帶壓修井作業(yè)裝置機器人智能控制系剖析

1、帶壓修井作業(yè)裝置機器人智能控制系統(tǒng)操作過程方案說明（對電子系統(tǒng)）2015年12月20日帶壓修井作業(yè)裝置機器人智能控制系統(tǒng)操作過程，正常操作時，涉及電氣控制部分的說明如下：、起油管過程:其中，每個動作的控制過程，根據整個智能修井系統(tǒng)的工作過程，PLC系統(tǒng)首先接收到每個相應位置的位置傳感器的信號，經過程序，發(fā)出控制該系統(tǒng)的液壓控制閥的信號，再控制液壓油缸，執(zhí)行相應的動作，到達下一個動作過程；這里，特別需要注意的是：因為主升降油缸是兩節(jié)活塞桿組成的系統(tǒng)，控制速度比較平穩(wěn)的升降過程，是比較復雜的；（詳見楊穎輝編寫的“機械手主升降油缸液壓控制原理分析”）。1、修井機提升油管系統(tǒng)開始工作移動卡瓦卡上“2S

2、”、固定卡瓦打開“2S”（這時主升降油缸的機械手手臂中心停在提升系統(tǒng)上承載平臺的位置“信號由主升降油缸拉線磁性絕對值位移傳感器給出”：（4800+400）mm處，機械手手爪為全部張開狀態(tài)“在機械手手爪機構上安裝位移傳感器，給出相應的位置信號”）一提升系統(tǒng)第一次上升3400mm,到頂端，發(fā)出一個上死點信號（在此，提升系統(tǒng)需要停留時間“？”固定卡瓦卡上“2S”、移動卡瓦打開“2S”；（第一根油管的起出，要編出一個相應的程序）；2、提升系統(tǒng)下降3400mm“包才S第1條中的上升過程，上升、下降用時33S”,發(fā)出一個下死點信號一移動卡瓦卡上“2S”一固定卡瓦打開“2S”一提升系統(tǒng)第二次上升3400mm

3、,到頂端發(fā)出第二個上死點信號，固定卡瓦卡上“2S”一移動卡瓦打開“2S”；3、提升系統(tǒng)下降（同時控制液壓閥，使機械手手爪合成扶正狀態(tài)“應在手爪上設置位置傳感器”）到3400mm，發(fā)出一個下死點信號，移動卡瓦卡上“2S”固定卡瓦打開“2S”；也可以先機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)出一個上死點信號一提升系統(tǒng)慢速下降（所用時間？）、當接箍探測器測量到信號時（具體所用時間？）固定卡瓦卡上“2S”一移動卡瓦打開“2S”一提升系統(tǒng)下降到下死點（所用時間？），發(fā)出一個下死點信號；5、這時，鐵鉆工和墊叉向前移動“2S”一鐵鉆工和墊叉的夾油管中心和井口中心重合一

4、背鉗（夾緊鉗）夾緊接箍“2S'一沖扣鉗夾緊油管"2S'一沖扣鉗開始沖扣（當油管松開后，由液壓壓力傳感器給出信號）“3S”沖扣鉗松開“2S”一旋扣鉗夾緊油管"2S'一旋扣鉗開始卸扣“12S'（是計數(shù)器計數(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24S6、主升降油缸機械手夾緊油管“2S”（依據手爪機構上安裝的液壓壓力傳感器取得的數(shù)據確定）鐵鉆工系統(tǒng)退回原位（墊叉應該不動?）“2S”；7、殘液收集器移動到油管中心"3S'殘液收集器關閉“2S”一收集殘液“10S',收集完了一殘液收集器打開"

5、2S'一退回到原位“3S”；8、主升降油缸機械手上升100mm（要求油管轉位180度時，不和接箍測試系統(tǒng)打架，將原定的70mm修改為100mm）“2S”；9、主升降油缸機械手旋轉180度“4S”旋轉90度“6S”；10、在主升降油缸機械手系統(tǒng)旋轉“2s”后，提升系統(tǒng)提升下一根油管，必須保證主升降油缸機械手在提升系統(tǒng)第二次上升時主升降油缸機械手回到上一次的原位（手爪中心和井口中心重合處）；11、主升降油缸機械手下降到離地面7200mm處“8S”提升機上升到離地面7200mm處"10S'（這時提升機在7200mmt待命，這個10S可以不計算在內）兩個機械手中心重合（各自發(fā)

6、出信號）“2S”提升機機械手抓緊油管“2S”主升降油缸機械手松開油管“2S”；以上為14S；12、提升機機械手下降到油管架“10S”收到油管架的位置信號“時間？”將油管放到油管架上“2S”一同時主升降油缶!機械手上升到4800mm處"16S'（這里的控制過程比較復雜，重點討論）一提升機上升到7200mm處"10S'這兩個時間是重疊的，按16S計算；13、主升降油缸機械手旋轉90度“6S”旋轉180度“4S”，準備起下一根油管；以上只是起油管操作過程的描述，整個控制系統(tǒng)，由PLC控制器的控制軟件和硬件系統(tǒng)，對相應各處的位置傳感器給PLC發(fā)出信號，經過PLC控制

7、系統(tǒng),控制相應的液壓控制閥，再控制對應的油缸，執(zhí)行相應的動作，完成各個工作過程；由電子控制系統(tǒng)人員進行具體設計。二、下油管過程下油管是起油管過程的反向動作，但細節(jié)不完全一樣，敘述如下：1、提升機機械手從油管架上抓住油管“2S'（一定要求保證機械手手爪中心離油管底部為4800mm）一上升到離地面7200mm高處“10S',這時主升降油缸機械手處于水平位置，停留在7200mm處、主升降油缸機械手手爪抓緊油管“2S”一提升機機械手手爪松開油管“2S'一提升機下P1到油管架“10S'一接下一根油管“2S”一再上升到7200mm處"10S'2、主升降油缸

8、機械手手爪抓緊油管上升到（4800+400+100）mm處“16S”一旋轉90度"6S'一旋轉180度“4S'3、主升降油缸機械手慢速下降（占用時間？），將油管底部放到接箍孔內（這時，墊叉應該還在油管中心）；此時提升系統(tǒng)處于等待狀態(tài)，占用時間不影響工作；4、這時，鐵鉆工向前移動，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'一沖扣鉗才&開油管“2S'一旋扣鉗夾緊油管“2S”一開始上扣（計數(shù)器計數(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）“12S”達到標準扭矩時，旋扣鉗停止；5、松開所有鉗口"3S一鐵鉆工

9、退回原位"2S'一墊叉退回原位"2S'6、提升系統(tǒng)，移動卡瓦夾緊油管“2S”一固定卡瓦松開“2S”一主升降油缸機械手松開油管（處于扶正狀態(tài)）“2S”；由主升降油缸機械手機構中，設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，到達下死點（發(fā)出信號）一固定卡瓦卡上“2S'移動卡瓦松開“2S'一提升系統(tǒng)上升3400mm；這里，整個的占用時間不超過33S,就不影響每個修井過程的工作占用時間。8、提升系統(tǒng)移動卡瓦卡上“2S'一固定卡瓦松開"2S'一機械手手爪松開,處于扶正狀態(tài)“2S”一提升系統(tǒng)第二次下降

10、3400mm；到達下死點，提升系統(tǒng)傳感器發(fā)出信號（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”一移動卡瓦松開“2S'一提升系統(tǒng)上升到3400mm，測量到接箍信號時（占用時間，在接箍測試裝置確定后確認）一移動卡瓦卡上“2S'一固定卡瓦松開“2S'10、提升系統(tǒng)下降到下死點，同時主升降油缸機械手旋轉180度“4S'一旋轉90度“6S”一主油缸機械手系統(tǒng),下降到7200mm處，準備接下一根油管；這時提升機機械手應該抓著油管，等在7200mmt;三、在手工操作時在整個的起、下油管過程中，每口油井都會遇到有短接的情況，這時全部過程采用手動來處理，其

11、工作過程如下（過程中，每個動作所占用的時間和以上智能工作過程是一樣的，這里就不詳細的一一標注了）：一、起油管過程1、短接小于5000mm時（一般情況都是這種狀態(tài)），短接在油管頂部（井口不卸），把油管直接卸下，這時，主升降油缸機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現(xiàn)；2、個別情況，短接大于5000mm時，單獨人工操作卸下；這時的工作過程是：A、提升系統(tǒng)將短接提升3400mm固定卡瓦卡上一移動卡瓦打開；B、提升系統(tǒng)下降一到達下死點、發(fā)出信號一移動卡瓦卡上一固定卡瓦打開；C、提升系統(tǒng)上升、到達上死點、發(fā)出信號一固定卡瓦卡上一移動卡瓦松開；D、提升系

12、統(tǒng)下降、發(fā)出下死點信號主升降油缸機械手手爪合上（處于扶正狀態(tài)），如果測試到接箍型號，提升系統(tǒng)移動卡瓦卡上固定卡瓦松開提升系統(tǒng)下降到下死點（整個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現(xiàn)）；E、進行鐵鉆工卸油管、殘液收集器收集殘液、主升降油缸機械手上升100mm、主升降油缸機械手旋轉180度、90度、主升降油缸機械手下降到離地面7200mm處、提升機上升到離地面7200mm處，主升降油缸機械手將油管交接給提升機機械手，由提升機機械手將油管下放到油管架上；F、重復以上的動作過程；在短接處理完后，再進入智能操作過程。二、下油管過程1、短接小于5000mm時，提升機機械手將上好短接的油

13、管夾緊（油管底部在主升降油缸機械手中心的5900mm處）提升機上升到離地面7200mm處主升降油缸機械手下降到離地面7200mm處，接著油管，上升到5900mm處；2、主升降油缸機械手旋轉90度、旋轉180度一慢速下降100mm,鐵鉆工進入上扣過程；在油管到接箍底部以后，主升降油缸機械手系統(tǒng)，機械手手爪松開（處于扶正狀態(tài)）鐵鉆工前移，開始上扣以后的過程，全部轉到由智能控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。四、整個系統(tǒng)需要安裝傳感器的地方全套設備需要安裝傳感器的地方如下：1、提升系統(tǒng)中，在一個油缸內部安裝一個磁致位置傳感器（對新安廠的系統(tǒng)，測量距離為03600mm、對其它廠的修井機，根據實際情況確定）；這樣,提升系統(tǒng)

14、位移就能做到連續(xù)測量和控制；定為：外置導柱式（在導柱管內裝磁致傳感器或其它位移傳感器）；1個2、主升降油缸機械手系統(tǒng)，在導柱內部安裝010000mm的拉線磁性絕對值傳感器；1個3、接箍測量傳感器由株洲廠提供的渦流位置測量傳感器來實現(xiàn)（內部設置；前后移動位置死點霍爾開關傳感器兩個；4、墊叉位置傳感器：安裝前后死點各一個霍爾電子開關位置傳感器；5、鐵鉆工系統(tǒng)的各種傳感器，在鐵鉆工系統(tǒng)中單獨討論；討論定為：A、在沖孔鉗的沖孔油缸機構上安裝一個轉位傳感器（磁性絕對值轉位傳感器）、同時在沖孔夾緊油缸上安裝一個液壓壓力傳感器；B、夾緊鉗（背鉗）上安裝一個液壓壓力傳感器；C、旋扣鉗上安裝一個液壓壓力傳感器，

15、卸扣過程如何加測量機構（保證扣全部卸開），大家考慮后確定；D、鐵鉆工前后移動位置霍爾電子開關傳感器兩個；E、鐵鉆工上下移動連續(xù)測量位移傳感器（可以考慮由油缸廠，在油缸內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；設置兩組（起始點共4個）死點霍爾開關傳感器；7 、轉位180度上、下死點各一個霍爾電子開關位置傳感器；8 、轉位90度上、下死點各一個霍爾電子開關位置傳感器；9 、主升降油缸機械手系統(tǒng)，以機械手手爪中心為準，離地面7200mm（兩個機械手交接油管控制信號）、用主升降油缸機械手系統(tǒng)的拉線傳感器信號來代替；10、提升機系統(tǒng)，以機械手手爪中心為準，離地面7200mmt安裝

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

17、m寸的位置；D張開直徑114mm寸的位置；E、全部張開時的位置；采用連續(xù)旋轉位置傳感器并設置液壓壓力傳感器，共2個（具體辦法另定）；13、油管架系統(tǒng)和提升機系統(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，要考慮設置什么位置信號來控制動作？B、上油管的過程：油管的底部到主升降油缸機械手中心的位置一定要嚴格的定位在4900mnft,要考慮設置什么位置信號來控制動作？說明：11項、主升降油缸機械手手爪；12項、提升機機械手手爪要控制位置，安裝的開關位置傳感器太多了，可以考慮安裝位置編碼器；為了適合直徑73、89、114mm勺全部工作過程，在機械手手爪液壓壓力傳感器給信號來粽合控制；五、系統(tǒng)操作控制面板的設置系統(tǒng)操作控制面板的設置：考慮到修井操作工的習慣，面板上的動作控制開關全部為手掰開關（不用按鍵開關?。幻姘迳显O有智能和手動轉換總開關（修井機是自成系統(tǒng)的操作控制，我們就是從測到接箍時開