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隨著石油勘探開(kāi)發(fā)的發(fā)展，鉆井作業(yè)的規(guī)模和復(fù)雜性不斷增加，對(duì)修井作業(yè)的效率和安全提出了更高的要求。在鉆臺(tái)扶管機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用前，存在作業(yè)效率低、安全風(fēng)險(xiǎn)高的問(wèn)題。人工操作管柱任務(wù)，效率低下且易失誤引發(fā)安全事故。同時(shí)，數(shù)據(jù)管理困難，故障處理不及時(shí)，系統(tǒng)維護(hù)不便，影響鉆井作業(yè)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員通過(guò)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手自動(dòng)化動(dòng)作的精準(zhǔn)控制，如管柱推送、擺放等。同時(shí)，具備數(shù)據(jù)管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障處理及系統(tǒng)維護(hù)等功能，以提高鉆井作業(yè)效率和安全性，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提升修井作業(yè)的機(jī)械化、智能化程度。并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證其在復(fù)雜作業(yè)環(huán)境中的適應(yīng)性、可靠性及技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為鉆井行業(yè)向自動(dòng)化邁進(jìn)提供有力支撐。
 
鉆臺(tái)扶管機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
 
鉆臺(tái)扶管機(jī)械手（圖1）電氣控制系統(tǒng)軟件的需求主要包括以下兩個(gè)方面：
 
圖1  鉆臺(tái)擺管機(jī)械手實(shí)物圖
鉆臺(tái)扶管機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)軟件需求主要涵蓋自動(dòng)化動(dòng)作控制與數(shù)據(jù)管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控與系統(tǒng)管理兩方面。軟件需控制機(jī)械手的自動(dòng)化動(dòng)作，如管柱推送、擺放等，還能導(dǎo)入、保存、導(dǎo)出運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)。同時(shí)，要實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)和操作流程，具備故障報(bào)警及審計(jì)追蹤功能，方便參數(shù)設(shè)置和維護(hù)更新以確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

該軟件采用傳統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)生命周期方法及自頂向下、逐步求精的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。主要功能包括控制設(shè)備自動(dòng)化動(dòng)作，通過(guò)機(jī)械臂伸縮、旋轉(zhuǎn)及機(jī)械手行走、夾爪開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜操作；進(jìn)行數(shù)據(jù)管理與審計(jì)追蹤，方便數(shù)據(jù)分析處理；實(shí)時(shí)監(jiān)控與系統(tǒng)管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理問(wèn)題；具備故障報(bào)警及操作提示，可查詢歷史報(bào)警；還針對(duì)參數(shù)設(shè)置和維護(hù)更新進(jìn)行頁(yè)面設(shè)計(jì)并設(shè)提醒功能。
   
總體結(jié)構(gòu)包括上位機(jī)或 PC 端控制界面、PLC 控制系統(tǒng)、機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)。三者協(xié)作完成自動(dòng)化操作。上位機(jī)作為用戶交互界面，提供直觀易操作平臺(tái)；PLC 是核心，處理輸入輸出信號(hào)、控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)并與上位機(jī)通信；機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)包含各部件，通過(guò) PLC 控制實(shí)現(xiàn)管柱動(dòng)作。模塊接口設(shè)計(jì)有上位機(jī)與 PLC 通信接口、PLC 與執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制接口，通訊穩(wěn)定性對(duì)軟件可靠性和機(jī)械手自動(dòng)化操作至關(guān)重要。
  
軟件主要通過(guò)對(duì) MpRcpFix 的處理實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆臺(tái)扶管機(jī)械手運(yùn)行數(shù)據(jù)的提取、分析、存儲(chǔ)、操作功能。能提取位置、速度、加速度等數(shù)據(jù)，分析以監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)；將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于 “RecipeFix” 文件夾供后續(xù)使用。重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)上位機(jī)操作與下位機(jī)通信和數(shù)據(jù)分析，用戶可通過(guò)上位機(jī)控制界面操作機(jī)械手、監(jiān)控狀態(tài)及進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和維護(hù)更新，軟件將操作指令傳達(dá)給下位機(jī)實(shí)現(xiàn)精確控制。

鉆臺(tái)扶管機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用
  
鉆臺(tái)扶管機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)軟件為鉆井作業(yè)帶來(lái)重大變革。它實(shí)現(xiàn)了管柱推送、擺放等任務(wù)的自動(dòng)化，替代了傳統(tǒng)人工操作。人工操作工作強(qiáng)度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高，而該軟件讓機(jī)械手自動(dòng)執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)，極大提高了作業(yè)效率，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。它的出現(xiàn)推動(dòng)了鉆井行業(yè)向自動(dòng)化邁進(jìn)，使鉆井作業(yè)更加高效、安全、可靠。

軟件能夠?qū)?、保存、?dǎo)出與鉆臺(tái)扶管機(jī)械手運(yùn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)，方便數(shù)據(jù)分析和處理。鉆臺(tái)扶管機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)還具備了數(shù)據(jù)管理功能。軟件能夠?qū)?、保存、?dǎo)出與鉆臺(tái)扶管機(jī)械手運(yùn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)，方便數(shù)據(jù)分析和處理。這有助于更好地監(jiān)控和管理機(jī)械手的運(yùn)行情況，為后續(xù)的優(yōu)化和改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支持。

軟件能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控鉆臺(tái)扶管機(jī)械手的運(yùn)行狀態(tài)和操作流程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理問(wèn)題。鉆臺(tái)扶管機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)還具備了實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。軟件能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控鉆臺(tái)扶管機(jī)械手的運(yùn)行狀態(tài)和操作流程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理問(wèn)題。這有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械手運(yùn)行中的問(wèn)題，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理，從而確保鉆井作業(yè)的順利進(jìn)行。

當(dāng)鉆臺(tái)扶管機(jī)械手出現(xiàn)故障時(shí)，軟件能夠發(fā)出報(bào)警提示，以便及時(shí)處理。鉆臺(tái)扶管機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)還具備了故障處理功能。當(dāng)鉆臺(tái)扶管機(jī)械手出現(xiàn)故障時(shí)，軟件能夠發(fā)出報(bào)警提示，以便及時(shí)處理。這有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械手的故障，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理，從而確保鉆井作業(yè)的順利進(jìn)行。
   
軟件方便對(duì)鉆臺(tái)扶管機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和維護(hù)更新，確保設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。鉆臺(tái)扶管機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)還具備了系統(tǒng)維護(hù)功能。軟件方便對(duì)鉆臺(tái)扶管機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和維護(hù)更新，確保設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。這有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)備運(yùn)行中的問(wèn)題，從而確保鉆井作業(yè)的順利進(jìn)行。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析
鉆臺(tái)排管機(jī)械手控制系統(tǒng)軟件的性能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證分析。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)旨在檢驗(yàn)其在復(fù)雜作業(yè)環(huán)境中的適應(yīng)性、可靠性和效率，全面評(píng)估實(shí)際操作性能，包括自動(dòng)化操作準(zhǔn)確性、數(shù)據(jù)處理能力、實(shí)時(shí)監(jiān)控有效性、故障處理及時(shí)性和系統(tǒng)維護(hù)便捷性。軟件應(yīng)用于多種鉆井作業(yè)，在特殊井作業(yè)環(huán)境如沿海區(qū)域、居民區(qū)和種植區(qū)域井場(chǎng)等表現(xiàn)關(guān)鍵。這些環(huán)境對(duì)機(jī)械手操作要求高，需軟件具備更高穩(wěn)定性和精確性，以確保在復(fù)雜作業(yè)中能高效、穩(wěn)定地運(yùn)行。

鉆臺(tái)排管機(jī)械手控制系統(tǒng)軟件技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。在自動(dòng)化操作準(zhǔn)確性方面，可實(shí)現(xiàn)管柱推送等任務(wù)自動(dòng)化，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明在復(fù)雜環(huán)境中仍高精度操作，提升作業(yè)效率。其數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，能導(dǎo)入、保存、導(dǎo)出相關(guān)數(shù)據(jù)，便于分析處理以監(jiān)控管理運(yùn)行，為優(yōu)化改進(jìn)提供支持。實(shí)時(shí)監(jiān)控有效，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理問(wèn)題。故障處理及時(shí)，出現(xiàn)故障會(huì)報(bào)警提示。系統(tǒng)維護(hù)便捷，方便參數(shù)設(shè)置和維護(hù)更新，確保設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，保障鉆井作業(yè)順利進(jìn)行。

鉆臺(tái)扶管機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果

提高作業(yè)效率，降低安全風(fēng)險(xiǎn)：
鉆臺(tái)扶管機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用顯著提高了鉆井作業(yè)的效率和安全性。通過(guò)自動(dòng)化操作，機(jī)械手能夠快速、準(zhǔn)確地完成管柱的推送、擺放等任務(wù)，避免了人工操作的不確定性和安全風(fēng)險(xiǎn)。此外，軟件的實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障報(bào)警功能有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理問(wèn)題，進(jìn)一步降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

圖2  鉆臺(tái)機(jī)械手自動(dòng)擺放管柱
   
鉆臺(tái)扶管機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。傳統(tǒng)的鉆井作業(yè)需要大量的人工操作，工作環(huán)境惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度大。而鉆臺(tái)扶管機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用使得大部分工作可以由機(jī)械手自動(dòng)完成，工人的工作環(huán)境得到改善，勞動(dòng)強(qiáng)度得到有效降低。
    
鉆臺(tái)扶管機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用提高了修井作業(yè)的機(jī)械化、智能化程度。通過(guò)自動(dòng)化操作和數(shù)據(jù)管理，鉆井作業(yè)變得更加高效、精確和可靠。此外，軟件的遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷功能使得鉆井作業(yè)可以遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制，進(jìn)一步提高了作業(yè)的智能化程度。