机对话软件HMI 17，该方法具体包括如下步骤： 

1）进入扭矩采集的标定模式： 

在计算机14运行的人机对话软件HMI 17中打开校准功能画面22，用鼠标点击扭矩校准模式设置按钮24，画面中弹出新增的两个文本输入框，即标定的扭矩值输入文本框25和偏移量设置输入文本框26； 

2）扭矩采集的零点标定： 

a）在标定的扭矩值输入文本框25中输入数值0后回车，检查实际扭矩值显示框23是否为零； 

b）如果实际扭矩值显示框23显示为零，则零点标定完成； 

如果实际扭矩值显示框23不为零，则在偏移量设置输入文本框26中输入实际扭矩显示值乘以-1的整数，例如实际扭矩值显示框23中显示230，则在偏移量设置输入文本框26中输入数值-230； 

3）扭矩采集的量程标定： 

在标定的扭矩值输入文本框25中输入数值20000后回车，再在扭矩标定系数输入文本框27中输入一个非零的±10以内的两位小数实数，如输入数值0.56，检查实际扭矩值显示框23是否为20000，直到实际扭矩值显示 框23显示为数值20000为止； 

4）退出扭矩采集的标定模式： 

在完成上述步骤之后一定要用鼠标再一次点击扭矩校准模式设置按钮24，关闭标定的扭矩值输入文本框25和偏移量设置输入文本框26两个输入文本框，结束扭矩采集的标定。 

5）扭矩采集的标定完成。 

Claims (4)

1.一种特殊扣石油套管接箍拧接信息采集处理系统，该系统包括有硬件系统和软件系统；其特征是：所述硬件系统包括有一台计算机、一个数据采集板、可编程逻辑控制器（PLC）、旋转圈数编码器和力矩传感器；软件系统包括人机对话（HMI）软件、信息采集处理软件、SQL数据库、PLC软件和Microsoft Office Excel宏程序；

所述计算机设置有一个与以太网相连的百兆速率的以太网网口，并与PLC相连接，用于通讯和控制，所述计算机的PCI扩展插槽内设置有数据采集板，数据采集板的第一、第二通道分别接收扭力传感器信号和PLC拧接圈数的输出信号，分别用于采集扭矩值和圈数值；

所述的信息采集处理软件是本系统的主程序，采用Borland C++Builder6.0高级语言编程，分别采集特殊扣石油套管拧接的36种基本数据和9种重要数据，同时根据这些数据与PLC软件进行数据交换，控制PLC的输出动作，在显示信息处理完数据后，通过本系统里建立的用户SQL数据库建立特殊扣石油套管接箍拧接数据库文件，实现数据的检索查询、记录曲线的重放；同时也生成EXCEL文件，所述EXCEL文件可以通过编写的Microsoft OfficeExcel宏程序软件实现离线的采集数据的分析、处理和记录曲线重放。

2.根据权利要求1所述的特殊扣石油套管接箍拧接信息采集处理系统，其特征是：所述硬件系统的数据采集板上采用16个双路通道模拟量，输入电压为±10VDC。

3.根据权利要求1所述的特殊扣石油套管接箍拧接信息采集处理系统，其特征是：所述特殊扣石油套管接箍拧接信息为包括特殊扣石油套管的钢级、扣型、炉号、批号、管号、最大台阶扭矩、最小台阶扭矩、丝扣油、接箍炉号、接箍号、生产线、时间、日期、班次、操作工基本数据信息。

4.一种利用权利要求1所述的特殊扣石油套管接箍拧接信息采集处理系统的扭矩标定方法，为保证采集处理系统的数据准确性，必须在使用特殊扣石油套管接箍拧接信息采集处理系统前，通过该方法对系统进行标定，将本系统的硬件计算机（14）和PLC（11）送电，待计算机启动后，运行特殊扣石油套管接箍拧接信息采集处理软件（10）和人机对话软件HMI（17），该方法包括以下步骤：

1）进入扭矩的标定模式：

在计算机（14）运行的人机对话软件HMI（17）中打开校准功能画面（22），用鼠标点击扭矩校准模式设置按钮（24），画面中弹出新增的两个文本标定的扭矩值输入框（25）和偏移量设置输入框（26）；

2）扭矩采集的零点标定：

a）在标定的扭矩值输入文本框（25）中输入数值0后回车，检查在本画面中的实际扭矩值显示框（23）是否为零；

b）如果实际扭矩值显示框（23）为零，则零点标定完成；

如果不为零，则在偏移量设置输入文本框（26）中输入实际扭矩显示值乘以-1的整数，直到实际扭矩值显示框（23）显示为零为止；

3）扭矩采集的量程标定：

在标定的扭矩值输入文本框（25）中输入数值20000后回车，再在扭矩标定系数输入文本框中输入一个非零的±10以内的两位小数实数，检查实际扭矩值显示框（23）中的数值是否为20000，注意输入的系数与实际扭矩值成正比，直到实际扭矩值显示框（23）中显示为数值20000为止；

4）退出扭矩采集的标定模式：

在完成上述步骤之后一定要用鼠标再一次点击扭矩校准模式设置按钮（24），关闭新出现的标定的扭矩值输入文本框（25）和偏移量设置输入文本框（26）两个输入文本框；

5）扭矩的标定完成。

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