帶壓修井作業(yè)裝置機(jī)器人智能控制系剖析

1、帶壓修井作業(yè)裝置機(jī)器人智能控制系統(tǒng)操作過程方案說明（對(duì)電子系統(tǒng)）2015 年 12 月 20 日帶壓修井作業(yè)裝置機(jī)器人智能控制系統(tǒng)操作過程， 正常操作時(shí)， 涉及電氣控 制部分的說明如下：一、起油管過程：其中，每個(gè)動(dòng)作的控制過程，根據(jù)整個(gè)智能修井系統(tǒng)的工作過程，PLC系統(tǒng)首先接收到每個(gè)相應(yīng)位置的位置傳感器的信號(hào)， 經(jīng)過程序，發(fā)出控制該系統(tǒng)的液 壓控制閥的信號(hào)，再控制液壓油缸，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，到達(dá)下一個(gè)動(dòng)作過程； 這 里，特別需要注意的是：因?yàn)橹魃涤透资莾晒?jié)活塞桿組成的系統(tǒng)，控制速度 比較平穩(wěn)的升降過程，是比較復(fù)雜的； （詳見楊穎輝編寫的“機(jī)械手主升降油缸 液壓控制原理分析” ）。1、修井機(jī)提升

2、油管系統(tǒng)開始工作 一移動(dòng)卡瓦卡上“2S、固定卡瓦打開“ 2S （這時(shí)主升降油缸的機(jī)械手手臂中心停在提升系統(tǒng)上承載平臺(tái)的位置 “信號(hào)由主 升降油缸拉線磁性絕對(duì)值位移傳感器給出、 ：（4800+400）mm 處，機(jī)械手手爪為 全部張開狀態(tài)“在機(jī)械手手爪機(jī)構(gòu)上安裝位移傳感器，給出相應(yīng)的位置信號(hào)、 ） 提升系統(tǒng)第一次上升3400mm,到頂端，發(fā)出一個(gè)上死點(diǎn)信號(hào)（在此，提升系 統(tǒng)需要停留時(shí)間“？” 一固定卡瓦卡上“ 2S”、移動(dòng)卡瓦打開“ 2S”；（第一根油 管的起出，要編出一個(gè)相應(yīng)的程序） ；2、提升系統(tǒng)下降3400mm“包括第1條中的上升過程，上升、下降用時(shí)33S” , 發(fā)出一個(gè)下死點(diǎn)信號(hào)一移動(dòng)卡瓦

3、卡上“ 2S” 一固定卡瓦打開“ 2S” 一提升系統(tǒng)第 二次上升3400mm,到頂端發(fā)出第二個(gè)上死點(diǎn)信號(hào)，固定卡瓦卡上“ 2S”一移動(dòng) 卡瓦打開“ 2S、 ；3、提升系統(tǒng)下降（同時(shí)控制液壓閥，使機(jī)械手手爪合成扶正狀態(tài)“應(yīng)在手爪上設(shè)置位置傳感器”）到3400mm,發(fā)出一個(gè)下死點(diǎn)信號(hào)，移動(dòng)卡瓦卡上“2S 固定卡瓦打開“2S;也可以先機(jī)械手手爪合成扶正狀態(tài)， 然后提升系統(tǒng)下降；4、提升系統(tǒng)第三次上升 3400mm,發(fā)出一個(gè)上死點(diǎn)信號(hào)一提升系統(tǒng)慢速下 降（所用時(shí)間？）、當(dāng)接箍探測(cè)器測(cè)量到信號(hào)時(shí)（具體所用時(shí)間？）固定卡瓦 卡上“ 2S”一移動(dòng)卡瓦打開“ 2S” 一提升系統(tǒng)下降到下死點(diǎn)（所用時(shí)間？），發(fā)

4、出一個(gè)下死點(diǎn)信號(hào)；5、這時(shí)，鐵鉆工和墊叉向前移動(dòng)“ 2S”一鐵鉆工和墊叉的夾油管中心和井 口中心重合一背鉗（夾緊鉗）夾緊接箍“ 2S沖扣鉗夾緊油管“ 2S沖扣鉗 開始沖扣（當(dāng)油管松開后，由液壓壓力傳感器給出信號(hào)）“ 3S沖扣鉗松開“2S旋扣鉗夾緊油管“ 2S旋扣鉗開始卸扣“ 12S（是計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到20圈，還 是用其它辦法確定是否卸完扣？） ，旋扣鉗停止；大約用時(shí) 24S6、主升降油缸機(jī)械手夾緊油管 “2S”（ 依據(jù)手爪機(jī)構(gòu)上安裝的液壓壓力傳感 器取得的數(shù)據(jù)確定） 鐵鉆工系統(tǒng)退回原位（墊叉應(yīng)該不動(dòng) ?）“2S”；7、殘液收集器移動(dòng)到油管中心“ 3S殘液收集器關(guān)閉“ 2S”一收集殘液 “ 10S,

5、收集完了一殘液收集器打開“ 2S退回到原位“ 3S”；8、主升降油缸機(jī)械手上升100mm （要求油管轉(zhuǎn)位180度時(shí)，不和接箍測(cè)試 系統(tǒng)打架，將原定的 70mm 修改為 100mm）“2S”；9、主升降油缸機(jī)械手旋轉(zhuǎn)180度“ 4S” 一旋轉(zhuǎn)90度“ 6S”；10、在主升降油缸機(jī)械手系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)“ 2s”后，提升系統(tǒng)提升下一根油管，必 須保證主升降油缸機(jī)械手在提升系統(tǒng)第二次上升時(shí)主升降油缸機(jī)械手回到上一 次的原位（手爪中心和井口中心重合處） ；11、主升降油缸機(jī)械手下降到離地面 7200mm處“ 8S提升機(jī)上升到離地 面7200mm處“ 10S（這時(shí)提升機(jī)在7200mn處待命，這個(gè)10S可以不計(jì)算在

6、內(nèi)） 兩個(gè)機(jī)械手中心重合（各自發(fā)出信號(hào)）“2S”一提升機(jī)機(jī)械手抓緊油管“ 2S 主升降油缸機(jī)械手松開油管“ 2S”；以上為 14S；12、提升機(jī)機(jī)械手下降到油管架“ 10S收到油管架的位置信號(hào)“時(shí)間？” 將油管放到油管架上“ 2S”一同時(shí)主升降油缸機(jī)械手上升到 4800mm處“ 16S（這里的控制過程比較復(fù)雜，重點(diǎn)討論）一 提升機(jī)上升到7200mm處“ 10S”這兩個(gè)時(shí)間是重疊的，按16S計(jì)算；13、主升降油缸機(jī)械手旋轉(zhuǎn)90度“6S旋轉(zhuǎn)180度“4S”準(zhǔn)備起下一根 油管；以上只是起油管操作過程的描述，整個(gè)控制系統(tǒng)，由PLC控制器的控制軟件和硬件系統(tǒng)，對(duì)相應(yīng)各處的位置傳感器給PLC發(fā)出信號(hào)，經(jīng)過

7、PLC控制系統(tǒng)，控制相應(yīng)的液壓控制閥，再控制對(duì)應(yīng)的油缸，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，完成各個(gè)工作 過程；由電子控制系統(tǒng)人員進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。二、下油管過程下油管是起油管過程的反向動(dòng)作，但細(xì)節(jié)不完全一樣，敘述如下：1、提升機(jī)機(jī)械手從油管架上抓住油管 “2S（定要求保證機(jī)械手手爪中心離油管底部為4800mm）上升到離地面7200mm高處“ 10S”這時(shí)主升降油缸 機(jī)械手處于水平位置， 停留在 7200mm 處、主升降油缸機(jī)械手手爪抓緊油管 “2S”提升機(jī)機(jī)械手手爪松開油管“ 2S提升機(jī)下降到油管架“ 10S接下一根 油管“2S”一再上升到7200mm處“ 10S;2、主升降油缸機(jī)械手手爪抓緊油管上升到（4800+

8、400+100） mm處“ 16S 旋轉(zhuǎn)90度“ 6S旋轉(zhuǎn)180度“ 4S；3、主升降油缸機(jī)械手慢速下降 （占用時(shí)間？），將油管底部放到接箍孔內(nèi) （這 時(shí)，墊叉應(yīng)該還在油管中心） ；此時(shí)提升系統(tǒng)處于等待狀態(tài)，占用時(shí)間不影響工 作；4、 這時(shí)，鐵鉆工向前移動(dòng)，鐵鉆工的夾油管中心和井口中心重合“2S”夾緊鉗夾緊接箍“ 2S沖扣鉗松開油管“ 2S旋扣鉗夾緊油管“ 2S”一開始 上扣（計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到 12圈“不要了”、由液壓壓力傳感器發(fā)出相似扭矩值的信號(hào)）“ 12S達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)扭矩時(shí)，旋扣鉗停止；5、松開所有鉗口“ 3S鐵鉆工退回原位“ 2S墊叉退回原位“ 2S;&提升系統(tǒng)，移動(dòng)卡瓦夾緊油管“ 2S”一固定

9、卡瓦松開“ 2S”一主升降油 缸機(jī)械手松開油管（處于扶正狀態(tài)）“2S;由主升降油缸機(jī)械手機(jī)構(gòu)中，設(shè)置的 位置傳感器確定手爪的具體位置；7、 提升系統(tǒng)第一次下降3400mm,到達(dá)下死點(diǎn)（發(fā)出信號(hào)）一固定卡瓦卡 上“2S移動(dòng)卡瓦松開“ 2S提升系統(tǒng)上升3400mm；這里，整個(gè)的占用時(shí) 間不超過33S,就不影響每個(gè)修井過程的工作占用時(shí)間。8、提升系統(tǒng)移動(dòng)卡瓦卡上“ 2S固定卡瓦松開“ 2S機(jī)械手手爪松開， 處于扶正狀態(tài)“ 2S”一提升系統(tǒng)第二次下降3400mm；到達(dá)下死點(diǎn)，提升系統(tǒng)傳 感器發(fā)出信號(hào)（由提升系統(tǒng)中的磁致位移傳感器取得） ；9、提升系統(tǒng)固定卡瓦卡上“ 2S”一移動(dòng)卡瓦松開“ 2S提升系統(tǒng)

10、上升到 3400mm,測(cè)量到接箍信號(hào)時(shí)（占用時(shí)間，在接箍測(cè)試裝置確定后確認(rèn)）一移動(dòng) 卡瓦卡上“ 2S固定卡瓦松開“ 2S”10、提升系統(tǒng)下降到下死點(diǎn)，同時(shí)主升降油缸機(jī)械手旋轉(zhuǎn)180度“4S旋轉(zhuǎn)90度“6S”一主油缸機(jī)械手系統(tǒng)，下降到 7200mm處，準(zhǔn)備接下一根油管； 這時(shí)提升機(jī)機(jī)械手應(yīng)該抓著油管，等在 7200mn處；三、在手工操作時(shí)在整個(gè)的起、下油管過程中， 每口油井都會(huì)遇到有短接的情況， 這時(shí)全部過 程采用手動(dòng)來處理， 其工作過程如下 （過程中， 每個(gè)動(dòng)作所占用的時(shí)間和以上智 能工作過程是一樣的，這里就不詳細(xì)的一一標(biāo)注了） ：一、起油管過程1、短接小于 5000mm 時(shí)（一般情況都是這種

11、狀態(tài)） ，短接在油管頂部（井 口不卸），把油管直接卸下，這時(shí)，主升降油缸機(jī)械手手臂中心停留在 5800mm 處，鐵鉆工卸油管、殘液收集器收集殘液等所有操作過程由人工實(shí)現(xiàn)；2、個(gè)別情況，短接大于 5000mm 時(shí)，單獨(dú)人工操作卸下；這時(shí)的工作過程 是：A、提升系統(tǒng)將短接提升3400mm固定卡瓦卡上一移動(dòng)卡瓦打開；B、提升系統(tǒng)下降一到達(dá)下死點(diǎn)、發(fā)出信號(hào) 一移動(dòng)卡瓦卡上一固定卡瓦打 開；C、提升系統(tǒng)上升、到達(dá)上死點(diǎn)、發(fā)出信號(hào) 一固定卡瓦卡上一移動(dòng)卡瓦松 開；D、提升系統(tǒng)下降、發(fā)出下死點(diǎn)信號(hào)一主升降油缸機(jī)械手手爪合上（處于 扶正狀態(tài)），如果測(cè)試到接箍型號(hào)，提升系統(tǒng)移動(dòng)卡瓦卡上 固定卡瓦松開 提 升系統(tǒng)

12、下降到下死點(diǎn) （整個(gè)的操作過程和電子控制操作過程一樣， 只不過全部是 由人工來實(shí)現(xiàn)）；E、進(jìn)行鐵鉆工卸油管、殘液收集器收集殘液、主升降油缸機(jī)械手上升 100mm、主升降油缸機(jī)械手旋轉(zhuǎn)180度、90度、主升降油缸機(jī)械手下降到離地 面 7200mm 處、提升機(jī)上升到離地面 7200mm 處，主升降油缸機(jī)械手將油管交 接給提升機(jī)機(jī)械手，由提升機(jī)機(jī)械手將油管下放到油管架上；F、重復(fù)以上的動(dòng)作過程；在短接處理完后，再進(jìn)入智能操作過程。二、下油管過程1、短接小于 5000mm 時(shí)，提升機(jī)機(jī)械手將上好短接的油管夾緊 （油管底部 在主升降油缸機(jī)械手中心的 5900mm 處）提升機(jī)上升到離地面 7200mm 處

13、 主升降油缸機(jī)械手下降到離地面 7200mm 處，接著油管，上升到 5900mm 處；2、主升降油缸機(jī)械手旋轉(zhuǎn)90度、旋轉(zhuǎn)180度一慢速下降100m m,鐵鉆工 進(jìn)入上扣過程；在油管到接箍底部以后,主升降油缸機(jī)械手系統(tǒng),機(jī)械手手爪松開（處于扶 正狀態(tài)）鐵鉆工前移, 開始上扣以后的過程, 全部轉(zhuǎn)到由智能控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。四、整個(gè)系統(tǒng)需要安裝傳感器的地方全套設(shè)備需要安裝傳感器的地方如下：1、提升系統(tǒng)中，在一個(gè)油缸內(nèi)部安裝一個(gè)磁致位置傳感器（對(duì)新安廠的系 統(tǒng)，測(cè)量距離為o 3600mm、對(duì)其它廠的修井機(jī)，根據(jù)實(shí)際情況確定）；這樣， 提升系統(tǒng)位移就能做到連續(xù)測(cè)量和控制； 定為：外置導(dǎo)柱式 （在導(dǎo)柱管內(nèi)裝

14、磁致 傳感器或其它位移傳感器） ； 1 個(gè)2 、主升降油缸機(jī)械手系統(tǒng)，在導(dǎo)柱內(nèi)部安裝 0 10000mm的拉線磁性絕對(duì) 值傳感器； 1 個(gè)3 、接箍測(cè)量傳感器由株洲廠提供的渦流位置測(cè)量傳感器來實(shí)現(xiàn)（內(nèi)部設(shè)置 的傳感器，在和株洲廠討論后確定） ；前后移動(dòng)位置死點(diǎn)霍爾開關(guān)傳感器兩個(gè)；4、墊叉位置傳感器：安裝前后死點(diǎn)各一個(gè)霍爾電子開關(guān)位置傳感器；5 、鐵鉆工系統(tǒng)的各種傳感器，在鐵鉆工系統(tǒng)中單獨(dú)討論；討論定為：A 、在沖孔鉗的沖孔油缸機(jī)構(gòu)上安裝一個(gè)轉(zhuǎn)位傳感器（磁性絕對(duì)值轉(zhuǎn)位傳感 器）、同時(shí)在沖孔夾緊油缸上安裝一個(gè)液壓壓力傳感器；B 、夾緊鉗（背鉗）上安裝一個(gè)液壓壓力傳感器；C 、旋扣鉗上安裝一個(gè)液壓壓

15、力傳感器， 卸扣過程如何加測(cè)量機(jī)構(gòu) （保證扣全 部卸開），大家考慮后確定；D 、鐵鉆工前后移動(dòng)位置霍爾電子開關(guān)傳感器兩個(gè)；E 、鐵鉆工上下移動(dòng)連續(xù)測(cè)量位移傳感器 （可以考慮由油缸廠， 在油缸內(nèi)安裝 磁致位移傳感器） ；6 、殘液收集器系統(tǒng)的各種傳感器，待確定；設(shè)置兩組（起始點(diǎn)共 4 個(gè)）死 點(diǎn)霍爾開關(guān)傳感器；7 、轉(zhuǎn)位 180 度上、下死點(diǎn)各一個(gè)霍爾電子開關(guān)位置傳感器；8 、轉(zhuǎn)位 90 度上、下死點(diǎn)各一個(gè)霍爾電子開關(guān)位置傳感器；9 、主升降油缸機(jī)械手系統(tǒng)，以機(jī)械手手爪中心為準(zhǔn)，離地面7200mm（兩個(gè)機(jī)械手交接油管控制信號(hào) ）、用主升降油缸機(jī)械手系統(tǒng)的拉線傳感器信號(hào)來代替；10、提升機(jī)系統(tǒng)，以

16、機(jī)械手手爪中心為準(zhǔn)，離地面 7200mm處安裝一個(gè)霍 爾電子開關(guān)位置傳感器；提升機(jī)系統(tǒng)，以機(jī)械手手爪中心為準(zhǔn)，離地面700mm處安裝一個(gè)霍爾電子開關(guān)位置傳感器（提升機(jī)機(jī)械手將油管放到油管架上的信 號(hào)）；如果是放兩、三層，就要在不同的高度安裝霍爾電子開關(guān)位置傳感器。11 、主升降油缸機(jī)械手手爪上安裝的位置信號(hào)：A、張開直徑73mm時(shí)寸的位置；B、張開直徑（73+6） mm寸的位置；C、張開直徑89mm寸的位置；D張開直徑114mm寸的位置；E、全部張開時(shí)的位置；采用連續(xù)旋轉(zhuǎn)位置傳感器并有液壓壓力傳感器， 共 2 個(gè)（具體辦法另定） ；12、提升機(jī)機(jī)械手手爪上安裝的位置信號(hào)：A、張開直徑73mm時(shí)

17、的位置；B、張開直徑（73+6） mm時(shí)的位置；C、張開直徑89mm時(shí)的位置；D張開直徑114mm時(shí)的位置；E、全部張開時(shí)的位置；采用連續(xù)旋轉(zhuǎn)位置傳感器并設(shè)置液壓壓力傳感器， 共 2 個(gè)（具體辦法另定） ；13、油管架系統(tǒng)和提升機(jī)系統(tǒng)，在起、上油管的過程中：A 、起油管的過程：油管放到油管架上（油管架成斜坡狀：起始點(diǎn)為 700mm， 往下有 2-3 度的坡度）；短接的管架在油管架的中部，低于油管架，要考慮設(shè)置 什么位置信號(hào)來控制動(dòng)作？B 、上油管的過程：油管的底部到主升降油缸機(jī)械手中心的位置一定要嚴(yán) 格的定位在4900mn處，要考慮設(shè)置什么位置信號(hào)來控制動(dòng)作？說明：11項(xiàng)、主升降油缸機(jī)械手手爪； 12項(xiàng)、提升機(jī)機(jī)械手手爪要控制 位置，安裝的開關(guān)位置傳感器太多了， 可以考慮安裝位置編碼器； 為了適合直徑 73、89、114mm的全部工作過程，在機(jī)械手手爪液壓壓力傳感器給信號(hào)來綜合控 制；五、系統(tǒng)操作控制面板的設(shè)置系統(tǒng)操作控制面板的設(shè)置：考慮到修井操作工的習(xí)慣，面板上的動(dòng)作控制 開關(guān)全部為手掰開關(guān)（不用按鍵開關(guān)！ ）；面板上設(shè)有智能和手動(dòng)轉(zhuǎn)換總開關(guān) （修井機(jī)是自成系統(tǒng)的操作控制， 我們就 是從測(cè)到接箍時(shí)開始， 包括提升系統(tǒng)到達(dá)