CN104806227A - 修井作业起下钻控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种修井作业起下钻控制系统，包括设置于油井处的机械臂，机械臂连接伺服电机，还连接PLC控制器，机械臂上设有传感器；还包括脚踏开关；PLC控制器包括用于控制机械臂旋转方向的旋转控制开关、油管摆放时旋转参数指针以及油管摆放时伸出参数指针；用于起钻计数的油管摆放计数器；在下钻时用于控制机械臂转向的下钻定点取管顺时针旋转参数和下钻定点取管逆时针旋转参数，以及下钻定点取管顺时针旋转时机械臂伸出长度参数和下钻定点取管逆时针旋转时机械臂伸出长度参数；用于控制下钻时机械臂动作位置的井口中心距离。该发明自动化程度高，能够实现自动化起钻与下钻，有效降低了工人的工作强度和危险性。
Description
技术领域
本发明涉及修井作业工作设备技术领域，尤其是指一种能够实现自动化起钻与下钻的起下钻控制系统，其能够利用机械代替人工完成对油管的操作，大大降低工人的工作强度和危险性。
背景技术
修井作业，指的是石油钻井以及后续油井维护的一种作业，为了确保油井能顺利使用，而采取的维护和保养措施。修井作业的特点是工程难度大，技术要求高，必须用大型的修井设备，并配备大修钻杆、大修转盘等专用设备工具才能开展工作。现有技术中的修井作业，最常见的工作内容包括起钻和下钻。起钻，顾名思义，就是将井下的钻具(例如油管)从井眼内起出来；下钻，顾名思义，就是将钻具下放到井眼内。
目前，起下钻的工作主要是依靠人工控制机械完成的，但现有技术中用于起下钻的机械工具技术较为简单，人工操作强度大，而且人工操作时还具有一定的危险性。因此，现阶段亟需一种自动化程度高，能够实现自动化起钻与下钻，降低工人的工作强度和危险性的修井作业起下钻控制系统。
发明内容
本发明提出一种修井作业起下钻控制系统，解决了现有技术中工人在起下钻过程中存在危险性和工作强度大的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：修井作业起下钻控制系统，包括设置于油井处的机械臂，所述机械臂连接伺服电机，所述机械臂还连接PLC控制器，所述机械臂上设有用于检测油管位置的传感器；
还包括用于控制所述机械臂动作的脚踏开关；
所述PLC控制器包括
用于控制所述机械臂旋转方向的旋转控制开关VB302、油管摆放时旋转参数指针VD310以及油管摆放时伸出参数指针VD314；
用于起钻计数的油管摆放计数器VB300；
在下钻时用于控制所述机械臂转向的下钻定点取管顺时针旋转参数VD318和下钻定点取管逆时针旋转参数VD326，以及下钻定点取管顺时针旋转时机械臂伸出长度参数VD322和下钻定点取管逆时针旋转时机械臂伸出长度参数VD330；
用于控制下钻时所述机械臂动作位置的井口中心距离VD304。
优选的，所述PLC控制器通过采集所述伺服电机的编码器的值实现对所述机械臂的旋转角度和伸缩长度的闭环控制。
本发明在采用了上述技术方案后的有益效果是：
起钻时，通过PLC控制器控制机械臂将已经从油井里提出来的油管摆放到油井旁边一个固定位置上，通过脚踏开关进行分步控制，期间使用了多个接近开关来进行位置控制，同时PLC控制器通过采集伺服电机的编码器的值实现对机械臂的旋转角度和伸缩长度的闭环控制。
下钻时，通过通过PLC控制器控制机械臂将摆放在油井旁边的油管抓起并推送到井口位置，通过脚踏开关进行分步控制，期间也使用了多个接近开关来进行位置控制，同时PLC控制器通过采集伺服电机的编码器的值实现对机械臂的旋转角度和伸缩长度的闭环控制。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：
图1为主程序流程图；
图2为起钻流程图；
图3为下钻流程图。
具体实施方式
本发明的修井作业起下钻控制系统包含软件系统和硬件系统两部分。
其中，硬件系统包含了PLC控制器、伺服电机、伺服电机控制器、脚踏开关、接近开关以及一些中间继电器。其中，PLC控制器采用了西门子224CN加EM221扩展模块，总共具有30点输入10点输出；编程软件使用了西门子V4.0STEP 7 MicroWIN SP9；伺服电机驱动器采用了海德公司的H3N-FD，伺服电机型号为ACSM130-G15015LZ；脚踏开关采用两键合一的结构，其中一个键是工作键，另一个键是紧急停止键；接近开关采用了PNP型，其感应距离为8mm；中间继电器采用了德力西JQX-13F小型继电器。
软件系统包含了起钻和下钻的两个功能，具体的说，起钻时，通过PLC控制器控制机械臂将已经从油井里提出来的油管摆放到油井旁边一个固定位置上，通过脚踏开关进行分步控制，期间使用了多个接近开关来进行位置控制，同时PLC控制器通过采集伺服电机的编码器的值实现对机械臂的旋转角度和伸缩长度的闭环控制。
下钻时，通过通过PLC控制器控制机械臂将摆放在油井旁边的油管抓起并推送到井口位置，通过脚踏开关进行分步控制，期间也使用了多个接近开关来进行位置控制，同时PLC控制器通过采集伺服电机的编码器的值实现对机械臂的旋转角度和伸缩长度的闭环控制。
如图1、图2和图3共同所示，程序中使用到的关键参数说明如下：
VB210：运行步骤控制；
VD220：机械臂伸缩编码器值；
VD230：机械臂旋转编码器值；
VB300：油管摆放计数器；
VB302：旋转控制开关，VB302＝1时是顺时针旋转，VB302＝0时是逆时针旋转；
VD304：井口中心距离；
VD310：油管摆放时旋转参数指针；
VD314：油管摆放时伸出参数指针；
VD318：下钻定点取管顺时针旋转参数；
VD322：下钻定点取管顺时针旋转时机械臂伸出长度参数；
VD326：下钻定点取管逆时针旋转参数；
VD330：下钻定点取管逆时针旋转时机械臂伸出长度参数；
下面就起钻与下钻的详细动作再做具体说明：
起钻：首先当油管从油井里提出来后PLC控制器控制机械臂向油管伸出，当机械手上的传感器检测到油管后机械臂停止伸出，机械手闭合抓住油管。机械臂在伸出的过程中，如果当机械臂伸出到设定的最大长度后，机械手仍未检测到油管，此时机械臂缩回至二分之一位置，然后顺时针旋转一个角度后重复上述动作，如果仍未检测到油管，则再次缩回至二分之一位置并逆时针旋转一个角度继续寻找油管，直到抓住油管。当机械手抓住油管后，司钻踩下脚踏开关的工作键，机械臂开始缩回，并根据VB302的值来进行顺时针和逆时针旋转，油管摆放规则是左边一根，右边一根，如此往复。旋转角度是通过指针VD310来从坐标数组中取出。当旋转到位后，机械臂按照指针VD314的值进行伸出，伸出到位等待油管落地后，司钻再次踩下脚踏开关的工作键，机械手张开，机械臂缩回并转回井口位置，油管计数寄存器VB300加1，等待下一次操作。
下钻：首先当司机踩下脚踏开关的工作键后，机械臂旋转到VD318或VD326位置，然后伸出到VD322或VD330位置，等待油管。当油管被提起后沿着轨道自动滑落到机械手中后，机械手检测到油管后机械手闭合，机械臂缩回并旋转到正对井口的位置，然后根据VD304的值机械臂伸出将油管推送到井口，当对扣完毕后即可松开油管并缩回到初始位置，等待下一次操作。
该发明的修井作业起下钻控制系统自动化程度高，能够实现自动化起钻与下钻，有效降低了工人的工作强度和危险性。
本发明不局限于上述具体实施方式，一切基于本发明的技术构思，所作出的结构上的改进，均落入本发明的保护范围之中。
Claims (2)
1.修井作业起下钻控制系统，其特征在于：包括设置于油井处的机械臂，所述机械臂连接伺服电机，所述机械臂还连接PLC控制器，所述机械臂上设有用于检测油管位置的传感器；
还包括用于控制所述机械臂动作的脚踏开关；
所述PLC控制器包括
用于控制所述机械臂旋转方向的旋转控制开关VB302、油管摆放时旋转参数指针VD310以及油管摆放时伸出参数指针VD314；
用于起钻计数的油管摆放计数器VB300；
在下钻时用于控制所述机械臂转向的下钻定点取管顺时针旋转参数VD318和下钻定点取管逆时针旋转参数VD326，以及下钻定点取管顺时针旋转时机械臂伸出长度参数VD322和下钻定点取管逆时针旋转时机械臂伸出长度参数VD330；
用于控制下钻时所述机械臂动作位置的井口中心距离VD304。
2.如权利要求1所述的修井作业起下钻控制系统，其特征在于：所述PLC控制器通过采集所述伺服电机的编码器的值实现对所述机械臂的旋转角度和伸缩长度的闭环控制。
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