一种用于油田的自动化机器人缷水装置及控制方法与流程

本发明涉及油田机械技术技术领域，是一种用于油田的自动化机器人缷水装置及控制方法。

背景技术：

当前国际油价持续低位运行，石油公司生产成本压力大：井站人工值守、巡检车辆，均耗费成本，提效增效成果不大；油区所处地理环境复杂，有些油区位于胡杨林、农田、牧场、水域等环境敏感地带，环境污染风险较高；职工接触有毒物质机会较多，职工人身健康难免受到影响。为此，石油公司必将加大成本投入，例如在保障生产运行、环境保护、及职工人身安全等方面的投入。过高的成本投入，使石油行业收益甚微，为了减少成本投入，节能降耗势在必行。

利用注水设备把质量符合要求的水从注水井注入油层，以保持油层压力，这个过程称为油田注水。目前油田的注水装置大部分是简易的注水撬，需要人工值守来进行相关的泵的启停以及注水量统计。这种方式占用人员较多，耗费人力财力，不适合现阶段的注水作业。根据注水井高压流程现场实际情况，采用原注水流程。在原有卸水流程基础上，增加一套可远程操控的机械手臂，取代原有人工卸水作业；增加一套无线数据传输系统或无线网桥进行数据传输、指令下达，以此解决自动化注水井口管网水量不足的情况下人工卸水的需求。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于油田的自动化机器人缷水装置及控制方法，其克服了现有技术之不足，提供一种工序简单、高机械化、自动化、卸水便捷的油田卸水装置。

本发明是通过以下技术措施来实现的：

一种用于油田的自动化机器人缷水装置及控制方法，包括一号液压马达、蜗轮蜗杆减速器、支座、机械大臂、二号液压缸、机械小臂、旋转臂、三号液压缸、一号液压缸、固定支座、二号液压马达、回转台、有轨滑轮、无轨滑轮；其特征在于：所述缷水装置包括回转台、机械大臂、机械小臂、旋转臂；所述回转台包括一号马达、二号马达、一号液压缸、蜗轮蜗杆减速器、支座和固定支座；所述一号马达与蜗轮蜗杆减速器连接并固定在回转台后侧；所述二号马达在支座和一号液压缸中间位置，使用螺栓连接固定在大臂上；所述支座一端使用螺栓连接固定在回转台上，另一端则通过销轴与机械大臂连接；所述固定支座一端使用螺栓连接固定在回转台上，另一端与一号液压缸相连。

下面是对上述发明技术方案的进一步的优化和/或改进：

优选的，所述支座一端通过螺栓连接固定在回转台上，其另一端通过销轴连接机械大臂，销轴由卡簧固定。

优选的，所述固定支座一端通过螺栓连接固定在回转台上，另一端通过销轴的连接方式与一号液压缸相连。所述的机械大臂、机械小臂和旋转臂内部都包括有轨滑轮和无轨滑轮；以及包括二号液压缸和三号液压缸。

优选的，所述有轨滑轮上设计有轨道，安装在机械臂内的底端位置，无轨滑轮安装在机械臂内的顶端位置，滑轮均由销轴固定在机械臂内，销轴由卡簧固定位置。

优选的，所述机械大臂和机械小臂相连，它们之间安装有二号液压缸，机械小臂的固定由自身重力及三号液压缸确定；机械小臂和旋转臂由两根销轴相连，销轴由卡簧固定，在机械小臂的下表面与旋转臂的下表面均设计有固定支座，用来连接三号液压缸，其连接方式是通过销轴与固定支架连接，销轴由卡簧固定。

优选的，所述有轨滑轮通过销轴连接在机械大臂、机械小臂和旋转臂内部，无轨滑轮通过销轴连接固定在机械大臂、机械小臂和旋转臂内部。

优选的，所述二号液压缸通过销轴连接的方式一端连接机械大臂，另一端连接机械小臂；机械小臂和旋转臂也通过销轴连接的方式进行连接，三号液压缸通过销轴连接的方式一端连接机械小臂，另一端连接旋转臂。

本发明结构合理而紧凑，本发明提供一种工序简单、高机械化、自动化、卸水便捷的油田卸水装置，有效的解决了现有技术的工序复杂、成本高、技术落后、缷水不便等问题。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的整体结构后视图；

图3为本发明的整体结构俯视图；

图4为本发明采用的缷水装置中无轨滑轮的示意图；

图5为本发明采用的缷水装置中有轨滑轮的示意图；

图6为本发明采用的缷水装置中支座的示意图；

图7为本发明采用的缷水装置中底座支架的示意图；

图8为本发明采用的缷水装置中机械小臂的示意图；

图9为本发明采用的缷水装置中机械大臂的示意图；

图10为本发明采用的缷水装置中旋转臂的示意图。

附图中的编码分别为：1、一号液压马达；2、蜗轮蜗杆减速器；3、支座；4、机械大臂；5、二号液压缸；6、机械小臂；7、旋转臂；8、三号液压缸；9、一号液压缸；10、固定支座；11、二号液压马达；12、回转台；13、有轨滑轮；14、无轨滑轮。

具体实施方式

本发明不受下列实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式行描进述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是根据说明书附图1的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本发明做进一步的描述：

如图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10所示，一种用于油田的自动化机器人缷水装置及控制方法，包括一号液压马达1、蜗轮蜗杆减速器2、支座3、机械大臂4、二号液压缸5、机械小臂6、旋转臂7、三号液压缸8、一号液压缸9、固定支座10、二号液压马达11、回转台12、有轨滑轮13、无轨滑轮14；其特征在于：所述缷水装置包括回转台12、机械大臂4、机械小臂6、旋转臂7；所述回转台12包括一号马达、二号马达、一号液压缸9、蜗轮蜗杆减速器2、支座3和固定支座10；所述一号马达与蜗轮蜗杆减速器2连接并固定在回转台12后侧；所述二号马达在支座3和一号液压缸9中间位置，使用螺栓连接固定在大臂上；所述支座3一端使用螺栓连接固定在回转台12上，另一端则通过销轴与机械大臂4连接；所述固定支座10一端使用螺栓连接固定在回转台12上，另一端与一号液压缸9相连。

所述的机械大臂4、机械小臂6和旋转臂7内部都包括有轨滑轮13和无轨滑轮14，如图2、图3所示。以及包括二号液压缸5和三号液压缸8。有轨滑轮13上设计有轨道，该轨道的功能有：一是减小抽水水管传动时的摩擦力，二是在抽水水管运动时，具有导向作用，如图5所示，安装在机械臂内部的底端位置，无轨滑轮14安装在机械臂内部的顶端位置，具有固定抽水水管的功能，如图4所示。机械大臂4和机械小臂6通过二号液压缸5相连，机械小臂的固定由自身重力及三号液压缸确定。机械大臂和机械小臂的上表面都设计有用来固定的支座，同样的机械大臂、机械小臂以及旋转臂的下表面都设计有用来固定的支座，用来连接液压缸，其连接方式是通过销轴与固定支架连接，销轴由卡簧固定。机械小臂的侧面设计有安装孔，如图8所示，机械小臂6和旋转臂7相连，为将旋转臂与机械小臂相连，在旋转臂相应位置设计有安装孔，如图10所示，在机械小臂6的下表面与旋转臂7的下表面连接着三号液压缸8。卸水机器人在作业时，四个自由度分别对应机器人的前后移动，上下移动，左右移动，末端对准灌装口的运动。

该油田机器人缷水方法具体如下：

控制系统采用计算机和使用组态王设计开发的人机交互界面组成上位机，西门子s7-200plc及扩展模块em235组成下位机，以dtu作为远程传输设备，可以对现场采集数据并控制机器人关节的运动。

步骤一、当水罐车到达指定地点后，工作人员远程遥控。plc通过电磁换向阀来控制一号液压缸9、二号液压缸5和三号液压缸8的伸缩动作以实现机械大臂4、机械小臂6和旋转臂7的运动。plc地址分配：cpu226cn作为主控制器，根据机械臂动作要求，分析系统控制逻辑关系，编写相应控制程序。在程序中需要识别干扰信号，避免干扰信号引起机械臂的误动作。使用了plc上面的13个点完成控制功能，具有共13个输出点控制机械大臂4升降，旋转臂7升降，机械小臂6伸缩运动，抽水水管伸收，回转台12的伸缩及溢流阀的通断。

步骤二、当水罐车停靠位置距离规定的位置存在误差时，工作人员通过远程操作人机交互界面调节误差。上位机通过下位机plc控制卸水机器人回转台12旋转带动整个机械臂进行运动，旋转范围是360°，可用来调节罐车停靠位置的前后误差；通过下位机plc控制机械大臂4绕支座3旋转，可实现0°~+15°的平面回转运动，用来调节旋转臂7末端的高度；通过下位机plc控制机械小臂6通过二号液压缸5沿机械大臂4本体移动，可实现-25~+25cm的平面平移运动，用来调节罐车停靠的左右误差；通过下位机plc控制旋转臂7沿机械小臂6旋转，轴线与机械大臂4的平行，可实现0°~+90°的平面回转运动。

步骤三、plc与上位机组态软件通过dtu作为远程传输设备，将串口数据转换为ip数据或将ip数据转换为串口数据通过无线通信网络传送给上位机。在力控组态界面上，能从自动化过程和装备中采集各种信息，并将信息以图形化等更易于理解的方式进行显示，将重要的信息以各种手段传送给相关人员，对信息执行必要分析处理和存储，发出控制指令。从而用户从人机交互界面下达的指令，通过下位机plc控制将旋转臂7末端伸到水罐车前部灌装口上方，通过传感器确定旋转臂7距离罐体上表面不大于10厘米的地方，保持机械臂的动作。

步骤四、用户从人机交互界面下达让一号液压马达1带动固定有链条的抽水水管缓慢下伸的指令，通过em235搜集水位传感器信号，并传送给下位机plc进行水位数据的采集。从而实现将抽水水管向水罐车内输送到液面下50厘米的工作，然后通过下位机plc控制，停止输送。

步骤五、启动抽水泵，在抽水过程中，保持机械大臂4、机械小臂6和旋转臂7位置不动，通过下位机plc控制缓慢的继续输送抽水水管，直至完成抽取工作。

步骤六、用户通过人机交互界面下达收回抽水水管指令，通过下位机plc控制一号液压马达1工作收回抽水水管，将回转台12旋转90度或270度复位。

为确保注水机器人能够高效可靠地运行，机械臂控制系统具备以下功能:1单步运行，即机械臂每次只完成一步动作;2具备用户权限设置，限制未授权人员对机械臂的操作，减少误操作事件的发生概率;3故障报警，当系统出现故障或发生误操作时，给用户及时的报警信息，提醒用户。

控制方法总结：

plc地址分配：cpu226cn作为主控制器，根据机械臂动作要求，分析系统控制逻辑关系，编写相应控制程序。在程序中需要识别干扰信号，避免干扰信号引起机械臂的误动作。具有共13个输出点控制机械大臂4升降，旋转臂7升降，机械小臂6伸缩运动，抽水水管伸收，回转台12的伸缩及溢流阀的通断。em235搜集水位传感器信号，并传送给下位机plc进行水位数据的采集。

plc与上位机组态软件通过dtu作为远程传输设备，将串口数据转换为ip数据或将ip数据转换为串口数据通过无线通信网络传送给上位机。在力控组态界面上，能从自动化过程和装备中采集各种信息，并将信息以图形化等更易于理解的方式进行显示，将重要的信息以各种手段传送到相关人员，对信息执行必要分析处理和存储，发出控制指令。

为确保注水机器人能够高效可靠地运行，机械臂控制系统具备以下功能:1单步运行，即机械臂每次只完成一步动作;2具备用户权限设置，限制未授权人员对机械臂的操作，减少误操作事件的发生概率;3故障报警，当系统出现故障或发生误操作时，给用户及时的报警信息，提醒用户。

本发明结构合理而紧凑，本发明提供一种工序简单、高机械化、自动化、卸水便捷的油田卸水装置，有效的解决了现有技术的工序复杂、成本高、技术落后、缷水不便等问题。

可根据实际需要对上述一种用于油田的自动化机器人缷水装置及控制方法进行进一步的优化或/和改进：

如图1、2、3所示，所述支座3一端通过螺栓连接固定在回转台12上，其另一端通过销轴连接机械大臂4，销轴由卡簧固定。

如图1、2、3所示，所述固定支座10一端通过螺栓连接固定在回转台12上，另一端通过销轴的连接方式与一号液压缸9相连。所述的机械大臂4、机械小臂6和旋转臂7内部都包括有轨滑轮13和无轨滑轮14；以及包括二号液压缸5和三号液压缸8。

如图1、2、3所示，所述有轨滑轮13上设计有轨道，安装在机械臂内的底端位置，无轨滑轮14安装在机械臂内的顶端位置，滑轮均由销轴固定在机械臂内，销轴由卡簧固定位置。

如图1、2、3所示，所述机械大臂4和机械小臂6相连，它们之间安装有二号液压缸5，机械小臂6的固定由自身重力及三号液压缸8确定；机械小臂6和旋转臂7由两根销轴相连，销轴由卡簧固定，在机械小臂6的下表面与旋转臂7的下表面均设计有固定支座10，用来连接三号液压缸8，其连接方式是通过销轴与固定支架连接，销轴由卡簧固定。

如图1、2、3所示，所述有轨滑轮13通过销轴连接在机械大臂4、机械小臂6和旋转臂7内部，无轨滑轮14通过销轴连接固定在机械大臂4、机械小臂6和旋转臂7内部。

如图1、2、3所示，所述二号液压缸5通过销轴连接的方式一端连接机械大臂4，另一端连接机械小臂6；机械小臂6和旋转臂7也通过销轴连接的方式进行连接，三号液压缸8通过销轴连接的方式一端连接机械小臂6，另一端连接旋转臂7。

以上技术特征构成了本发明最佳的实施例，其具有较强的适应性和最佳的实施效果，可根据实际需要增加或减少非必要的技术特征，来满足不同的需求。