本发明属于石油钻井设备控制技术领域，涉及一种修井机动力猫道控制系统，还涉及使用该控制系统的控制方法。
背景技术：
目前我国石油钻探的自动化程度相对薄弱，与目前钻机的发展水平不能相适应，动力猫道在众多设备当中起到了举足轻重的作用，猫道系统运行的稳定性、机械化和智能化对钻井的效率和安全性有着重要的影响。在油田修井作业中需要连续的将管柱在排管架与钻台面之间来回输送，为了减轻劳动强度，目前的修井机动力猫道，通过液压控制机械结构，实现轻量管柱的输送，虽然在一定程度上减轻了劳动强度，但是还存在以下不足，主要表现为：有的控制性能不够完善，只是点对点操作，有时还需要操作人员扳液压手柄来控制猫道动作，这样存在安全隐患，自动化作业效率较低，不具有自动学习功能和一键自动化操作；液压系统不稳定，各部件在固化控制程序下运行时，导致执行不到位，准确度不够，设备操作者无法自行进行调整相关自动动作参数；针对以上情况，需要研制一套完善可靠的控制系统，具有自学习功能可以适应液压系统流量、压力等工作参数差异变化，实现真正意义上的一键自动化。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种修井机动力猫道控制系统，解决了现有技术中修井机动力猫道控制系统自动化作业效率低及作业动作执行准确度不高的问题。
本发明的另一目的是提供上述控制系统的控制方法。
本发明所采用的一个技术方案是，一种修井机动力猫道控制系统，包括电控系统和动力猫道，所述动力猫道上设有多个执行机构，执行机构分别对应连接有液压缸，液压缸的液压回路上依次对应设有开关电磁阀，开关电磁阀连接有控制器，控制器还连接有数据接收单元和急停单元，数据接收单元与所述急停单元连接，还连接有数据发送单元，所述控制器还设有本地、遥控和学习模式。
本发明的特点还在于：
进一步地，所述液压缸的活塞杆端头与执行机构活动连接，液压缸通过液压驱动带动执行机构动作。
进一步地，所述数据发送单元通过无线通信发送数据给所述数据接收单元，所述无线通信的频率为418.950mhz到419.275mhz。
进一步地，所述急停单元设有多个分散的直流继电器或一个多触点的直流安全继电器，急停触发时会直接给数据接收单元和控制器发送急停信号。
进一步地，所述本地模式包括手动应急操作；所述遥控模式包括单动功能和联动功能，所述联动功能设有一键自动操作；所述学习模式包括通过所述遥控模式的单动功能来执行学习流程和记录学习过程。
本发明所采用的另一个技术方案是，一种修井机动力猫道控制系统的控制方法，采用上述修井机动力猫道控制系统，包括以下步骤：
步骤s401：初始化
将控制器的输入、输出区以及用于记录标号和时间的特殊标记位进行复位操作；
步骤s402：数据获取；
数据接收单元接收来自数据发送单元发送的指令，控制器接收来自数据接收单元接收到的指令；
步骤s403：急停触发；
不间断扫描急停信号，如果检测到急停信号则停止当前一切动作，如果未检测到急停信号则正常执行；
步骤s404：根据模式选择，执行相应的动作；
根据本地、遥控和学习模式的选择旋钮来确定相应的工作模式；
步骤s405：判断执行是否完成；
在遥控模式下，动作执行完成，则执行结束，动作执行未完成，则循环至步骤s402继续执行。
本发明的特点还在于：
进一步地，所述步骤s404中本地模式包括手动应急操作，当遥控模式出现故障时或数据发送单元发送数据不被数据接收单元所接收，用于手动应急操作；遥控模式包括单动功能和联动功能，单动功能通过一对一的指令来输出执行对应的动作命令；即数据发送单元发送一个指令，控制器就输出相应的动作命令；联动功能，即按照学习记录，顺序动作各个部件，联动功能还设有一键自动操作；学习模式包括通过所述遥控模式的单动功能来执行学习流程和记录学习过程。
进一步地，所述步骤s405中执行完成是指在遥控模式下，单动某个部件时，如果数据接收器没有接收到数据发送器的命令，则表示单动完成，则执行结束；如果是一键自动操作，当head＝＝end时一键上管流程或一键卸管流程执行完成，则执行结束。反之，如果某个部件单动并且数据接收器一直处于接收数据状态或一键自动过程中如果head＜＞end，则一键自动未完成，则继续执行。
注释：＜＞是不等于符号，＝表示赋值，＝＝表示等于。
进一步地，所述步骤s404中学习模式的学习方法，包括以下步骤：
步骤s701：学习模式；
模式选择旋钮指向“学习”；
步骤s702：执行学习流程，记录学习过程；
在每次学习开始，预先划分出m元素的学习存储区，学习存储区包括动作执行流程，设定开始标号head和结束标号end，其值开始都指向-1。end按照end＝(end+1)％m执行，每执行一个动作将动作代号保存到end所指的元素当中，当end＝＝m-1时，end保持不变；此外，采用定时器记录每个动作执行时间以及前一动作结束时刻到当前动作开始时刻的间隔时间，同时，可以学习记录一键自动操作；
注释：m是大于0的整数，其代表完成一次上管流程或卸管流程所要执行的步数；
公式end＝(end+1)％m表示，每一次执行完当前的动作end值会改变，改变的方法是给自身加1，然后对m求余数，所得的结果再给end。
步骤s703：判断学习步骤是否正确；
通过对比学习存储区与学习模板，判断学习是否正确；如果end满足(end＞-1&&(end+1)％m＝＝0)，并且每一元素值与学习模板对应相同，则学习成功，保留学习记录，同时学习标号head＝0，否则，清除学习记录，同时学习标号head＝-1并且end＝-1；
公式(end＞-1&&(end+1)％m＝＝0)表示，学习成功时，end必须满足两个条件，一个是end值必须大于-1，一个是end+1后对m求余所得的结果等于0。
步骤s704：保留学习过程；
存储学习记录，并且学习标号head＝0；
步骤s705：清除学习过程；
清除学习记录，并且学习标号head＝-1；end＝-1。
进一步地，所述步骤s702中一键自动操作包括按照学习记录，顺序执行各个部件动作，则先执行学习存储区的0元素，然后按照head＝(head+1)％m原则顺序向下执行，当执行完某个动作后head＝＝end时则认为一键自动操作执行完成。
本发明的有益效果是，通过具有学习功能的修井机动力猫道控制系统以及提供的控制方法能够针对作业环境变化时，操作者可自行通过“示教”方式让该控制系统学习作业动作顺序及动作时长，以更好的适应现场条件，此外，通过设有一对一的单动功能和一键自动操作功能，极大地提高了自动化作业效率，也提高了作业动作执行的准确度，同时保证了作业的安全性和稳定性。
附图说明
图1是本发明一种修井机动力猫道控制系统的示意图；
图2是修井机动力猫道结构示意图；
图3是修井机动力猫道液压系统示意图；
图4是本发明一种修井机动力猫道控制系统的控制方法流程图；
图5是本发明一种修井机动力猫道控制系统的控制方法中的上管学习模板示意图；
图6是本发明一种修井机动力猫道控制系统的控制方法中的卸管学习模板示意图；
图7是本发明一种修井机动力猫道控制系统的控制方法中的学习操作流程图。
图中，101.急停单元，102.数据发送单元，103.数据接收单元，104.控制器，105.开关电磁阀，106.液压缸，107.执行机构，1.提管机构，2.伸缩机构，3.翻转机构，4.助滑机构，5.举升机构，6.提管缸，7.伸缩缸，8.翻转缸，9.助滑缸，10.举升缸，11.提管开关电磁阀，12.伸缩开关电磁阀，13.翻转开关电磁阀，14.助滑开关电磁阀，15.举升开关电磁阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明，但本发明并不限于这些实施方式。
本发明一种修井机动力猫道控制系统包括电控系统和动力猫道，动力猫道上设有多个执行机构107，如图1所示，还包括急停单元101、数据发送单元102、数据接收单元103、控制器104、开关电磁阀105、液压缸106。如图2所示，执行机构107包括提管机构1、伸缩机构2、翻转机构3、助滑机构4和举升机构5分别依次与液压缸106连接，如图3所示，液压缸依次包括提管缸6、伸缩缸7、翻转缸8、助滑缸9和举升缸10，并且液压缸106的活塞杆端头与执行机构107活动连接，执行机构107用于最终的动作执行，液压缸106通过液压驱动带动执行机构107动作，受控于开关电磁阀105。液压缸106的液压回路上依次对应设有开关电磁阀105，开关电磁阀105包括提管开关电磁阀11、伸缩开关电磁阀12、翻转开关电磁阀13、助滑开关电磁阀14和举升开关电磁阀15，开关电磁阀105用于控制液压回路的通断与换向，与控制器104相连。
开关电磁阀105、数据接收单元103和急停单元101分别与控制器104连接，数据接收单元103还与急停单元101和数据发送单元102连接。数据接收单元103与数据发送单元102无线连接。
数据发送单元102通过无线通信发送数据给所述数据接收单元103，数据接收单元103用于接收数据发送单元102发送的数据并将其传递给控制器104。数据发送单元102与数据接收单元103的无线通信频率介于418.950mhz到419.275mhz之间，数据发送单元102采用的编码芯片为pt2262芯片，数据接收单元103采用的解码芯片为pt2272芯片。数据发送单元通过控制指令电路接收人工操作输入，然后通过指令编码将接收到的信号进行编码，编码完成之后将其传递到无线发射模块，无线发射模块以无线通信的方式将信号发射出去，无线接收模块接收到信号后首先对其解码，调解出地址码后将数据发送到执行电路，执行电路控制其内部继电器动作。无线发射模块型号为f05b，无线接收模块型号为j05c。
急停单元101设有多个分散的直流继电器或一个多触点的直流安全继电器，急停触发时会直接给数据接收单元103和控制器104发送急停信号，急停单元101用于紧急情况立即停止修井机动力猫道各部件动作执行。
控制器104用于控制开关电磁阀105的打开与关闭，同时还接收数据接收单元103发送的指令数据，控制器104采用西门子s7-200smartst40plc信号种类为24di/16do，也可采用其他具有装载可编程序的控制器。控制器104还设有本地、遥控和学习模式。本地模式包括手动应急操作；遥控模式包括单动功能和联动功能，联动功能设有一键自动操作；学习模式包括通过所述遥控模式的单动功能来执行学习流程和记录学习过程。
本发明的工作原理是：通过安装有防爆plc控制柜，面板装设有急停按钮、“本地/遥控/学习”三位模式选择旋钮、故障指示灯。首先通过上电，在急停单元101未触发的情况下启动控制器104，然后，根据面板上的模式选择旋钮来确定数据发送单元102的工作模式。如果选择本地模式，数据发送单元102发送数据不被数据接收单元103所接收，用于手动应急操作。在遥控模式的单动功能下，每个部件的动作状态都是与数据发送单元102上的命令按钮一一对应；在遥控模式的联动功能下按照已学到的上管记录或卸管记录，顺序单步执行每个动作实现一键上、卸管操作。在学习模式下，通过遥控单动功能，执行每个动作，控制器104对学习过程进行记录。
结合图2、图3说明具体工作过程：由于所有的动作都是开关量控制，此处不必一一说明，以图6卸管中操作“翻转执行”动作为例，在通常情况下，即系统压力为14mpa，流量为80l/min，泵排量为60ml/r，机械无卡阻。首先将工作模式打到遥控，当数据发送单元上的“翻转执行”按钮按下之后，plc从数据接收单元接收到该命令，对应的输出点会有高电平输出，该高电平作用到翻转电磁阀上，使翻转电磁阀向右换位，此时翻转缸无杆腔进油有杆腔回油，表现为液缸伸出，由于液缸活塞杆一端与翻转机构相连，会带动翻转机构向一边翻转。当数据发送单元上的“翻转执行”按钮松开之后，数据接收单元不再给plc发送“翻转执行”命令，plc对应的输出点不再有高电平输出，翻转电磁阀在复位机构作用下，会恢复到中间关闭状态，此时翻转缸无杆腔没有液压油进入，有杆腔也没有液压油流出，液缸保持当前状态不再动作，翻转机构也会保持当前状态。
当一个动作执行完成后，按顺序以上述同样的方式执行下一动作，直到上管或卸管的所有动作都执行完，则上管或卸管执行完成。
在修井机猫道处于动作过程中，如果急停单元101有急停触发，则系统保持当前状态，停止一切动作。
根据本发明实施例的修井机动力猫道的控制系统，实现了本地应急操作、远控操作、学习操作及急停功能，相比于现有的修井机电控装置功能更加完善。
该修井机猫道可输送管柱范围
一种修井机动力猫道控制系统的控制方法，如图4所示，包括以下步骤：
步骤s401：初始化
将控制器104的输入、输出区以及用于记录标号和时间的特殊标记位进行复位操作；
步骤s402：数据获取；
数据接收单元103接收来自数据发送单元102发送的指令，控制器104接收来自数据接收单元103接收到的指令；
步骤s403：急停触发；
不间断扫描急停信号，如果检测到急停信号则停止当前一切动作，如果未检测到急停信号则正常执行；
步骤s404：根据模式选择，执行相应的动作；
根据本地、遥控和学习模式的选择旋钮来确定相应的工作模式；对于本地模式包括手动应急操作，当遥控模式出现故障时或数据发送单元102发送数据不被数据接收单元103所接收，用于手动应急操作；遥控模式包括单动功能和联动功能，单动功能是一对一的，即数据发送单元102发送一个指令，控制器104就输出相应的动作命令；联动功能，即按照学习记录，顺序动作各个部件，联动功能还设有一键自动操作，以一键上管为例，如图5所示，如果学习成功，则首先执行图5中的第0步，然后按照head＝(head+1)％10原则顺序向下执行，当执行完某一步head＝＝end时一键上管流程结束。学习模式包括通过所述遥控模式的单动功能来执行学习流程和记录学习过程。
步骤s405：判断执行是否完成；
在遥控模式下，动作执行完成，则执行结束，动作执行未完成，则循环至步骤s402继续执行；单动某个部件时，如果数据接收器没有接收到数据发送器的命令，则表示单动完成，则执行结束；如果是一键自动操作，当head＝＝end时一键上管流程或一键卸管流程执行完成，则执行结束。反之，如果某个部件单动并且数据接收器一直处于接收数据状态或一键自动过程中如果head＜＞end，则一键自动未完成，则继续执行。
注释：＜＞是不等于符号，＝表示赋值，＝＝表示等于。
步骤s404中，一种修井机动力猫道控制系统中学习模式下的学习方法包括以下步骤：
步骤s701：学习模式；
模式选择旋钮指向“学习”；
步骤s702：执行学习流程，记录学习过程；
学习方案的确定：以上管学习为例，设操作集s＝{翻转执行，提管上升，翻转复位，提管下降，举升上升，滑车前进，助滑上升，助滑下降，滑车后退，举升下降}，对于s的选择方案为s的10排列，即
在每次学习开始，预先划分出m元素的学习存储区，学习存储区包括动作执行流程，设定开始标号head和结束标号end，其值开始都指向-1。end按照end＝(end+1)％m执行，每执行一个动作将动作代号保存到end所指的元素当中，当end＝＝m-1时，end保持不变；此外，采用定时器记录每个动作执行时间以及前一动作结束时刻到当前动作开始时刻的间隔时间，同时，可以学习记录一键自动操作，一键自动操作包括按照学习记录，顺序执行各个部件动作，则先执行学习存储区的0元素，然后按照head＝(head+1)％m原则顺序向下执行，当执行完某个动作后head＝＝end时则认为一键自动操作执行完成。
注释：m是大于0的整数，其代表完成一次上管流程或卸管流程所要执行的步数；
公式end＝(end+1)％m表示，每一次执行完当前的动作end值会改变，改变的方法是给自身加1，然后对m求余数，所得的结果再给end。
步骤s703：判断学习步骤是否正确；
通过对比学习存储区与学习模板，判断学习是否正确；如果end满足(end＞-1&&(end+1)％m＝＝0)，并且每一元素值与学习模板对应相同，则学习成功，保留学习记录，同时学习标号head＝0，否则，清除学习记录，同时学习标号head＝-1并且end＝-1。以上管学习为例，如果上管学习的end满足(end＞-1&&(end+1)％10＝＝0)，并且第一元素值为翻转执行，第二元素值为提管上升，第三元素值为翻转复位，第四元素值为提管下降，第五元素值为举升上升，第六元素值为滑车前进，第七元素值为助滑上升，第八元素值为助滑下降，第九元素值为滑车后退，第十元素值为举升下降，则认为上管学习成功，转s704，否则，上管学习失败，转s705。卸管学习正确性判断同上管学习。
公式(end＞-1&&(end+1)％m＝＝0)表示，学习成功时，end必须满足两个条件，一个是end值必须大于-1，一个是end+1后对m求余所得的结果等于0。
步骤s704：保留学习过程；
存储学习记录，并且学习标号head＝0；
步骤s705：清除学习过程；
清除学习记录，并且学习标号head＝-1；end＝-1。
通过具有学习功能的修井机动力猫道控制系统以及提供的控制方法，操作者可自行通过“示教”方式让该控制系统学习作业动作顺序及动作时长，此外，通过一对一的单动功能和一键自动操作功能，极大地提高了自动作业效率，也提高了作业动作执行的准确度，同时保证了作业的安全性和稳定性。