构造变形与烃类充注效率物理模拟实验装置控制系统研究与设计

摘要

构造变形下的烃类充注物理模拟实验是研究地质构造特征、形成演化及动力学机制,以及在构造作用制约下的成烃和成藏机制的重要方法,对我国油气资源勘探具有指导意义。目前,构造变形下的烃类充注物理模拟实验已被广泛应用于构造地质学和石油构造地质学研究领域以及石油勘探研究领域,是油气勘探研究由定性描述跨入半定量分析乃至定量分析的有效途径。本文的主要内容是在油气勘探方向指引下,研究与设计一套可以模拟油气在不同地质断裂体中运移情况的实验装置,并开发出具有相应功能的测控系统。
　　 构造物理模拟实验装置是一套机电一体化实验系统;论文在对主要地质构造现象与成因分析的基础上,从动力学和运动学的角度,总结了地质体形成的受力与变形规律,提出了实验装置加载单元应该具有的基本功能;按照相似性理论,运用模块化设计方法,完成了系统的概念设计,确定了装置的测控要求,利用机械、电子和自动控制技术,完成了系统的总体方案和各部分功能模块的结构设计。通过对该实验装置伺服驱动及动力加载单元的控制,可实现位移、速度的精确控制,使实验由定性向半定量、定量化发展,极大地扩展了地质工作者的实验模拟领域。
　　 根据实验装置机械加载单元实现的功能,论文重点介绍了实验装置电气控制系统的总体方案设计,论述了控制系统的关键技术,以整个系统为对象,优化组合,开发了基于可编程序控制器的分布式运动控制系统,电气系统采用“分散控制、集中管理”结构,既与实验装置模块化的体系相适应,又保证了系统的稳定性及可靠性,实现了易操作、便维护、易扩展、便升级的目的。
　　 本文研制的测控系统通过一年多的运行实践表明,能按照相似理论实现构造变形条件下的烃类充注物理模拟;装置采用的交流伺服和控制系统,有效地保障了实验的重复性和可靠性;采集设备和算法先进,可对实验过程进行数字记录、处理和反演分析,该装置为构造物理模拟及烃类充注物理模拟提供了有益的探索。

目录

文摘

英文文摘

第1章 前言

1.1 课题来源与研究意义

1.2 构造物理模拟实验技术研究现状

1.3 国内构造物理模拟实验技术的不足

1.4 论文的主要研究内容

第2章 构造物理模拟实验装置总体设计

2.1 构造物理模拟实验装置设计要求

2.2 主要断裂体系及其成因机制分析

2.2.1 主要断裂体系介绍

2.2.2 主要断裂体系成因机制分析

2.3 实验装置参数计算

2.3.1 实验模型参数计算

2.3.2 动力加载单元参数计算

2.3.3 实验装置的技术参数确定

2.4 实验装置机械结构设计

2.4.1 电动应力加载单元的设计

2.4.2 构造变形装置侧板设计

2.4.3 组合模块的设计

2.4.4 三角形插头设计

2.5 本章小结

第3章 电气控制系统总体方案论证与设计

3.1 控制系统概述

3.2 控制系统的目标和功能参数

3.2.1 控制目标

3.2.2 控制功能和参数

3.3 控制系统总体方案论证与设计

3.3.1 驱动控制方案

3.3.2 控制系统核心方案

3.3.3 控制系统结构方案

3.3.4 控制系统总体方案设计

3.4 本章小结

第4章 硬件系统设计及关键技术研究

4.1 驱动控制系统

4.1.1 驱动系统的选择

4.1.2 交流伺服系统选型

4.1.3 伺服控制器方案选择

4.1.4 伺服驱动系统控制方式选择

4.1.5 控制参数计算

4.2 PLC控制系统关键技术研究

4.2.1 坐标系统控制与维持

4.2.2 伺服系统上电模式控制

4.2.3 电子齿轮比配置

4.2.4 PG分频比配置

4.2.5 模拟量监视信号配置

4.2.6 零钳位功能配置

4.2.7 通讯配置

4.3 动力加载单元系统

4.4 移动操作台

4.5 系统硬件电路设计

4.6 本章小结

第5章 软件系统设计及关键技术研究

5.1 PLC软件设计及关键技术研究

5.1.1 PLC软件功能实现

5.1.2 程序设计关键技术研究

5.2 上位机总控系统设计

5.2.1 系统主要实现功能

5.2.2 软件开发中的主要关键技术

5.2.3 软件的整体规划与设计

5.3 本章小结

第6章 实验测试及性能分析

6.1 绪论

6.1.1 实验平台

6.1.2 实验目的

6.1.3 实验方法

6.2 实验结果及性能分析

6.2.1 实验结果

6.2.2 数据及性能分析

6.3 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

附录

致谢