基于PLC的顶驱智能防碰控制系统的研究与开发.pdf

中文摘要 摘 要 目前在钻井工作中，顶部驱动钻井方式具备多方面的优势被广泛使用，司钻 控制顶驱运行时存在劳动强度大、运行效率低、停车位置不准确等问题，存在发 生碰撞事故的隐患。为此，本文对基于PLC 的顶驱智能防碰控制系统的总体方案 和关键技术进行分析研究，开发出了基于PLC 的顶驱智能防碰控制系统。 首先，根据顶驱在运行中的控制需求，提出了基于PLC 的顶驱智能防碰控制 系统的总体方案。该方案采用PLC 控制系统完成顶驱运动状态信息采集、运算处 理和顶驱运行的实时控制；采用前台监控系统完成对顶驱运行状态信息的显示、 控制参数的设置以及紧急情况下的人工干预控制等；采用后台数据管理系统完成 对顶驱运行过程的数据管理以及运行过程的可追溯分析。 其次，对顶驱运行过程中所涉及到的关键问题，给出了解决方法。针对顶驱 运行在启动阶段以及匀速阶段对稳定性的需求，提出了基于模型参考自适应的顶 驱加速度双反馈控制方法，该方法利用模型参考自适应控制中自适应速度快的特 点，达到对顶驱平稳运行的控制；针对顶驱在减速停车阶段提高停车位置准确、 减小冲击的需求，提出了顶驱渐进式减速停车控制方法，该方法减速过程冲击小， 停车位置准确；针对顶驱运行过程优化以及安全事故责任认定的需求，提出了一 套顶驱运行过程可追溯性解决方案。 最后，在满足顶驱运行过程中的控制要求，同时结合司钻的操作习惯，开发 出了基于PLC 的顶驱智能防碰控制系统。经钻井现场测试表明，该系统功能齐全， 控制参数显示清晰，在一定程度上提高了控制系统的人机交互性。 关键词：PLC ；模型参考自适应控制；双反馈控制；可追溯性 I 英文摘要 Abstract At present, in the drilling work, the top drive drilling method has many advantages and is widely used. When the driller controls the top drive, there are problems such as high labor intensity, low operating efficiency, inaccurate parking position, etc., and there are hidden dangers of collision accidents. To this end, this paper analyzes and studies the overall scheme and key technologies of PLC -based top drive intelligent anti-collision control system, and develops a PLC-based top drive intelligent anti-collision control system. Firstly, according to the contro l requirements of the top drive in operation, the overall scheme of the top drive intelligent anti-collision control system based on PLC is proposed. The scheme adopts the PLC control system to complete the top drive motion state information collection, calculation processing and the top drive operation real-time control; the front