一种基于PLC的石油钻井井架起升控制系统的制作方法

所属技术领域

本发明涉及一种基于plc的石油钻井井架起升控制系统，适用于机械领域。

背景技术：

井架是石油钻井设备的重要组成部分,其可靠性与钻井作业的安全有着密切关系。井架在起升过程中，一方面承受由自重产生的弯曲载荷，另一方面承受着动载荷，因此，井架是受力最为恶劣的工况之一，保证井架平稳起升具有重要意义。

迄今为止，井架起升主要有以下几种方式。（1）采用吊车起吊方式。这种起吊方式一般见于箱叠式底座的钻机，但这种方式安装工作量大，需动用多台大吨位起吊设备，其安装周期长，费用相对较高，近年来，这种起升方式已不多见。（2）采用弹弓式底座。根据平行四边形运动原理，利用钻机绞车动力拉动底座起升大绳，使设备从低位起升到工作位置。但此种方式起升载荷相对较大且底座稳定性差。（3）采用旋升式底座。根据弹弓式底座平行四边形运动原理，采用扒杆起升或人字架起升方式将井架送入工作位。但旋升式底座结构复杂，构件多，起升过程复杂。（4）采用液压缸伸缩提供的动力起升。此种方法不依靠绞车动力，以两个液压缸为执行元件，将其两端与井架主体和钻机底座相铰接，以钻机现有液压源为动力完成井架起升。其整套系统结构简单，操作方便，工作平稳，安全可靠。但普通串联液压回路难以实现两个液压缸的同步。

技术实现要素：

本发明提出了一种基于plc的石油钻井井架起升控制系统，对两组液压缸分别采用位置传感器加电液比例阀构建闭环控制回路，回馈信号经pid控制器合理计算之后输出控制信号来调节电磁比例阀开度，以达到控制井架液压缸高精度同步伸缩的目的。

本发明所采用的技术方案是：

所述控制系统将液压缸伸缩物理位置量转化为电信号；井架起升控制系统第二环节为信号采集系统，在此环节，系统能否及时、准确地采集到所需信号，将影响同步起升控制效果的好坏；井架起升控制系统第三环节为信号处理及核心控制系统，这个环节担负着整个控制系统的运算和指挥功能，是控制系统的神经中枢。考虑到plc稳定、可靠、通用性强等特点。

所述控制系统采用西门子公司生产的s7-200cpu224来完成系统控制。采集系统中，plc对安装在液压缸处的移传感器同一时间被锁存数据信号做相减处理后作为偏差量。

所述井架起放pid控制程序中，当主从动缸位置偏差小于3mm，即同步精度可以达到1/1000时，井架起放同步功能有效，并且液压泵电机启动；推力液缸压力稳定在8mpa以上时，执行pid中断程序，进行同步起升或者下放操作，由电磁比例调节阀对井架起放速度进行控制。从动缸设定值来源于主动缸当前不断更新的反馈值，主动缸所有pid参数和除从动缸设定值外的其他pid控制回路参数都在井架起升子程序sbr1中完成初始化设置。

本发明的有益效果是：该控制系统结构简单、控制方便、成本较低，拥有良好的适用性和移植性，可以满足钻井作业井架升降精度,具有一定的应用价值。

附图说明

图1是本发明的信号采集系统中plc工作原理图。

图2是本发明的plc控制比例阀原理框图。

图3是本发明的井架起放pid控制程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2，控制系统将液压缸伸缩物理位置量转化为电信号；井架起升控制系统第二环节为信号采集系统,在此环节,系统能否及时、准确地采集到所需信号,将影响同步起升控制效果的好坏；井架起升控制系统第三环节为信号处理及核心控制系统,这个环节担负着整个控制系统的运算和指挥功能,是控制系统的神经中枢。考虑到plc稳定、可靠、通用性强等特点。

控制系统采用西门子公司生产的s7-200cpu224来完成系统控制。采集系统中,plc对安装在液压缸处的移传感器同一时间被锁存数据信号做相减处理后作为偏差量。

如图3，井架起放pid控制程序中，当主从动缸位置偏差小于3mm，即同步精度可以达到1/1000时，井架起放同步功能有效，并且液压泵电机启动；推力液缸压力稳定在8mpa以上时，执行pid中断程序，进行同步起升或者下放操作，由电磁比例调节阀对井架起放速度进行控制。从动缸设定值来源于主动缸当前不断更新的反馈值，主动缸所有pid参数和除从动缸设定值外的其他pid控制回路参数都在井架起升子程序sbr1中完成初始化设置。

技术特征：

技术总结
一种基于PLC的石油钻井井架起升控制系统，采用西门子公司生产的S7‑200 CPU224来完成系统控制。采集系统中，PLC对安装在液压缸处的移传感器同一时间被锁存数据信号做相减处理后作为偏差量。对两组液压缸分别采用位置传感器加电液比例阀构建闭环控制回路，回馈信号经PID控制器合理计算之后输出控制信号来调节电磁比例阀开度，以达到控制井架液压缸高精度同步伸缩的目的。

技术研发人员：赵俭
受保护的技术使用者：赵俭
技术研发日：2016.06.22
技术公布日：2017.12.29