一种瓦斯抽采定向钻机的数字化监控管理系统和管理方法与流程

本发明涉及煤矿瓦斯抽采定向钻机安全作业领域，特别是一种瓦斯抽采定向钻机的数字化监控管理系统和管理方法。

背景技术：

定向钻已成为煤矿瓦斯抽采钻孔的主流技术，坑道定向钻机是实施瓦斯抽采钻孔的主要设备。目前，煤矿瓦斯抽采定向钻孔施工主要对孔内轨迹参数进行间隔性测量记录，对钻机本身的运行参数没有专门记录，钻机的运行情况主要依靠司钻依据经验和仪表显示进行判断并采取相应的操作，钻机的安全运行与司钻的经验和操作适宜性关联较大。因此，减少对人工经验的依赖，实现钻机运行参数的数字化和实时采集，并通过plc进行逻辑判断，异常时向操作人员发出警报和安全提示，借此提高定向钻开工施工时钻机的安全性，避免和减少钻机、钻杆在钻进过程中出现安全事故，是煤矿瓦斯抽采定向钻施工的切实需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种瓦斯抽采定向钻机的数字化监控管理系统和管理方法，主要解决上述现有技术存在的问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是提供一种瓦斯抽采定向钻机的数字化监控管理系统，其特征在于，包含参数采集模块，计算与处理模块，云端与输出模块，控制执行模块；所述参数采集模块通过线缆将采集到的检测信息传递给所述计算与处理模块；所述计算与处理模块对所述检测信息进行处理，生成状态信息传输至所述云端与输出模块用于数据保存、监控和警报，同时生成控制信息发送到所述控制执行模块。

进一步地，所述参数采集模块由钻机运行参数传感采集单元和泵车运行参数传感采集单元构成；所述钻机运行参数传感采集单元和所述泵车运行参数传感采集单元均包括多组传感器；所述传感器通过线缆与所述计算与处理模块相连，向所述计算与处理模块传输采集的所述检测信息；所述传感器通过线缆连接电源供电。

进一步地，在所述钻机运行参数传感采集单元中，所述传感器安装在钻机主油泵出油管、辅油泵出油管、油缸进油管、动力头进油管或卡盘进油管处。

进一步地，在所述钻机运行参数传感采集单元中，所述传感器与钻机油路块一体化集成设计，与所述钻机主油泵出油管、所述辅油泵出油管、所述油缸进油管、所述动力头进油管或所述卡盘进油管结合为一体。

进一步地，在所述泵车运行参数传感采集单元，所述传感器安装在泵车液压泵出油管或泵车泥浆泵出水管处。

进一步地，在所述泵车运行参数传感采集单元中，所述传感器与泥浆泵一体化集成设计，与泵车液压泵出油管或所述泵车泥浆泵出水管结合为一体。

进一步地，所述传感器是压力传感器、流量传感器、温度传感器和电流传感器。

进一步地，所述计算与处理模块包括并联式连接端子，安全隔离栅，plc逻辑控制器和网关；所述计算与处理模块安装在电控箱内；来自所述参数采集模块的所述线缆连接到所述并联式连接端子，所述并联式连接端子穿过所述安全隔离栅后，与所述plc逻辑控制器的输入端连接；所述plc逻辑控制器的输出端与所述控制执行模块连接，还通过所述网关或者直接连接到所述云端与输出模块。

进一步地，所述云端与输出模块包括声音报警单元、现场运行数据显示单元、云端数据存储单元和远端显示监控单元；所述声音报警单元和所述现场运行数据显示单元安装在现场，与所述计算与处理模块直接连接，显示由所述计算与处理模块输出的数据；所述云端数据储存单元在通过网络与所述计算与处理模块通讯，异地保存由所述计算与处理模块输出的数据；所述远端显示监控单元通过网络连接所述云端数据储存单元，管理所述云端数据储存单元中保存的数据。

进一步地，所述控制执行模块，包括电液比例阀和变频器；所述变频器安装在钻机电机的电流输入端，所述电液比例阀安装在钻机上，均由所述计算与处理模块的输出控制。

进一步地，所述电液比例阀包含可调节方向阀、流量阀和压力阀。

本发明还包含一种使用数字化监控管理系统的管理方法，其特征在于包含步骤，

步骤s101、将所述检测信息划分为监测参数和控制参数，并在所述计算与处理模块中设定与所述监测参数对应的监测阈值和与所述控制参数对应的控制阈值；

步骤s102、所述参数采集模块传输采集到的所述监测参数和所述控制参数至所述计算与处理模块；

步骤s103、所述计算与处理模块根据逻辑控制关系，对所述监测参数进行处理生成所述状态信息，对所述控制参数进行处理生成所述状态信息和所述控制信息；

步骤s104，所述计算与处理模块将所述状态信息传输至所述云端与输出模块，将所述控制信息发送到所述控制执行模块，形成闭环控制。

进一步地，所述监测参数进行二级阈值管理，对应第一阈值和第二阈值；所述第一阈值小于所述第二阈值；每个所述监测参数均有与其对应的所述第一阈值和所述第二阈值。

进一步地，所述监测参数包含电控箱温度、钻车液压油温度、泵车液压油温度、主泵压力、副泵压力、前夹持压力、卡盘先导压力、卡盘夹持压力和油缸反向推进压力。

进一步地，在所述逻辑控制关系中，对所述监测参数的处理方式为：

当所述监测参数小于所述第一阈值时，当生成的所述状态信息被传输至所述云端与输出模块后，所述云端与输出模块保存所述状态信息并显示；

当所述监测参数大于等于所述第一阈值且小于等于所述第二阈值时，当生成的所述状态信息被传输至所述云端与输出模块后，所述云端与输出模块在保存所述状态信息并显示，还发出风险警报；

当所述监测参数大于所述第二阈值时，当生成的所述状态信息被传输至所述云端与输出模块后，所述云端与输出模块在保存所述状态信息并显示，还发出风险警报或者高风险警报；

进一步地，所述控制参数划分为进行二级阈值管理的常规控制参数和进行三级阈值管理的重点控制参数；所述二级阈值管理，对应第一阈值和第二阈值，所述第一阈值小于所述第二阈值；所述三级阈值管理，对应第一阈值、第二阈值和第三阈值，所述第一阈值小于所述第二阈值，所述第二阈值小于所述第三阈值；每个所述控制参数均有与其对应的所述第一阈值、所述第二阈值或者所述第三阈值。

进一步地，所述常规控制参数包含泵车电机a相电流、泵车电机b相电流、泵车电机c相电流、钻车电机a相电流、钻车电机b相电流、钻车电机c相电流和卡盘旋转压力；所述重点控制参数包含泥浆泵压力和油缸正向推进压力。

进一步地，在所述逻辑控制关系中，对所述常规控制参数的处理方式为：

当所述常规控制参数小于所述第一阈值或者大于所述第二阈值时，当生成的所述状态信息被传输至所述云端与输出模块后，所述云端与输出模块在保存所述状态信息并显示，还发出风险警报；同时，所述计算与处理模块生成所述控制信息，传输至所述控制执行模块，执行闭环控制；

当所述常规控制参数大于等于所述第一阈值且小于等于所述第二阈值时，当生成的所述状态信息被传输至所述云端与输出模块后，所述云端与输出模块在保存所述状态信息并显示；

进一步地，在所述逻辑控制关系中，对所述常规控制参数的处理方式为：

当所述常规控制参数小于所述第一阈值时，当生成的所述状态信息被传输至所述云端与输出模块后，所述云端与输出模块保存所述状态信息并显示；

当所述常规控制参数大于等于所述第一阈值且小于等于所述第二阈值时，当生成的所述状态信息被传输至所述云端与输出模块后，所述云端与输出模块在保存所述状态信息并显示，还发出风险警报；同时，所述计算与处理模块生成所述控制信息，传输至所述控制执行模块，执行闭环控制；

当所述常规控制参数大于所述第二阈值时，当生成的所述状态信息被传输至所述云端与输出模块后，所述云端与输出模块在保存所述状态信息并显示，还发出风险警报或者高风险警报；同时，所述计算与处理模块生成所述控制信息，传输至所述控制执行模块，执行闭环控制；

进一步地，在所述逻辑控制关系中，对所述重点控制参数实行复合逻辑控制，先以所述泥浆泵压力为划分，再以所述油缸正向推进压力划分，具体为：

一、当所述泥浆泵压力小于泥浆泵压力第一阈值时：

当所述油缸正向推进压力小于油缸正向推进压力第一阈值时，当生成的所述状态信息被传输至所述云端与输出模块后，所述云端与输出模块保存所述状态信息并显示；

当所述油缸正向推进压力大于等于所述油缸正向推进压力第一阈值，且小于油缸正向推进压力第二阈值时，当生成的所述状态信息被传输至所述云端与输出模块后，所述云端与输出模块保存所述状态信息并显示，，还发出风险警报；

当所述油缸正向推进压力大于等于所述油缸正向推进压力第二阈值时，当生成的所述状态信息被传输至所述云端与输出模块后，所述云端与输出模块保存所述状态信息并显示，还发出风险警报；同时，所述计算与处理模块生成所述控制信息，传输至所述控制执行模块，停止钻头推进；

二、当所述泥浆泵压力大于等于所述泥浆泵压力第一阈值且小于等于所述泥浆泵压力第二阈值时：

当所述油缸正向推进压力小于所述油缸正向推进压力第二阈值时，当生成的所述状态信息被传输至所述云端与输出模块后，所述云端与输出模块保存所述状态信息并显示；

当所述油缸正向推进压力大于等于所述油缸正向推进压力第二阈值，且小于等于所述油缸正向推进压力第三阈值时，当生成的所述状态信息被传输至所述云端与输出模块后，所述云端与输出模块保存所述状态信息并显示，，还发出风险警报；

当所述油缸正向推进压力大于所述油缸正向推进压力第三阈值时，当生成的所述状态信息被传输至所述云端与输出模块后，所述云端与输出模块保存所述状态信息并显示，还发出风险警报；同时，所述计算与处理模块生成所述控制信息，传输至所述控制执行模块，降低油缸压力；

三、当所述泥浆泵压力大于所述泥浆泵压力第二阈值且小于等于所述泥浆泵压力第三阈值时：

当所述油缸正向推进压力小于等于所述油缸正向推进压力第三阈值时，当生成的所述状态信息被传输至所述云端与输出模块后，所述云端与输出模块保存所述状态信息并显示；

当所述油缸正向推进压力大于所述油缸正向推进压力第三阈值时，当生成的所述状态信息被传输至所述云端与输出模块后，所述云端与输出模块保存所述状态信息并显示，还发出风险警报；同时，所述计算与处理模块生成所述控制信息，传输至所述控制执行模块，降低所述油缸压力；

四、当所述泥浆泵压力大于所述泥浆泵压力第三阈值时，当生成的所述状态信息被传输至所述云端与输出模块后，所述云端与输出模块保存所述状态信息并显示，还发出风险警报；同时，所述计算与处理模块生成所述控制信息，传输至所述控制执行模块，停止所述钻头推进。

进一步地，所述泥浆泵压力对应的所述第一阈值为额定压力的60％乘以地质系数、所述第二阈值为额定压力的80％乘以地质系数、所述第三阈值为额定压力的90％乘以地质系数；所述地质系数当作业面为软煤层时取0.8，为硬煤层时取0.9，为顶板砂岩层时取1.0。

鉴于上述技术特征，本发明具有如下优点：

1、本发明瓦斯抽采定向钻机的数字化监控管理系统和管理方法，实现了瓦斯抽采定向钻机运行参数的实时采集、传输和存储，借助井下网络系统，实现钻机的远程监控，有助于施工人员遵守操作规程。

2、本发明瓦斯抽采定向钻机的数字化监控管理系统和管理方法，建立了钻机安全运行的数字化监控管理系统，有利于瓦斯抽采钻孔装备的智能化。

3、本发明瓦斯抽采定向钻机的数字化监控管理系统和管理方法，通过建立定向钻机在不同地质条件先钻孔的运行参数数据库，结合地质参数、煤层参数和工程种类，可分析不同工程与地质条件下的最佳运行参数组合。

附图说明

图1是本发明瓦斯抽采定向钻机的数字化监控管理系统的体系结构与功能示意图；

图2是本发明瓦斯抽采定向钻机的数字化监控管理方法的流程图。

图中：1-参数采集模块，2-计算与处理模块，3-云端与输出模块，4-控制执行模块；

1.1-钻机运行参数传感采集单元，1.2-泵车运行参数传感采集单元；

2.1-并联式连接端子，2.2-安全隔离栅，2.3-plc逻辑控制器，2.4-网关；

3.1-声音报警单元，3.2-现场运行数据显示单元，3.3-云端数据存储单元，3.4-远端显示与监控单元；

4.1-电液比例阀，4.2-变频器。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例

请参阅图1，本发明公开了一种瓦斯抽采定向钻机的数字化监控管理系统，其中一个较佳实施例，应用于zyl6000型分体式定向钻机。

如图所示：它包括四个模块：参数采集模块1、计算与处理模块2，云端与输出模块3和控制执行模块4。

其中，参数采集模块1包括：钻机运行参数传感采集单元1.1，泵车运行参数传感采集单元1.2。计算与处理模块2包括：并联式连接端子2.1，安全隔离栅2.2，plc逻辑控制器2.3和网关2.4。云端与输出模块3包括声音报警单元3.1、现场运行数据显示单元3.2，云端数据存储单元3.3，远端显示与监控单元3.4。控制执行模块4包括电液比例阀4.1(含可调节方向阀、流量阀、压力阀)和变频器4.2。

具体而言，参数采集模块1包括并联的n组传感器和对应连接线缆(线缆选用双护套高柔屏蔽线缆，导体2*1.5mm²)，其中n为1至30之间的整数，分别归属于钻机运行参数传感采集单元1.1或者泵车运行参数传感采集单元1.2。传感器分为压力传感器、流量传感器、温度传感器、电流传感器等，分别安装在钻机主油泵出油管、辅油泵出油管、油缸进油管、动力头进油管、卡盘进油管、泵车液压泵出油管、泵车泥浆泵出水管等。传感器通过线缆与计算与处理模块2相连，电源通过线缆向传感器供电，传感器采集的信息通过线缆向计算与处理模块2传输。其中，钻机运行参数传感采集单元1.1为一体化集成设计，即钻机的液压传感器检测头与钻机油路块结合在一起。对于泵车运行参数传感采集单元1.2，也采用嵌入方式，安装在泥浆泵泵头处，并与泥浆泵结合为一体。

在本实施例中，温度传感器，选用wzpk-175型温度传感器，精度等级a级：±(0.15+0.2％t)，其测温范围：-50℃～150℃，信号输出4--20ma(两线制)。采用螺钉固定方式，将3件温度传感器分别安装在电控箱、泵车液压油箱、钻车液压油箱。

液压传感器选用gpd35-a(测量范围0～35mpa)、gpd35-b(测量范围0～16mpa)、gpd35-c(测量范围0～5mpa)型液压传感器，信号输出4--20ma(两线制)。其中，gpd35-a型传感器7件，分别用来检测主泵压力(n4)、副泵压力(n5)、前夹持压力(n6)、卡盘夹持压力(n8)、卡盘旋转压力(m8)、油缸正向推进压力(m9)、油缸反向推进压力(n9)gpd35-b型传感器1件，用来测量泥浆泵输出压力(m7)；gpd35-c型传感器1件，用来测量卡盘先导压力(n7)。8件液压传感器安装在一体化设计的油路传感集成块中。将泥浆泵压力传感器通过三通固定并连接在泥浆泵泵头。

电流传感器，选用三相电流变送器，测量范围：0～500a，模拟量输出或0～20ma。数量两件，分别用于检测泵车电机三相电流(m1、m2、m3)、钻车电机三相电流(m4、m5、m6)。

计算与处理模块2安装在电控箱内，电控箱为隔爆型(华荣pxkqjz2-400/1140(600)s正压防爆型(内置三相电流检测传感器))。电控箱既可以安装在钻机车架上，也可以作为独立部分，移动使用。三相电流变送器、安全隔离栅2.2(gs8576-ex、gs8536—ex型)、plc逻辑控制器2.3(西门子6es7-1500型)、网关2.4(mg3012工业级modbus网关)，通过螺钉固定，安装在电控箱内。参数采集模块1中的n组线缆先并联，然后进入电控箱后，先与计算与处理模块2的并联式连接端子2.1连接，通过并联式连接端子2.1后与安全隔离栅2.2连接，通过安全隔离栅2.2后作为输入端与plc逻辑控制器2.3连接，plc逻辑控制器2.3的输出端分别与控制执行模块4、云端与输出模块3相连。

云端与输出模块3的中的声音报警单元3.1(kxb127矿用隔爆兼本安型智能声光报警器)和现场运行数据显示单元3.2(矿用性本安显示器和本安型键盘)安装在现场的钻机上(钻车主操作台上)，与plc逻辑控制器2.3的输出端直接连接，利用rs485或tcp/ip通信协议直接从plc逻辑控制器2.3接收输出的数据。云端数据存储单元3.3是由专业云服务商提供的网络云数据储存系统(明牛云端服务平台)，plc逻辑控制器2.3输出的数据通过网关2.4，利用tcp/ip通信协议与云端数据存储单元3.3相连。远端显示与监控单元3.4通过网络与云端数据存储单元3.3相连，并获取plc逻辑控制器2.3输出到云端的数据。

控制执行模块4中的变频器4.2安装在电机的电流输入端，电液比例阀4.1(派克parker35mpa电液伺服方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀)分别安装在泥浆泵液压油路、卡盘旋转油路、油缸推进油路，并通过螺钉固定。变频器4.2和电液比例阀4.1分别通过线缆与plc逻辑控制器2.3的输出端连接。

请参阅图2，本发明公开了一种瓦斯抽采定向钻机的数字化监控管理方法，包含步骤：

步骤s101、将检测信息划分为监测参数和控制参数，并在计算与处理模块中设定与监测参数对应的监测阈值和与控制参数对应的控制阈值；

按照对钻机运行的影响程度，将所检测信息分为监测参数和控制参数。监测参数采集后，经plc逻辑控制器进行逻辑计算后，在钻机工作端只输出数据显示和声音警示；控制参数采集后，经plc逻辑控制器进行逻辑计算后，在钻机工作端既输出数据显示和声音警示，还可输出调控指令，对相应的运行部件进行调节，以降低风险。

电控箱温度、钻车液压油温度、泵车液压油温度、主泵压力、副泵压力、前夹持压力、卡盘先导压力、卡盘夹持压力、油缸反向推进压力等为监测参数，依次分别用n1、n2、n3、n4、n5、n6、n7、n8、n9表示，分别由电控箱温度传感器、钻车液压油温度传感器、泵车液压油温度传感器、主泵压力传感器、副泵压力传感器、前夹持压力传感器、卡盘先导压力传感器、卡盘夹持压力传感器、油缸反向推进压力传感器采集输出。

泵车电机a相电流、泵车电机b相电流、泵车电机c相电流、钻车电机a相电流、钻车电机b相电流、钻车电机c相电流、泥浆泵压力、卡盘旋转压力、油缸正向推进压力等为控制参数，依次分别用m1、m2、m3、m4、m5、m6、m7、m8、m9表示，分别泵车电机a相电流传感器、泵车电机b相电流传感器、泵车电机c相电流传感器、钻车电机a相电流传感器、钻车电机b相电流传感器、钻车电机c相电流传感器、泥浆泵压力传感器、卡盘旋转压力传感器、油缸正向推进压力传感器采集输出。

特别的，将控制参数又分为常规控制参数和重点控制参数。

常规控制参数：与钻孔作业安全有关系，但该参数异常时钻孔作业事故发生概率较小。

重点控制参数：与钻孔作业安全有直接因果关系，该参数异常时钻孔作业事故发生概率较大。

显然，重点控制参数的检测与控制是钻机运行安全和钻孔作业安全的关键。因此，对常规控制参数进行二级阈值管理，对重点控制参数进行三级阈值管理。

在本实施例的钻机运行控制参数中，泥浆泵压力m7、油缸正向推进压力m9与钻孔作业安全有直接因果关系，m7、m9异常时钻孔作业发生堵孔、卡钻、埋钻、掉钻的概率较大。因此将m7、m9设置为重点控制参数，并进行三级阈值管理。相应的，m1、m2、m3、m4、m5、m6、m8为常规控制参数，进行二级阈值管理。

重点控制参数的选择，基于以下准则：重点控制参数与钻机运行及钻孔作业安全有直接因果关系，该参数异常时钻机运行事故、钻孔作业事故发生概率较大。对重点控制参数进行实时连续的监测与控制，是避免钻机运行事故、钻孔作业事故的直接方法。下面以本实施例中所设置的泥浆泵压力m7、油缸反向推进压力m9为例，说明其在钻机安全运行、钻孔作业安全方面的重要作用。

卡钻、掉钻是煤矿定向钻机在钻孔作业过程中最常见的工程事故。煤矿井下近水平定向钻进过程中，由于孔壁坍塌或缩径等原因而引起的孔内钻具不能转动、起拔、推进或既不能转动也不能起拔的现象称为卡钻。引发卡钻事故的原因主要分以下三种:

(1)钻孔坍塌。所钻煤岩层过于松软破碎，孔壁在外力扰动下失稳塌孔，导致坍塌卡钻。如果孔壁在失稳过程中同时伴有大量瓦斯向钻孔内涌出，则煤层地应力急速释放，钻孔坍塌程度更为严重，卡钻也更紧固。

(2)钻孔缩径。钻遇水敏性顶底板或夹矸层时，孔壁地层遇水膨胀缩径，进而引起缩径卡钻。

(3)沉渣卡钻。钻遇破碎带或钻进速度过快，钻头切削下的岩屑颗粒较大，返渣流动至坍塌扩径孔段或凹形孔段时，大颗粒岩屑逐渐停滞堆积，造成局部沉渣卡钻。

综合以上，可以得出以下重点控制参数进行三级阈值管理的理论依据：

第一：不论滑动定向钻进还是旋转扩孔钻进，煤岩层和转速一定时，钻进速度与钻压成正相关。即：钻压越大，钻进速度越快，单位时间产生的钻屑就越多，钻屑颗粒就越大，越容易在孔内形成堆积，进而造成卡钻。因此，控制钻机顶进力，可以控制钻进速度和钻屑量、岩屑粒度，防止钻屑沉积造成的沉渣卡钻。油缸正向推进压力(m9)是钻机顶进力的来源。

第二、塌孔发生时，碎软煤屑、煤块会挤占环空，甚至堵塞环空，造成返水不畅，甚至返水中断，进而造成卡钻。环空缩小或者环空局部堵塞时，泥浆泵泵压会升高。因此泥浆泵压力升高时，减缓钻进速度或者停止钻进，同时加大泥浆泵压力，可以冲出堵点的煤屑煤渣，再配合钻柱旋转进退、退钻清理，可以防止卡钻事故。因此根据泥浆泵压力(m7)被动变化，采取相应的控制措施，可以减少卡钻事故发生。

然后进一步设定与监测参数对应的监测阈值和与控制参数对应的控制阈值。除液压油温度、电控箱温度外，不同生产商、不同型号的钻机，其运行参数的额定值不同。监控参数的阈值分为一级阈值和二级阈值；常规控制参数的阈值分为一级阈值、二级阈值，重点控制参数的阈值分为一级阈值、二级阈值三级阈值。从数值看，一级阈值小于二级阈值，二级阈值小于三级阈值。具体如下：

(1)电控箱温度(n1)，1n1为一级阈值，2n1为二级阈值。

(2)钻车液压油温度(n2)，1n2为一级阈值，2n2为二级阈值。

(3)泵车液压油温度(n3)，1n3为一级阈值，2n3为二级阈值。

(4)主泵压力(n4)，1n4为一级阈值，2n4为二级阈值。

(5)副泵压力(n5)，1n5为一级阈值，2n5为二级阈值。

(6)前夹持压力(n6)，1n6为一级阈值，2n6为二级阈值。

(7)卡盘先导压力(n7)，1n7为一级阈值，2n7为二级阈值。

(8)卡盘夹持压力(n8)，1n8为一级阈值，2n8为二级阈值。

(9)油缸反向推进压力(n9)，1n9为一级阈值，2n9为二级阈值。

(10)泵车电机a相电流(m1)，1m1为一级阈值，2m1为二级阈值。

(11)泵车电机b相电流(m2)，1m2为一级阈值，2m2为二级阈值。

(12)泵车电机c相电流(m3)，1m3为一级阈值，2m3为二级阈值。

(13)钻车电机a相电流(m4)，1m4为一级阈值，2m4为二级阈值。

(14)钻车电机b相电流(m5)，1m5为一级阈值，2m5为二级阈值。

(15)钻车电机c相电流(m6)，1m6为一级阈值，2m6为二级阈值。

(16)泥浆泵压力(m7)，1m7为一级阈值，2m7为二级阈值，3m7为三级阈值。

(17)卡盘旋转压力(m8)，1m8为一级阈值，2m8为二级阈值。

(18)油缸正向推进压力(m9)，1m9为一级阈值，2m9为二级阈值，3m9为三级阈值。

以zyl6000型分体式定向钻机模拟硬煤层钻孔施工为例，n1至n9，m1至m9的阈值设置如下：

步骤s102、参数采集模块传输采集到的监测参数和控制参数至计算与处理模块；

步骤s103、计算与处理模块根据逻辑控制关系，对监测参数进行处理生成状态信息，对控制参数进行处理生成状态信息和控制信息；

在本实施例中，逻辑控制关系是进行自动化管理和控制的关键，建立以下逻辑控制关系并写入plc逻辑控制器中：

(1)1n1≤n1≤2n1时，正常，plc逻辑控制器不做反应，只输出检测数据；n1＞2n1时,或n1＜1n1时有风险，plc逻辑控制器输出预警信息，触发声音报警单元和现场运行数据显示单元；声音报警单元发出风险警报声音，现场运行数据显示器中n1出现闪动警示。

(2)1n2≤n2≤2n2时，正常，plc逻辑控制器不做反应，只输出检测数据；n2＞2n2或n2＜1n2时，有风险，plc输出预警信息，触发声音报警单元和现场运行数据显示单元；声音报警单元发出风险警报声音，现场运行数据显示器中n2出现闪动警示。

(3)1n3≤n3≤2n3时，正常，plc逻辑控制器不做反应，只输出检测数据；n3＞2n3或n3＜1n3时,有风险，plc输出预警信息，触发声音报警单元和现场运行数据显示单元；声音报警单元发出风险警报声音，现场运行数据显示器中n3出现闪动警示。

(4)1n4≤n4≤2n4时，泵压正常，plc逻辑控制器不做反应，只输出检测数据；n4＞2n4或n4＜1n4时，有风险，plc输出预警信息，触发声音报警单元和现场运行数据显示单元；声音报警单元发出风险警报声音，现场运行数据显示器中n4出现闪动警示。

(5)1n5≤n5≤2n5时，泵压正常，plc逻辑控制器不做反应，只输出检测数据；n5＞2n5或n5＜1n5时,有风险，plc输出预警信息，触发声音报警单元和现场运行数据显示单元；声音报警单元发出风险警报声音，现场运行数据显示器中n5出现闪动警示。

(6)1n6≤n6≤2n6时，泵压正常，plc逻辑控制器不做反应，只输出检测数据；n6＜1n6时或n6＞2n6时，有风险，plc输出预警信息，触发声音报警单元和现场运行数据显示单元；声音报警单元发出风险警报声音，现场运行数据显示器中n6出现闪动警示。

(7)1n7≤n7≤2n7时，泵压正常，plc逻辑控制器不做反应，只输出检测数据；n7＜1n7时或n7＞2n7时，有风险，plc输出预警信息，触发声音报警单元和现场运行数据显示单元；声音报警单元发出风险警报声音，现场运行数据显示器中n7出现闪动警示。

(8)1n8≤n8≤2n8时，泵压正常，plc逻辑控制器不做反应，只输出检测数据；n8＜1n8时或n8＞2n8时，有风险，plc逻辑控制器输出预警信息，触发声音报警单元和现场运行数据显示单元；声音报警单元发出风险警报声音，现场运行数据显示器中n8出现闪动警示。

(9)n9是钻机油缸反向压力，对应的钻机对钻杆柱施加的拉出力，与m9方向相反。

n9＜1n9时，慢速外拉，钻杆柱受力较小，plc逻辑控制器不做反应，只输出检测数据；1n9≤n9≤2n9时，中速外拉，钻杆柱受力中等，管体、螺纹均无失效风险，plc逻辑控制器输出检测数据并输出信息，触发声音报警单元，声音报警单元发出中速外拉提示；n9﹥2n9时，强力外拉，钻杆柱受力较大，接头螺纹、管体存在隐患(如：壁厚磨损变小、腐蚀裂纹、淬火裂纹、螺纹磨损变形等)的地方可能发生失效，强力起拔主要应对卡钻后的解卡，plc逻辑控制器输出预警信息，触发声音报警单元和现场运行数据显示单元，声音报警单元发出高风险警报声音，现场运行数据显示器中对应的n9出现风险闪动警示。

(10)m1＜1m1时，或m1＞2m1时，有风险，plc逻辑控制器输出预警信息，触发声音报警单元和现场运行数据显示单元；声音报警单元发出风险警报声音，现场运行数据显示器中对应的m1出现风险闪动警示。plc逻辑控制器同时向控制执行模块发出指令，对应电源开关关闭，电机停止工作。1m1≤m1≤2m1时，电流正常，plc逻辑控制器不做反应，只输出检测数据。

(11)m2的逻辑控制关系同(8)条。

(12)m3的逻辑控制关系同(8)条。

(13)m4的逻辑控制关系同(8)条。

(14)m5的逻辑控制关系同(8)条。

(15)m6的逻辑控制关系同(8)条。

(16)m7与m9实行复合逻辑控制，具体见(19)。

(17)1m8≤m8≤2m8时，压力正常，plc逻辑控制器不做反应，只输出检测数据。m8＜1m8时，压力过小，plc逻辑控制器输出预警信息，触发声音报警单元和现场运行数据显示单元；声音报警单元发出风险警报声音，现场运行数据显示器中对应的m8出现风险闪动警示。m8＞2m8时，plc逻辑控制器输出预警信息，触发声音报警单元和现场运行数据显示单元；声音报警单元发出风险警报声音，现场运行数据显示器中对应的m8出现风险闪动警示。plc逻辑控制器同时向控制执行模块发出指令，对应的溢流阀打开，将m8值降低到1m8≤m8≤2m8。

(18)m9与m7实行复合逻辑控制，具体见(19)。

m9是钻机油缸正向压力，对应钻机通过钻杆向钻头方向的压力。1m9、2m9、3m9的取值主要参考钻机推进油缸的额定压力(p)以及所施工煤矿的地质参数。1m9取p60％，2m9取p80％，3m9取p90％。当在软煤层作业时、硬煤层、顶板砂岩作业时，再分别以k1、k2、k3作为系数进行修正，k1、k2、k3的取值分别为0.8、0.9、1.0。

(19)m7-m9复合逻辑关系。泥浆泵压力(m7)、油缸正向推进压力(m9)是两个重要控制参数，与钻孔作业安全有直接因果关系，通过对二者中任意一个参数变化的分析控制，并不能充分反映钻孔作业中孔内的塞堵情况，而通过对m7-m9复合分析判断，可提高钻进时孔内塞堵情况发生的正确性，有助于消除和预防钻孔作业中的卡钻事故。

m7-m9复合逻辑关系如下：

步骤s104，计算与处理模块将状态信息传输至云端与输出模块，将控制信息发送到控制执行模块，形成闭环控制。

打开系统运行开关，传感器进行钻机运行参数采集，并通过线缆将采集的信息以电流信号的方式传输到电控箱，依次通过连接端子、安全隔离栅，输入到plc逻辑控制器。plc逻辑控制器对接收到的电流信号进行数据转换打包后，将数据传输到网关、声音报警单元、现场运行数据显示单元；同时，执行上述逻辑运算和(或)发出执行指令。plc逻辑控制器输出的钻机运行数据，通过网关、网络连接上传到云端数据储存器，在云端形成钻机运行参数数据库，远端用户通过网络连接从云端数据储存器获取钻机运行数据，对钻机运行情况进行监控。

本实施例的实际运行情况为：

启动泵车、钻车电机10分钟后，液压系统进入正常状态，打开电控箱内系统总线开关，传感器受电开始工作，并将采集到的模拟量通过线缆传输到plc逻辑控制器，plc逻辑控制器对模拟量进行识别、数据转换，分别向现场运行参数显示单元、网关传送。此时，语音报警单元无反应，现场显示单元上m1、m2、m3…m6的数据为10a，电机处于空载状态；n1为21℃、n2为16℃、n3为16℃，n4为22mpa，n5为18mpa，n7为5mpa，m7为1.5mpa；由于n6、n8、n9、m8、m9阀门处于关闭，数字为0。

1)上钻杆作业。将钻杆就位，启动前夹持作业，声音报警单元发出风险警报声音，现场运行数据显示器中n6出现闪动警示，n6实时数据为8mpa，十秒钟后，警报声音停止，显示器中n6不再闪动，n6实时数据为22mpa。卡盘夹持操作与前夹持相同。启动卡盘旋转时，声音报警单元发出风险警报声音，现场运行数据显示器中m8出现闪动警示，五秒钟后，警报声音停止，显示器中m8不再闪动，m8实时数据为21mpa。

(2)钻进作业时的m7-m9复合控制执行情况。钻杆夹持并上扣完毕后，启动推进油缸，声音报警单元无反应，运行数据显示器中m9为7mpa，m7为1.5mpa，钻机慢速推进；增大m9和m7，运行数据显示器中m9上升到17mpa，m7上升到2.5mpa，钻机中速推进；m9继续提升到26mpa，m7保持2.5mpa不变，此时，声音报警单元发出风险警报声音，现场运行数据显示器中m9出现闪动警示；继续提升m9到35.5mpa，m7保持2.5mpa不变，此时，声音报警单元发出风险警报声音，现场运行数据显示器中m9闪动警示，三秒钟后，m9数值迅速下降，稳定在26mpa。

(3)电机电流试验：为了验证系统对电流变化的反应，在钻机空转时，将泵车电机a相电流m1降为0(短路)，声音报警单元发出风险警报声音，现场运行数据显示器中m1出现快速闪动警示，2秒钟后，电控箱电源关闭，电机停止工作。

(4)远程监控：联网的台式电脑通过威纶通登录明牛数据云平台，即可获得钻机实时运行数据和历史数据。

实施结果，本系统具有钻进运行数据实时采集、传输功能，在互联网条件下可实现远程实时监控。系统具有基于逻辑关系的控制功能，对钻机的运行安全具有较好的保护作用。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。