绞车模拟操作台设计.pdf

石油机械
2010年第38卷第7期
CHINA PETROLELM MACHINERY
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设计计算
绞车模拟操作台设计
郑巧胡卫东
(西南石油大学计算机科学学院
摘要针对传统绞车工测试技术培训需投入大量设备、能源及原材料,培训、考核成本高,效
果不理想的问题,设计了绞车複拟操作台。该操作台可模拟绞车上提下放等常规操作;可仿真采集
测井过程的深度、速度、张力等一系列参数;可仿真实现系统紧急制动、系统参数设置、报警等
系列功能。操作台可广泛应用于测井技术人员和操作工人的技能培训和技能考核,极大地减少传统
测试技术培训需投入的设备、能源及原材料,提高培训质量和培训效率,降低安全风险和培训成本。
关键词绞车模拟操作台可绵程控制器OPC服务器
过 PROFIBUS总线与OPC( OLE for Process C.on-
trol)服务器通信。OPC服务器连接到以太网上,
测井模拟系统的其他设备通过访问OPC服务器实
在石油测井、录井、射孔和修井等井下作业现与绞车模拟操作台的交互,从而了解绞车的丁作
中,绞车装置不仅可为下井电缆提供动力,还可采状态及绞车工的操作信息。这样就构成了一个资源
集井下电缆的深度、速度和张力等参数,以便及时共享、任务分担的分布式控制系统。
掌握工况,控制绞车,保证井下作业顺利进行,并
处理井下作业事故。因此对绞车工种的培训是测试
技术培训的重要一环。传统测试技术培训需要投入
)PC务
测井拟系统
山的其他设
大量设备、能源及原材料,培训、考核成本高,效
「下 RBS
果不理想但又必不可少。为此,笔者在分析绞车工
」西『」子S7-2()P
作原理、石油测井/录井/射孔及修井等井下作业施
工工艺-3的基础上,设计了一种绞车模拟操
内部总發
作台。
1系统结构
液马达
张力报等
高低將选择取力消示灯
液步缆
负力表
绞车模拟操作台以欧曼仪绞车为原型,绞车面
正E常:低速稳定」卸荷指示灯
筒控
系统压力表
媒念荷等汽车仅表等滚筒制动节种油力表等
板、各操作擎的作用和操作方法均模拟真实绞车,
主要由滚筒控制杆、油门控制杆、刹车控制杆和系
图1绞车模拟操作台系统结构
统调压阀、紧急通断阀、液压马达速度切换开关、
变速器挡位开关、发动机组合仪表、绞车面板、补
主要数学模型
油压力表和系统压力表等组成,其系统结构如图1
所示。
2.1刹车轂摩擦力模型
操作台系统的核心是西门子S7-200PIG。S7
设刹帯两端的总拉力(2条带上拉力之和)为
200PIC可对操作台上的各个部件进行控制,通”,固定端总拉力为T,当这一柔性刹帯抱住刹车
基金项目:西南石油大学科技基金资助项目“生产井测试模拟系统研究”(2007XJ1Z061)。
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石油机槭
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毂一个角而摩擦时,则有下列关系:
(1)3系统实现
式中以一刹车块与刹车毂之间的摩擦因数
般取0.35~0.45
3.1PLC系统配置及I/O分配
ax-一刹车围抱角,一般为1.5T(270°)。
绞车模拟操作台共有29路数字量输出、47路
在整个刹带的弧长上,刹带拉力由T递减为数字最输入、4路模拟量输入、3路模拟量输出,根
,其差值为摩擦力或制动力Fn
据系统要求,配置S7-200CPU226模块1块,
2)EM223模块2块,EM235模块1块,EM232模块1
2.2起、下仪器时受力模型
块,其配置如图2所示,I/O分配如表1所示
起仪器:
(g4
CPU226
EM223EM223EM235EM232
P-gql-m&
下仪器:
图2绞车模拟操作台PC配置
表1O分配表
部件名
地址
部件名
地址
式中F一绞车提升力,N;
喇叭按钮
I0.0
启动/熄火
I0,1
Fm一一刹把产生的摩擦力(或制动力),N;
电缆喷油
I0.2
左液压排缆
10.3
F一浮力,=PgVP。+mD,4,g/4,N;
右液压排缆
0.4
液压马达
I0.5
a-一加速度,m/
正常/低速稳定
10.6
紧急卸荷
T0.7
g一钢缆单位质量,kg/m;
变速器高挡
变速器低挡
井内钢缆长度
井口阀门
B3-1B4「按键
IB5-6
m,一测井短节质量,kg;
喇叭
Q0.0喇叭按钮指示
Q0.
D、一测井短节直径,m;
紧急卸荷
002取力指示
,一测井短节长度,m;
遇阻/遇卡指示QB1-2‖组合仪表控制QB3-4
p-一井内介质密度,kg/mi
压力调节
AIWO‖油门控制
钢缆密度,kg/
滚筒控制
AIW4‖滚筒制动
FA一井内摩擦力,N
补油压力表
AQWO负力表
AQW2
重力加速度
系统压力表
AQW4
2.3起、下仪器时加速度模型
起仪器
3.2操作台主要部件
绞车模拟操作台上的部件繁多,这里重点阐述
o=F-s9ーn,g-。+Pー上(5)滚简控制杆、油门控制杆、刹车控制杆、发动机组
Fi/E
下仪器
合仪表及绞车面板。
3.2.1滚筒、油门和刹车控制杆
滚筒、油和刹车控制杆均选用德国Gess
2.4起、下仪器时速度模型
mann joystick Ve6手柄,该手柄内有一反应当前控
pt(i)
C
制杄操作位置的电位器
200的I模块采集
式中△t计算时取的时间步长;
电位器值,根据相应的数学模型模拟出绞车的速
()时刻测井短节速度,m/s。
度、井下仪器深度和张力等参数。
2.5起、下仪器时仪器深度模型
前推滚筒控制杄,滚筒向前转动,下放电缆,
(の=niー△t+0.5a△t
前推蝠度越大,滚筒转动越快;后拉滚筒控制杆
L=∑
9)滚筒向后转动,上拉电缆,后拉幅度越大,滚筒转
式中L一仪器深度
动越快。前推油门控制杄,发动机转速增加,滚筒
某计算点内提升仪器长度
n
转动加快;模拟发动机转速的声音并随发动机转速
i-△t时间步长的计算点。
变化而变化,同时将发动机转速显示在发动机转速