基于PLC的顶驱智能防碰控制系统的研究与开发

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。

目录

1 绪 论

1. 1. 1 课题的研究背景

1. 1. 2 课题的研究意义

1.2 国内外研究现状

1. 3. 1 课题的研究目的

1. 3. 2 课题的研究内容

1.4 本章小结

2 基于PLC的顶驱防碰控制系统总体方案设计

2. 1. 1 钻井平台的结构

2. 1. 2 钻井作业的工作过程

2. 2. 1 顶驱智能防碰控制系统的需求分析

2. 2. 2 顶驱智能防碰控制系统的控制模型

2. 2. 3 顶驱智能防碰控制系统的总体方案设计

2. 3. 1 顶驱智能防碰控制系统的硬件结构

2. 3. 2 顶驱智能防碰控制系统的硬件选型

2. 3. 3 顶驱智能防碰控制系统的软件结构

2.4 本章小结

3 基于PLC的顶驱智能防碰控制系统关键技术研究

3.1 顶驱运行过程控制技术研究

3. 1. 1 模型参考自适应控制研究

3. 1. 2 基于模型参考自适应的顶驱加速度双反馈控制方法

3. 1. 3 顶驱渐进式减速停车控制方法

3.2 顶驱运行过程可追溯性解决方案

3. 2. 1 顶驱运行过程的关键参数选取和规范化存储

3. 2. 2 顶驱运行过程数据导出

3. 2. 3 顶驱运行过程数据存档和追溯分析

3.3 本章小结

4 基于PLC的顶驱智能防碰控制系统软件的开发与应用

4.1 系统软件开发工具

4. 2. 1 P LC模块组态

4. 2. 2 P LC控制系统程序的开发

4.3 前台监控系统软件的开发

4. 3. 1 通讯方式的组态

4. 3. 2 前台监控系统界面的开发

4. 3. 3 前台监控系统权限的管理

4.4 系统测试及测试结果

4. 4. 1 系统测试

4. 4. 2 系统测试结果

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录

A 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目

B 作者在攻读硕士学位期间的获奖情况

C 学位论文数据集

致谢