[发明专利]钻杆直度自动检测与矫直一体化控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种自动控制技术领域的系统，具体是一种应用在钻杆直度自动检测与矫直的一体化控制系统。

背景技术

油气井钻杆是用于石油天然气钻探开采的重要工具。石油工业专用无缝钢管——油井管包括钻柱构件(钻杆、钻铤等)和套管、油管。石油勘探开发的钻井作业必须使用钻杆和钻铤，固井必须使用套管，采油必须使用油管。在油气钻探过程中，钻杆要承受巨大的轴向压力和扭矩，且要求钻探深度达到数千米，这对于钻杆的直度提出了很高的要求。钻杆是一种非等直径无缝钢管，两头经加厚工艺形成加厚端，热处理完成后通过避让加厚端办法对管身进行斜辊矫直。斜辊矫直效率高且矫直效果好，但难以保证管端附近的直度。这样就在斜辊矫直后补充压力矫直工艺针对管端矫直。目前国内钻杆的直度检测与压力矫直主要还依靠经验手动操作完成。

传统的手动压力矫直工艺如下：先将料架中的一根钻杆送出上料，输送钻杆至检测位并由操作人员持专用量具边旋转钻杆边检测，若直度超差则输送钻杆至矫直位。矫直是利用“三点反弯”的原理，将钻杆夹持在压力矫直机上并驱动液压缸进给，压上钻杆使起反弯，液压缸返回完成矫直。若合格，将检测矫直钻杆另一端，最后下料。本发明继承原手动控制的工艺，实现了各个子系统准确、可靠、高效的一体化自动控制。

经对现有技术的文献检索发现，中国台湾专利(专利号TW338102-A)介绍了一种轴类零件自动检测矫直系统。此系统包括检测机构、进给机构、矫直机构、物料收集机构以及带有自学习功能的软件等部分。它可以自动检测轴件的直度误差并在线矫直，矫直参数采用自学习的方法获得并用电机控制进给。此专利矫直对象是中小型的轴类零件，且系统以机械结构为主，控制方法非常简单，难以实现准确的自动检测矫直。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种钻杆直度检测与矫直一体化控制系统，使其将检测与矫直有机地统一起来，实现各个子系统准确、可靠、高效的自动控制。本发明有效地解决了钻杆直度检测与矫直系统中系统稳定性、检测矫直精度以及生产节拍三者的矛盾，达到检测矫直一体化控制的目的。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括信号采集与处理模块、工艺控制模块、人机界面模块和动作逻辑控制模块。所述信号采集与处理模块负责信息的获取与处理，它利用传感器实时采集距离、压力信号，并通过A/D转换得到数字信号，再经过数字滤波得到所需的信息，这些信息传递到工艺控制模块；所述工艺控制模块将信号采集与处理模块发送的信息转化为工艺控制信息，并将工艺控制信息传递到动作逻辑控制模块来执行检测、矫直工艺，同时也传递到人机界面模块予以实时显示；所述人机界面模块提供了操作人员与系统交互的平台，操作人员根据生产条件和要求通过对人机界面模块的操作来调整工艺控制模块中的工艺参数，从而输出工艺控制信息；所述动作逻辑控制模块通过逻辑控制的方式对执行元件进行动作的控制，并通过人机界面模块实时显示系统动作状态，或在人机界面模块对系统的动作进行操作。

所述的信号采集与处理模块包括如下子模块：激光位移传感子模块、光电传感子模块、角度传感子模块、压力传感子模块和接触式位移传感子模块。激光位移传感子模块负责钻杆直度检测过程中距离信息的获取与处理，光电传感子模块用于钻杆轴向输送定位，角度传感子模块用于钻杆的周向定位，压力传感模块用于矫直过程中对液压系统压力的检测，接触式位移传感子模块用于矫直过程中液压缸行程的检测控制，这些子模块得到的信息通过A/D转换、数字滤波等预处理得到可以为工艺控制模块利用的信息。

所述的工艺控制模块包括检测工艺子模块和矫直工艺子模块。检测工艺子模块将预处理过的激光位移传感数据进行正弦曲线拟合，将此曲线的幅值作为钻杆的直度参数。直度参数是评介钻杆合格与否的重要参数，也是矫直工艺子模块所需的输入参数。矫直工艺子模块根据直度参数、产品信息参数和矫直工艺得到工艺控制信息。矫直工艺子模块还有自学习功能，可以根据复检的直度参数自动地调整其矫直工艺。

所述的人机界面模块提供了操作人员与系统交互的平台，它包括主监视子模块、参数设置子模块、诊断报警子模块及数据库子模块。主监视子模块实时显示系统的工作状态、传感器信号以及系统的动作，可以通过它操作和显示动作逻辑控制模块中系统的动作；参数设置子模块用于设置系统的参数，可以通过它操作和显示工艺控制模块中的工艺参数，包括产品信息参数和手动设置的工艺参数，；诊断报警子模块用于系统状态的监控，故障的诊断与报警等；数据库子模块记录存储产品信息参数和直度参数。