CN109175430A - 一种基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于切削加工技术领域，公开了一种基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制系统及方法，所述基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制系统包括：供电模块、操作模块、漏电检测模块、温度检测模块、中央控制模块、无线通信模块、计算机、切削液测量模块、转动模块、抽油模块、授油模块、切削模块。本发明通过漏电检测模块可以实现自动、快速便捷地检出测射孔枪电子元件是否漏电，具有提高用户体验的有益效果；同时，通过切削液测量模块通过切削液的电导率与切削液的浓度的线性关系得出具体的线性参数k，进而通过外部控制器根据实时检测的电导率调控切削液的浓度，使其满足再次利用所需质量要求。

Description

一种基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制系统及方法

技术领域

本发明属于切削加工技术领域，尤其涉及一种基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制系统及方法。

背景技术

射孔枪是石油现场用于完井或者固井中的一种工具。射孔枪是用于油气井射孔的器材及其配套件的组合体。目前应用较广泛的为聚能射孔枪，用炸花的聚能现象产生聚能射流，射开地层。射孔枪的型号以射孔枪的外径表示，射孔枪的选择需要和生产套管和壁厚配套，否则易出现卡枪事故。油田的建设中需要大量的使用管件，在管件的使用中会需要再管件内腔上打孔，在管道上打孔分为内盲孔和外盲孔，之前很多管件加工都是采用外盲孔，外盲孔在使用的过程中往往定向性较差，内盲孔较外盲孔具有良好的定向性和爆破效果明显强于外盲孔，由于内盲孔是在枪管内部向外钻孔，由于内部空间狭小，枪管内孔一般在70-200mm之间，枪管长度相对较长，一般在1000-5000mm之间，内盲孔在管内的轴向分布呈螺旋状，分左旋和右旋，在径向分布分为60°、90°等分等。然而，现有射孔枪不能及时检测出射孔枪电子元件是否漏电情况，影响正常使用；同时，不能切准确测量削液浓度是否符合加工要求。

综上所述，现有技术存在的问题是：

现有射孔枪不能及时检测出射孔枪电子元件是否漏电情况，影响正常使用；同时，不能切准确测量削液浓度是否符合加工要求。

现有技术中温度传感器不能有效去除外界温度的影响，检测的温度数据的准确性较差；油泵受惯性的影响较大，降低油泵的工作效率，以损坏油泵的机体，降低对切削液进行抽取效率；电机受动静摩擦的影响，降低工作效率，无法保证供电稳定，为系统带来运行保障。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制系统及方法。

本发明是这样实现的，一种基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制方法，所述基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制方法包括以下步骤：

步骤一，对基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制系统进行供电；利用操作按键控制操作射孔枪；

步骤二，检测射孔枪电子元件漏电情况；利用具有温度补偿功能的温度传感器对射孔枪温度数据进行检测；

步骤三，利用无线发射器发送检测数据到计算机进行监测；测定切削液浓度的数据信息；通过具有动静摩擦转矩共同补偿的电机进行转动操作；通过具有惯量补偿的油泵对切削液进行抽取；

步骤四，利用授油器将切削液注入刀具头部进行冷却润滑；最后，通过切削刀具进行切削操作。

进一步，所述步骤三中，利用具有温度补偿功能的温度传感器对射孔枪温度数据进行检测，温度传感器实现温度补偿功能；温度传感器输出的温度为T_m，外界的环节温度T_e，温度漂移即每个测量点的测量误差E看作T_m、T_e的二元函数：

E＝F(T_m，T_e)；

将2个自变量T_m、T_e作为训练集输入值的2个分量利用IAGA-LSSVM进行拟合建模，对正则化参数γ和径向基参数σ进行寻优，利用所得的最优参数求解式：

得到函数模型最优参数α和b，得到建立的温度漂移曲面最优模型函数为：

建立的模型函数值对温度传感器的测量值进行补偿：

进一步，所述步骤三中，具有惯量补偿的油泵对切削液进行抽取；对油泵的凸轮轴施加惯量补偿控制转矩：

其中，K_JP为惯量补偿控制系数。

进一步，所述步骤三中，通过具有动静摩擦转矩共同补偿的电机进行转动操作，实现电机的动静摩擦转矩共同补偿的摩擦控制，基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制系统的运行提高保障，具体方法为：

其中，为转向柱转速的饱和函数；sat()函数的输出限制为±1；λ为饱和函数的转速系数；T_fc为摩擦补偿转矩；γ为调整系数；T_friction为转向系统摩擦力矩；

当电机角速度较大，电机角速度饱和函数饱和时，输出值为±1，摩擦补偿力矩为±T_friction，即T_friction，其中为电机角速度的符号函数，输出限制为±1，用于补偿转向系统的转动摩擦；当电机角速度为零时，输出值为0，摩擦补偿力矩为sat(γ)T_friction，用于补偿转向系统的静摩擦；当电机角速度饱和函数未饱和时，为转向系统动静摩擦补偿的过渡过程。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制方法的基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制系统，所述基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制系统包括：

供电模块，与中央控制模块连接，用于为基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制系统供电；

操作模块，与中央控制模块连接，用于通过操作按键控制操作射孔枪；

漏电检测模块，与中央控制模块连接，用于检测射孔枪电子元件漏电情况；

温度检测模块，与中央控制模块连接，用于通过温度传感器检测射孔枪温度数据；

中央控制模块，与供电模块、操作模块、漏电检测模块、温度检测模块、无线通信模块、切削液测量模块、转动模块、抽油模块、授油模块、切削模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；

无线通信模块，与中央控制模块、计算机连接，用于通过无线发射器发送检测数据到计算机进行监测；

切削液测量模块，与中央控制模块连接，用于测量切削液浓度数据信息；

转动模块，与中央控制模块连接，用于通过电机进行转动操作；

抽油模块，与中央控制模块连接，用于通过油泵抽取切削液；

授油模块，与中央控制模块连接，用于通过授油器将切削液注入刀具头部进行冷却润滑；

切削模块，与中央控制模块连接，用于通过切削刀具进行切削操作。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制方法的信息数据处理终端。

本发明的优点及积极效果为：

本发明通过漏电检测模块检测射孔枪电子元件的当前场景信息并通过查询得到该射孔枪电子元件对应该当前场景的漏电检测阈值，然后检测当前场景下的第一实际功耗，最后通过将该第一实际功耗与漏电检测阈值进行比较，从而可以实现自动、快速便捷地检出测射孔枪电子元件是否漏电，具有提高用户体验的有益效果；同时，通过切削液测量模块将切削液原液与纯水进行配比，整理数据及比较，可以确定切削液的电导率与切削液的浓度成线性关系，通过切削液的电导率与切削液的浓度的线性关系得出具体的线性参数k，进而通过外部控制器根据实时检测的电导率调控切削液的浓度，使其满足再次利用所需质量要求。

本发明的温度传感器实现温度补偿功能，有效去除外界温度的影响，有利于提高检测的温度数据的准确性；本发明利用具有惯量补偿的油泵对切削液进行抽取；提高惯量补偿控制的油泵，有效降低由于惯性对油泵的影响，提高油泵的工作效率，提高对切削液进行抽取效率，保障系统后续工作的稳定进行；本发明通过实现电机的动静摩擦转矩共同补偿的摩擦控制，有利于提高电机的工作效率，保证供电稳定，为基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制系统的运行提高保障。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制方法流程图。

图2是本发明实施例提供的基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制系统结构示意图；

图中：1、供电模块；2、操作模块；3、漏电检测模块；4、温度检测模块；5、中央控制模块；6、无线通信模块；7、计算机；8、切削液测量模块；9、转动模块；10、抽油模块；11、授油模块；12、切削模块。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制方法，具体包括以下步骤：

S101：对基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制系统进行供电；利用操作按键控制操作射孔枪；

S102：检测射孔枪电子元件漏电情况；利用具有温度补偿功能的温度传感器对射孔枪温度数据进行检测；

S103：利用无线发射器发送检测数据到计算机进行监测；测定切削液浓度的数据信息；通过具有动静摩擦转矩共同补偿的电机进行转动操作；通过具有惯量补偿的油泵对切削液进行抽取；

S104：利用授油器将切削液注入刀具头部进行冷却润滑；最后，通过切削刀具进行切削操作。

步骤S103中，本发明实施例提供的利用具有温度补偿功能的温度传感器对射孔枪温度数据进行检测，温度传感器实现温度补偿功能，有效去除外界温度的影响，有利于提高检测的温度数据的准确性；所述温度传感器输出的温度为T_m，外界的环节温度T_e，而温度漂移即每个测量点的测量误差E可看作T_m、T_e的二元函数，即：

E＝F(T_m，T_e)

将2个自变量T_m、T_e作为训练集输入值的2个分量，因变量E作为训练集的目标值，利用IAGA-LSSVM进行拟合建模，对正则化参数γ和径向基参数σ进行寻优，利用所得的最优参数求解式：

可得到函数模型最优参数α和b，从而得到建立的温度漂移曲面最优模型函数为：

利用此方法建立的模型函数值对温度传感器的测量值进行补偿，即：

步骤S103中，本发明实施例提供的具有惯量补偿的油泵对切削液进行抽取；提高惯量补偿控制的油泵，有效降低由于惯性对油泵的影响，提高油泵的工作效率，提高对切削液进行抽取效率，保障系统后续工作的稳定进行；具体为对油泵的凸轮轴施加惯量补偿控制转矩：

其中，K_JP为惯量补偿控制系数。

步骤S103中，本发明实施例提供的通过具有动静摩擦转矩共同补偿的电机进行转动操作，实现电机的动静摩擦转矩共同补偿的摩擦控制，有利于提高电机的工作效率，保证供电稳定，为基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制系统的运行提高保障，具体方法为：

其中，为转向柱转速的饱和函数；sat()函数的输出限制为±1；λ为饱和函数的转速系数；T_fc为摩擦补偿转矩；γ为调整系数；T_friction为转向系统摩擦力矩；

由上述公式动静摩擦转矩的表达式可知：当电机角速度较大，电机角速度饱和函数饱和时，输出值为±1，摩擦补偿力矩为±T_friction，即T_friction，其中为电机角速度的符号函数，输出限制为±1，用于补偿转向系统的转动摩擦；当电机角速度为零时，输出值为0，摩擦补偿力矩为sat(γ)T_friction，用于补偿转向系统的静摩擦；当电机角速度饱和函数未饱和时，为转向系统动静摩擦补偿的过渡过程。

如图2所示，本发明实施例提供的基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制系统包括：供电模块1、操作模块2、漏电检测模块3、温度检测模块4、中央控制模块5、无线通信模块6、计算机7、切削液测量模块8、转动模块9、抽油模块10、授油模块11、切削模块12。

供电模块1，与中央控制模块5连接，用于为基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制系统供电；

操作模块2，与中央控制模块5连接，用于通过操作按键控制操作射孔枪；

漏电检测模块3，与中央控制模块5连接，用于检测射孔枪电子元件漏电情况；

温度检测模块4，与中央控制模块5连接，用于通过温度传感器检测射孔枪温度数据；

中央控制模块5，与供电模块1、操作模块2、漏电检测模块3、温度检测模块4、无线通信模块6、切削液测量模块8、转动模块9、抽油模块10、授油模块11、切削模块12连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；

无线通信模块6，与中央控制模块5、计算机7连接，用于通过无线发射器发送检测数据到计算机7进行监测；

切削液测量模块8，与中央控制模块5连接，用于测量切削液浓度数据信息；

转动模块9，与中央控制模块5连接，用于通过电机进行转动操作；

抽油模块10，与中央控制模块5连接，用于通过油泵抽取切削液；

授油模块11，与中央控制模块5连接，用于通过授油器将切削液注入刀具头部进行冷却润滑；

切削模块12，与中央控制模块5连接，用于通过切削刀具进行切削操作。

本发明实施例提供的漏电检测模块3检测方法如下：

(1)获取所述射孔枪电子元件的当前场景信息；

(2)检测所述射孔枪电子元件在当前场景下的第一实际功耗；

(3)根据所述当前场景信息获取当前场景下的漏电检测阈值；

(4)根据所述第一实际功耗以及所述当前场景下的漏电检测阈值判断所述射孔枪电子元件是否漏电。

本发明实施例提供的根据所述第一实际功耗以及所述当前场景下的漏电检测阈值判断所述射孔枪电子元件是否漏电的步骤之后，还包括以下步骤：

(1)当所述射孔枪电子元件漏电时，重启所述射孔枪电子元件；

(2)将所述射孔枪电子元件恢复到重启前的场景；

(3)检测所述射孔枪电子元件在当前场景下的第二实际功耗；

(4)根据所述第二实际功耗以及所述当前场景下的漏电检测阈值判断所述射孔枪电子元件是否漏电；

(5)若漏电，则判定所述射孔枪电子元件的硬件出现故障；反之，则判定所述射孔枪电子元件的软件出现故障。

本发明实施例提供的根据所述当前场景信息获取当前场景下的漏电检测阈值的步骤之前，还包括以下步骤：

(1)获取所述射孔枪电子元件在各个场景下的额定功耗数据；

(2)根据所述射孔枪电子元件在各个场景下的额定功耗数据设定各个对应场景下的漏电检测阈值。

本发明实施例提供的获取所述电子设备的当前场景信息的具体为：

检测所述射孔枪电子元件当前的运行状况信息以获取当前场景信息；或者，预设所述电子设备当前的运行状况，并根据所述运行状况获取当前场景信息。

本发明实施例提供的切削液测量模块8测量方法如下：

1)准备纯水及切削液原液，通过电导率仪对切削液原液的电导率进行测量，得到切削液原液的电导率为a；

2)第一次混合切削液原液及纯水，通过电导率仪测量切削液的电导率，得到切削液浓度为x₁时切削液的电导率y₁；

3)第二次混合切削液原液及纯水，通过电导率仪测量切削液的电导率，得到切削液浓度为x₂时切削液的电导率y₂；

4)再次对切削液原液及纯水进行混合，通过电导率仪分别测量出不同浓度下的切削液对应的电导率值；

5)确定切削液的浓度与电导率的测量公式y＝kx+a，判断出不同切削液的浓度对应的电导率值，其中，k＝(y₂-y₁)/(x₂-x₁)；

6)将切削液的浓度与电导率的测量公式导入到外部控制器内，通过实时测量切削液的电导率来得出切削液的浓度值x＝(y-a)(x₂-x₁)/(y₂-y₁)。

本发明实施例提供的通过电导率仪测量切削液的电导率的步骤为：

(1)通过金属管插入至切削液原液与纯水的混合液内垂直自由取样后，封闭金属管的上端；

(2)抽取金属管内的样液在电导率仪上对切削液原液与纯水的混合液的电导率进行测量。

本发明的工作原理：

本发明工作时，首先，通过供电模块1为基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制系统供电；通过操作模块2利用操作按键控制操作射孔枪；通过漏电检测模块3检测射孔枪电子元件漏电情况；通过温度检测模块4利用温度传感器检测射孔枪温度数据；然后，中央控制模块5通过无线通信模块6利用无线发射器发送检测数据到计算机7进行监测；通过切削液测量模块8测量切削液浓度数据信息；通过转动模块9利用电机进行转动操作；通过抽油模块10利用油泵抽取切削液；然后，通过授油模块11利用授油器将切削液注入刀具头部进行冷却润滑；最后，通过切削模块12利用切削刀具进行切削操作。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制方法，其特征在于，所述基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制方法包括以下步骤：

步骤一，对基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制系统进行供电；利用操作按键控制操作射孔枪；

步骤二，检测射孔枪电子元件漏电情况；利用具有温度补偿功能的温度传感器对射孔枪温度数据进行检测；

步骤三，利用无线发射器发送检测数据到计算机进行监测；测定切削液浓度的数据信息；通过具有动静摩擦转矩共同补偿的电机进行转动操作；通过具有惯量补偿的油泵对切削液进行抽取；

步骤四，利用授油器将切削液注入刀具头部进行冷却润滑；最后，通过切削刀具进行切削操作。

2.如权利要求1所述的基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制方法，其特征在于，所述步骤三中，利用具有温度补偿功能的温度传感器对射孔枪温度数据进行检测，温度传感器实现温度补偿功能；温度传感器输出的温度为T_m，外界的环节温度T_e，温度漂移即每个测量点的测量误差E看作T_m、T_e的二元函数：

E＝F(T_m，T_e)；

将2个自变量T_m、T_e作为训练集输入值的2个分量利用IAGA-LSSVM进行拟合建模，对正则化参数γ和径向基参数σ进行寻优，利用所得的最优参数求解式：

得到函数模型最优参数α和b，得到建立的温度漂移曲面最优模型函数为：

建立的模型函数值对温度传感器的测量值进行补偿：

3.如权利要求1所述的基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制方法，其特征在于，所述步骤三中，具有惯量补偿的油泵对切削液进行抽取；对油泵的凸轮轴施加惯量补偿控制转矩：

其中，K_JP为惯量补偿控制系数。

4.如权利要求1所述的基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制方法，其特征在于，所述步骤三中，通过具有动静摩擦转矩共同补偿的电机进行转动操作，实现电机的动静摩擦转矩共同补偿的摩擦控制，基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制系统的运行提高保障，具体方法为：

其中，为转向柱转速的饱和函数；sat()函数的输出限制为±1；λ为饱和函数的转速系数；T_fc为摩擦补偿转矩；γ为调整系数；T_friction为转向系统摩擦力矩；

当电机角速度较大，电机角速度饱和函数饱和时，输出值为±1，摩擦补偿力矩为±T_friction，即T_friction，其中为电机角速度的符号函数，输出限制为±1，用于补偿转向系统的转动摩擦；当电机角速度为零时，输出值为0，摩擦补偿力矩为sat(γ)T_friction，用于补偿转向系统的静摩擦；当电机角速度饱和函数未饱和时，为转向系统动静摩擦补偿的过渡过程。

5.一种实现权利要求1所述基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制方法的基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制系统，其特征在于，所述基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制系统包括：

供电模块，与中央控制模块连接，用于为基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制系统供电；

操作模块，与中央控制模块连接，用于通过操作按键控制操作射孔枪；

漏电检测模块，与中央控制模块连接，用于检测射孔枪电子元件漏电情况；

温度检测模块，与中央控制模块连接，用于通过温度传感器检测射孔枪温度数据；

中央控制模块，与供电模块、操作模块、漏电检测模块、温度检测模块、无线通信模块、切削液测量模块、转动模块、抽油模块、授油模块、切削模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；

无线通信模块，与中央控制模块、计算机连接，用于通过无线发射器发送检测数据到计算机进行监测；

切削液测量模块，与中央控制模块连接，用于测量切削液浓度数据信息；

转动模块，与中央控制模块连接，用于通过电机进行转动操作；

抽油模块，与中央控制模块连接，用于通过油泵抽取切削液；

授油模块，与中央控制模块连接，用于通过授油器将切削液注入刀具头部进行冷却润滑；

切削模块，与中央控制模块连接，用于通过切削刀具进行切削操作。

6.一种应用权利要求1～4任意一项所述基于物联网的射孔枪内盲孔切削加工控制方法的信息数据处理终端。