[發明專利]一種基于PLC的石油鉆井井架起升控制系統

在審

• 申請號: 201610456456.8
• 申請日: 2016-06-22
• 公開（公告）號: CN107522105A
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 趙儉
• 申請（專利權）人: 趙儉
• 主分類號: B66C13/48
• 分類號: B66C13/48;B66C13/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種基于PLC的石油鉆井井架起升控制系統，適用于機械領域。

背景技術

井架是石油鉆井設備的重要組成部分,其可靠性與鉆井作業的安全有著密切關系。井架在起升過程中，一方面承受由自重產生的彎曲載荷，另一方面承受著動載荷，因此，井架是受力最為惡劣的工況之一，保證井架平穩起升具有重要意義。

迄今為止，井架起升主要有以下幾種方式。（1）采用吊車起吊方式。這種起吊方式一般見于箱疊式底座的鉆機，但這種方式安裝工作量大，需動用多臺大噸位起吊設備，其安裝周期長，費用相對較高，近年來，這種起升方式已不多見。（2）采用彈弓式底座。根據平行四邊形運動原理，利用鉆機絞車動力拉動底座起升大繩，使設備從低位起升到工作位置。但此種方式起升載荷相對較大且底座穩定性差。（3）采用旋升式底座。根據彈弓式底座平行四邊形運動原理，采用扒桿起升或人字架起升方式將井架送入工作位。但旋升式底座結構復雜，構件多，起升過程復雜。（4）采用液壓缸伸縮提供的動力起升。此種方法不依靠絞車動力，以兩個液壓缸為執行元件，將其兩端與井架主體和鉆機底座相鉸接，以鉆機現有液壓源為動力完成井架起升。其整套系統結構簡單，操作方便，工作平穩，安全可靠。但普通串聯液壓回路難以實現兩個液壓缸的同步。

發明內容

本發明提出了一種基于PLC的石油鉆井井架起升控制系統，對兩組液壓缸分別采用位置傳感器加電液比例閥構建閉環控制回路，回饋信號經PID控制器合理計算之后輸出控制信號來調節電磁比例閥開度，以達到控制井架液壓缸高精度同步伸縮的目的。

本發明所采用的技術方案是：

所述控制系統將液壓缸伸縮物理位置量轉化為電信號；井架起升控制系統第二環節為信號采集系統，在此環節，系統能否及時、準確地采集到所需信號，將影響同步起升控制效果的好壞；井架起升控制系統第三環節為信號處理及核心控制系統，這個環節擔負著整個控制系統的運算和指揮功能，是控制系統的神經中樞。考慮到PLC穩定、可靠、通用性強等特點。

所述控制系統采用西門子公司生產的S7-200 CPU224來完成系統控制。采集系統中，PLC 對安裝在液壓缸處的移傳感器同一時間被鎖存數據信號做相減處理后作為偏差量。

所述井架起放PID控制程序中，當主從動缸位置偏差小于3mm，即同步精度可以達到1/1000時，井架起放同步功能有效，并且液壓泵電機啟動；推力液缸壓力穩定在8MPa以上時，執行PID中斷程序，進行同步起升或者下放操作，由電磁比例調節閥對井架起放速度進行控制。從動缸設定值來源于主動缸當前不斷更新的反饋值，主動缸所有PID參數和除從動缸設定值外的其他PID控制回路參數都在井架起升子程序SBR1中完成初始化設置。

本發明的有益效果是：該控制系統結構簡單、控制方便、成本較低，擁有良好的適用性和移植性，可以滿足鉆井作業井架升降精度,具有一定的應用價值。

附圖說明

圖1是本發明的信號采集系統中PLC工作原理圖。

圖2是本發明的PLC控制比例閥原理框圖。

圖3是本發明的井架起放PID控制程序流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

如圖1、圖2，控制系統將液壓缸伸縮物理位置量轉化為電信號；井架起升控制系統第二環節為信號采集系統,在此環節,系統能否及時、準確地采集到所需信號,將影響同步起升控制效果的好壞；井架起升控制系統第三環節為信號處理及核心控制系統,這個環節擔負著整個控制系統的運算和指揮功能,是控制系統的神經中樞。考慮到PLC穩定、可靠、通用性強等特點。

控制系統采用西門子公司生產的S7-200 CPU224來完成系統控制。采集系統中,PLC 對安裝在液壓缸處的移傳感器同一時間被鎖存數據信號做相減處理后作為偏差量。

如圖3，井架起放PID控制程序中，當主從動缸位置偏差小于3mm，即同步精度可以達到1/1000時，井架起放同步功能有效，并且液壓泵電機啟動；推力液缸壓力穩定在8MPa以上時，執行PID中斷程序，進行同步起升或者下放操作，由電磁比例調節閥對井架起放速度進行控制。從動缸設定值來源于主動缸當前不斷更新的反饋值，主動缸所有PID參數和除從動缸設定值外的其他PID控制回路參數都在井架起升子程序SBR1中完成初始化設置。