CN104834267A - 修井作业控制系统 - Google Patents

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王吉福
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
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Abstract

本发明公开了一种修井作业控制系统，解决了现有技术中工人劳动强度大和危险性大的问题。该修井作业控制系统包括依次电连接的开始信号源、初始化模块、起钻模块和下钻模块，所述初始化模块与所述起钻模块之间并联有初始化子模块，所述起钻模块与所述下钻模块之间并联有起钻子模块，所述下钻模块与所述开始信号源之间并联有下钻子模块。该发明的修井作业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。

Description

修井作业控制系统
技术领域
本发明涉及修井作业设备技术领域，尤其是指一种能够实现油管自动摆放的修井作业控制系统。
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控制系统，解决了现有技术中工人劳动强度大和危险性大的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：修井作业控制系统，包括依次电连接的开始信号源、初始化模块、起钻模块和下钻模块，所述初始化模块与所述起钻模块之间并联有初始化子模块，所述起钻模块与所述下钻模块之间并联有起钻子模块，所述下钻模块与所述开始信号源之间并联有下钻子模块。
优选的，所述起钻模块和下钻模块包括机械臂和用于控制所述机械臂的脚踏开关，所述机械臂上设有用于感应油管的传感器。
优选的，所述起钻模块包括油管摆放时旋转参数VD310和油管摆放时伸出参数VD314。
优选的，所述下钻模块包括油管摆放时旋转参数VD310、油管摆放时伸出参数VD314和井口中心距离VD304。
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通过采集伺服电机的编码器的值来对机械臂的旋转角度和伸缩长度进行闭环控制。
下钻时，通过PLC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，期间使用了多个接近开关来进行位置控制，同时PLC通过采集伺服电机的编码器的值来对机械臂的旋转角度和伸缩长度进行闭环控制。
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
本发明的修井作业控制系统包含软件系统和硬件系统。
其中，软件系统包含了起钻和下钻两个功能。起钻时，通过PLC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通过采集伺服电机的编码器的值来对机械臂的旋转角度和伸缩长度进行闭环控制。
下钻时，通过PLC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，期间使用了多个接近开关来进行位置控制，同时PLC通过采集伺服电机的编码器的值来对机械臂的旋转角度和伸缩长度进行闭环控制。
硬件系统包含了PLC、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采用西门子224CN加EM221扩展模块，总共具有30点输入10点输出；编程软件使用西门子V4.0STEP 7MicroWIN SP9；伺服电机驱动器采用海德公司的H3N-FD，伺服电机型号为ACSM130-G15015LZ；脚踏开关采用两键合一，黑色键是工作键，红色键是紧急停止键；接近开关采用PNP型，感应距离8mm；中间继电器采用德力西JQX-13F小型继电器。
如图1、图2和图3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；
VD314：油管摆放时伸出参数；
起钻：首先当油管从油井里提出来后PLC控制机械臂向油管伸出，当机械臂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，传感器仍未检测到油管，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，然后按照VD310的值顺时针旋转，当旋转到位后，机械臂按照指针VD314的值进行伸出，伸出到位后等待油管落地后，司钻再次踩下脚踏开关工作键，继续收张开，机械臂缩回并转回井口位置，等待下一次操作。
下钻：首先当司钻踩下脚踏开关工作键后，机械臂旋转到VD310位置，然后伸出到VD314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，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 (4)

1.修井作业控制系统，其特征在于：包括依次电连接的开始信号源、初始化模块、起钻模块和下钻模块，所述初始化模块与所述起钻模块之间并联有初始化子模块，所述起钻模块与所述下钻模块之间并联有起钻子模块，所述下钻模块与所述开始信号源之间并联有下钻子模块。
2.如权利要求1所述的修井作业控制系统，其特征在于：所述起钻模块和下钻模块包括机械臂和用于控制所述机械臂的脚踏开关，所述机械臂上设有用于感应油管的传感器。
3.如权利要求2所述的修井作业控制系统，其特征在于：所述起钻模块包括油管摆放时旋转参数VD310和油管摆放时伸出参数VD314。
4.如权利要求3所述的修井作业控制系统，其特征在于：所述下钻模块包括油管摆放时旋转参数VD310、油管摆放时伸出参数VD314和井口中心距离VD304。
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