液压动力钳的PLC控制方法.pdf

本发明涉及一种液压动力钳的PLC控制方法。其钻具连接控制步骤：通电启动，按设定参数进行PLC系统初始化；液压动力钳水平定位；液压动力钳垂直定位；背钳夹紧；滚轮钳夹紧；上扣；滚轮钳松开；主钳夹紧；紧扣；液压动力钳复位。钻具拆卸控制步骤：通电启动，按设定参数进行PLC系统初始化；液压动力钳水平定位；液压动力钳垂直定位；背钳夹紧；主钳夹紧；崩扣；主钳松开；滚轮钳夹紧；卸扣；滚轮钳松开；液压动力钳复位。当PLC接受的反馈信号之一超限时，发出报警信息，自动控制进入锁定状态，手动触发按键可进入手动控制模式。本发明应用PLC实现了对液压动力钳工作过程的自动控制，提高了液压动力钳工作效率，改善了对液压动力钳控制性能，提高了井口作业的安全性。

1、  一种液压动力钳的PLC控制方法，其特征在于：
钻具连接控制按如下顺序步骤进行：
(1a)通电启动，按设定参数进行PLC系统初始化，对各状态数据进行监控，若正常，则进行下一步，若不正常，则报警；
(2a)液压动力钳水平定位：电磁开关KA1开启，控制水平定位伸缩液压缸A动作，推动伸缩臂使支架和钳体总成水平移动，当水平定位伸缩液压缸A从起始位置SA0移动至目标位置SA1时，水平限位开关使电磁开关KA1断电，水平定位伸缩液压缸A保压，实现钳体总成水平移动到井口中心；
(3a)液压动力钳垂直定位：电磁开关KB1开启，控制垂直定位伸缩液压缸B动作，推动立柱总成的升降座上下移动，当垂直定位伸缩液压缸B从起始位置SB0移动至目标位置SB1时，垂直限位开关使电磁开关KB1断电，垂直定位伸缩液压缸B保压，实现钳体总成上下移动到位；
(4a)背钳夹紧：电磁开关KE1开启，控制背钳夹紧液压缸E工作，背钳夹紧力反馈信号为SE，当达到设定目标夹紧力SE1时，电磁开关KE1断电，背钳夹紧液压缸E保压，实现背钳钳牙夹紧钻具下接箍；
(5a)滚轮钳夹紧：电磁开关KC1开启，控制滚轮钳夹紧液压缸C工作，滚轮钳夹紧力反馈信号为SC，当达到设定目标夹紧力SC1时，电磁开关KC1断电，滚轮钳夹紧液压缸C保压，实现滚轮钳滚轮夹紧钻具管体；
(6a)上扣：电磁开关KF1开启，控制液压马达F工作，液压马达F驱动滚轮钳滚轮旋转，从而带动钻具管体旋转，相对于下接箍上扣，液压马达F输出扭矩反馈信号为SF，当达到设定目标输出扭矩值SF1时，相应滚轮钳达到要求的扭矩值，电磁开关KF1断电，停止液压马达F，完成上扣；
(7a)滚轮钳松开：电磁开关KC2开启，控制滚轮钳夹紧液压缸C工作，滚轮钳夹紧力反馈信号为SC，当达到设定目标夹紧力SC2时，电磁开关KC2断电，实现滚轮钳滚轮松开钻具管体；
(8a)主钳夹紧：电磁开关KD1开启，控制主钳夹紧液压缸D工作，主钳夹紧力反馈信号为SD，当达到设定目标夹紧力SD1时，电磁开关KD1断电，主钳夹紧液压缸D保压，实现主钳夹紧钻具上接箍；
(9a)紧扣：电磁开关KG1开启，控制主钳左右扭矩液压缸G工作，带动主钳相对于背钳围绕井口中心转动，主钳扭矩反馈信号为SG，当达到设定目标扭矩值SG1时，电磁开关KG1断电，完成紧扣，至此完成一次钻具连接；
(10a)液压动力钳复位：手动触发回位开关，此时背钳夹紧液压缸E、主钳夹紧液压缸D、左右扭矩液压缸G分别通过电磁开关KE2、KD2、KG3的开启，动作后回到初始状态并停止工作；手动触发电磁开关KA2，控制水平定位伸缩液压缸A动作，通过水平限位开关作用缩回到起始位置SA0，手动触发电磁开关KB2，控制垂直定位伸缩液压缸B动作，通过垂直限位开关作用缩回到起始位置SB0，至此，液压动力钳回到下一次工作的起始状态；
(11a)进行下次钻具连接时，按上述步骤(1a)～(10a)进行，如此循环可进行若干次钻具连接；
钻具拆卸控制按如下顺序步骤进行：
(1b)与步骤(1a)相同；
(2b)液压动力钳水平定位：与步骤(2a)相同；
(3b)液压动力钳垂直定位：与步骤(3a)相同；
(4b)背钳夹紧：与步骤(4a)相同；
(5b)主钳夹紧：与步骤(8a)相同；
(6b)崩扣：电磁开关KG2开启，控制主钳左右扭矩液压缸组G工作，带动主钳相对于背钳围绕井口中心同紧扣相反方向转动，主钳扭矩反馈信号为SG，当达到设定目标扭矩值SG2时，电磁开关KG2断电，完成崩扣；
(7b)主钳松开：电磁开关KD2开启，控制主钳夹紧液压缸D工作，其夹紧力反馈压信号为SD，达到设定目标夹紧力SD2时，实现主钳钳牙松开钻具上接箍；
(8b)滚轮钳夹紧：同上述步骤(5a)；
(9b)卸扣：电磁开关KF2开启，反向供油驱动液压马达F工作，液压马达F驱动滚轮钳滚轮旋转，从而带动钻具管体相对于上扣反向旋转，液压马达F输出扭矩反馈信号为SF，当达到设定目标输出扭矩值SF2时，电磁开关KF2断电，停止液压马达F，完成卸扣；
(10b)滚轮钳松开；与步骤(7a)相同；
(11b)液压动力钳复位：与步骤(10a)相同；
(12b)进行下次钻具拆卸时，按上述步骤(1b)～(11b)进行，如此循环可进行若干次钻具拆卸。

2、  如权利要求1所述液压动力钳的PLC控制方法，其特征在于：上述控制方法中，当PLC接受的反馈信号之一超限时，发出报警信息，自动控制进入锁定状态，手动触发按键可进入手动控制模式。

液压动力钳的PLC控制方法
技术领域
本发明涉及石油钻井或修井作业井口工具液压动力钳控制技术，具体是一种液压动力钳的PLC控制方法。
背景技术
石油钻机、修井机的起下钻作业主要是根据作业不同吊放钻杆、钻铤、套管、油管、抽油杆等各种钻具上下钻台及下入井下，两根钻具之间在井口采用螺纹连接，下部钻具的上端称作下接箍，上部钻具的下端称作上接箍，上接箍具有外螺纹，下接箍具有内螺纹，两根钻具通过上接箍与下接箍进行螺纹连接。
液压动力钳是用于对两根钻具进行螺纹连接的井口工具。液压动力钳由钳体总成、定位机构、支座构成，钳体总成由背钳、主钳、滚轮钳构成，背钳由背钳钳体及背钳夹紧液压缸组成，主钳由主钳钳体及主钳夹紧液压缸、左右扭矩液压缸组成，滚轮钳由滚轮钳钳体及滚轮钳夹紧液压缸、驱动滚轮钳滚轮转动的液压马达组成。定位机构由伸缩臂、支架、立柱总成、水平定位伸缩液压缸、垂直定位伸缩液压缸构成，立柱总成由立柱导轨、升降座组成。钳体总成安装在支架上，支架悬挂在伸缩臂自由端，伸缩臂固定端连接在立柱总成的升降座上，立柱导轨固定在支座上，水平定位伸缩液压缸控制伸缩臂伸出使钳体总成水平移动至井口，垂直定位伸缩液压缸控制升降座上下移动带动伸缩臂使钳体总成至需要的井口高度。
已知技术中，液压动力钳进行钻具连接过程采用手动操纵控制。两根钻具在井口连接前，上接箍放入下接箍内，手动控制水平定位伸缩液压缸、垂直定位伸缩液压缸将钳体总成移动到井口一定高度的位置后，背钳钳体夹持在钻具下接箍部位，背钳夹紧液压缸工作，使背钳钳体夹紧钻具下接箍，滚轮钳夹持在上部钻具的钻具管体上，滚轮钳夹紧液压缸工作，使滚轮钳滚轮夹紧钻具管体，液压马达工作驱动滚轮钳滚轮转动，带动上部钻具旋转，实现上接箍和下接箍之间上扣，上扣结束后，滚轮钳松开，主钳钳体夹持在钻具上接箍部位，主钳夹紧液压缸工作，使主钳钳体夹紧钻具上接箍，左、右扭矩液压缸同时工作，一伸一缩，驱动主钳钳体相对于背钳围绕井口中心转动一定角度，实现上接箍和下接箍之间紧扣，紧扣达到要求的扭矩值后，完成钻具连接，下一次钻具连接时，仍需重复上述工作。钻具拆卸时，依次完成背钳夹紧、主钳夹紧、左右扭矩液压缸工作驱动主钳钳体反向转动进行崩扣、主钳松开、滚轮钳夹紧、滚轮钳滚轮反向转动进行卸扣、滚轮钳松开步骤。
上述液压动力钳控制方法，由于采用手动控制，钳体总成的定位需反复调整才能到达准确工作位置，特别是在上扣、紧扣、崩扣、卸扣各步骤中，各执行元件的工作参数不易准确控制，因此存在液压动力钳工作效率低、对液压动力钳控制性能差、井口作业存在安全隐患的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种液压动力钳的PLC控制方法，通过可编程控制器PLC对液压动力钳的工作过程实现自动控制，从而提高液压动力钳的工作效率，改善对液压动力钳的控制性能，提高井口作业的安全性。
一种液压动力钳的PLC控制方法，其特征在于：
钻具连接控制按如下顺序步骤进行：
(1a)通电启动，按设定参数进行PLC系统初始化，对各状态数据进行监控，若正常，则进行下一步，若不正常，则报警；
(2a)液压动力钳水平定位：电磁开关KA1开启，控制水平定位伸缩液压缸A动作，推动伸缩臂使支架和钳体总成水平移动，当水平定位伸缩液压缸A从起始位置SA0移动至目标位置SA1时，水平限位开关使电磁开关KA1断电，水平定位伸缩液压缸A保压，实现钳体总成水平移动到井口中心；
(3a)液压动力钳垂直定位：电磁开关KB1开启，控制垂直定位伸缩液压缸B动作，推动立柱总成的升降座上下移动，当垂直定位伸缩液压缸B从起始位置SB0移动至目标位置SB1时，垂直限位开关使电磁开关KB1断电，垂直定位伸缩液压缸B保压，实现钳体总成上下移动到位；
(4a)背钳夹紧：电磁开关KE1开启，控制背钳夹紧液压缸E工作，背钳夹紧力反馈信号为SE，当达到设定目标夹紧力SE1时，电磁开关KE1断电，背钳夹紧液压缸E保压，实现背钳钳牙夹紧钻具下接箍；
(5a)滚轮钳夹紧：电磁开关KC1开启，控制滚轮钳夹紧液压缸C工作，滚轮钳夹紧力反馈信号为SC，当达到设定目标夹紧力SC1时，电磁开关KC1断电，滚轮钳夹紧液压缸C保压，实现滚轮钳滚轮夹紧钻具管体；
(6a)上扣：电磁开关KF1开启，控制液压马达F工作，液压马达F驱动滚轮钳滚轮旋转，从而带动钻具管体旋转，相对于下接箍上扣，液压马达F输出扭矩反馈信号为SF，当达到设定目标输出扭矩值SF1时，相应滚轮钳达到要求的扭矩值，电磁开关KF1断电，停止液压马达F，完成上扣；
(7a)滚轮钳松开：电磁开关KC2开启，控制滚轮钳夹紧液压缸C工作，滚轮钳夹紧力反馈信号为SC，当达到设定目标夹紧力SC2时，电磁开关KC2断电，实现滚轮钳滚轮松开钻具管体；
(8a)主钳夹紧：电磁开关KD1开启，控制主钳夹紧液压缸D工作，主钳夹紧力反馈信号为SD，当达到设定目标夹紧力SD1时，电磁开关KD1断电，主钳夹紧液压缸D保压，实现主钳夹紧钻具上接箍；
(9a)紧扣：电磁开关KG1开启，控制主钳左右扭矩液压缸G工作，带动主钳相对于背钳围绕井口中心转动，主钳扭矩反馈信号为SG，当达到设定目标扭矩值SG1时，电磁开关KG1断电，完成紧扣，至此完成一次钻具连接；
(10a)液压动力钳复位：手动触发回位开关，此时背钳夹紧液压缸E、主钳夹紧液压缸D、左右扭矩液压缸G分别通过电磁开关KE2、KD2、KG3的开启，动作后回到初始状态并停止工作；手动触发电磁开关KA2，控制水平定位伸缩液压缸A动作，通过水平限位开关作用缩回到起始位置SA0，手动触发电磁开关KB2，控制垂直定位伸缩液压缸B动作，通过垂直限位开关作用缩回到起始位置SB0，至此，液压动力钳回到下一次工作的起始状态；
(11a)进行下次钻具连接时，按上述步骤(1a)～(10a)进行，如此循环可进行若干次钻具连接；
钻具拆卸控制按如下顺序步骤进行：
(1b)与步骤(1a)相同；
(2b)液压动力钳水平定位：与步骤(2a)相同；
(3b)液压动力钳垂直定位：与步骤(3a)相同；
(4b)背钳夹紧：与步骤(4a)相同；
(5b)主钳夹紧：与步骤(8a)相同；
(6b)崩扣：电磁开关KG2开启，控制主钳左右扭矩液压缸组G工作，带动主钳相对于背钳围绕井口中心同紧扣相反方向转动，主钳扭矩反馈信号为SG，当达到设定目标扭矩值SG2时，电磁开关KG2断电，完成崩扣；
(7b)主钳松开：电磁开关KD2开启，控制主钳夹紧液压缸D工作，其夹紧力反馈压信号为SD，达到设定目标夹紧力SD2时，实现主钳钳牙松开钻具上接箍；
(8b)滚轮钳夹紧：同上述步骤(5a)；
(9b)卸扣：电磁开关KF2开启，反向供油驱动液压马达F工作，液压马达F驱动滚轮钳滚轮旋转，从而带动钻具管体相对于上扣反向旋转，液压马达F输出扭矩反馈信号为SF，当达到设定目标输出扭矩值SF2时，电磁开关KF2断电，停止液压马达F，完成卸扣；
(10b)滚轮钳松开：与步骤(7a)相同；
(11b)液压动力钳复位：与步骤(10a)相同；
(12b)进行下次钻具拆卸时，按上述步骤(1b)～(11b)进行，如此循环可进行若干次钻具拆卸。
上述控制方法中，当PLC接受的反馈信号之一超限时，发出报警信息，自动控制进入锁定状态，手动触发按键可进入手动控制模式。
本发明应用可编程控制器PLC实现了对液压动力钳工作过程的自动控制，提高了液压动力钳工作效率，改善了对液压动力钳控制性能，提高了井口作业的安全性。
具体实施方式
下面以PLC控制液压动力钳进行2000米石油钻机井口作业时，5″钻杆接头连接及拆卸控制方法为例，进一步说明本发明的实施方式。本发明采用西门子公司生产的型号为CPU226/I24 Q16的可编程控制器PLC，电磁开关KA1、KA2分别控制水平定位伸缩液压缸A的伸出和缩回；电磁开关KB1、KB2分别控制垂直定位伸缩液压缸B的伸出和缩回；电磁开关KC1、KC2分别控制滚轮钳夹紧液压缸C的伸出和缩回；电磁开关KD1、KD2分别控制主钳夹紧液压缸D的伸出和缩回；电磁开关KE1、KE2分别控制背钳夹紧液压缸E的伸出和缩回；电磁开关KF1、KF2控制液压马达F两个方向旋转，分别实现上扣、卸扣；电磁开关KG1、KG2分别控制左右扭矩液压缸G的正向和反向工作，分别实现紧扣、崩扣，KG3控制左右扭矩液压缸G的复位。钳体总成水平和垂直初始位置分别为SA0、SB0，钳体总成水平和垂直目标工作位置分别为SA1、SB1；滚轮钳、主钳、背钳夹紧力反馈信号分别为SC、SD、SE，液压马达F输出扭矩反馈信号为SF，主钳扭矩反馈信号为SG，滚轮钳、主钳、背钳夹紧时夹紧力设定目标值分别为SC＝SC1、SD＝SD1、SE＝SE1，松开时夹紧力设定目标值分别为SC＝SC2、SD＝SD2、SE＝SE2，上扣时液压马达F输出扭矩设定目标值为SF＝SF1，卸扣时液压马达F输出扭矩设定目标值为SF＝SF2，紧扣时主钳扭矩设定目标扭矩值SG＝SG1，崩扣时主钳扭矩设定目标扭矩值为SG＝SG2。可编程控制器PLC输入开关量有SA0、SB0、SA1、SB1，可编程控制器PLC输入模拟量有SC1、SD1、SE1、SF1、SG1、SC2、SD2、SE2、SF2、SG2，可编程控制器PLC输出开关量有KA1、KA2、KB1、KB2、KC1、KC2、KD1、KD2、KE1、KE2、KF1、KF2、KG1、KG2、KG3。液压动力钳控制方法与前述方法相同，PLC各输入输出量具体数值不再表述。