數(shù)字信息采集及傳輸系統(tǒng)在HXY-1600智能拖車鉆機的應用

曹金龍

(陜西核昌機電裝備有限公司，陜西咸陽 712000)

0 引言

隨著核工業(yè)地浸鈾礦勘探取心以及地浸工藝孔任務量逐年增加，并且勘探及施工孔徑加大以及鉆孔越來越深，憑機班長經(jīng)驗控制鉆探過程更加困難。同時，鉆探施工過程中時而伴隨著發(fā)生不可預估的孔內事故，不但影響了鉆探效率而且也帶來重大經(jīng)濟損失。因此，研制一套與鉆機配套的系統(tǒng)，實現(xiàn)鉆探過程的連續(xù)監(jiān)測，預報孔內情況，保證了鉆探施工的高效性、安全性和優(yōu)質性，為數(shù)字化鉆探技術的發(fā)展奠定了基礎。

1 系統(tǒng)組成原理及功能

1.1 系統(tǒng)的組成原理

HXY-1600智能拖車鉆機井場數(shù)字信息采集及傳輸系統(tǒng)分別是由設備端(數(shù)據(jù)采集與執(zhí)行器)、物聯(lián)網(wǎng)層以及用戶端3層組成，見圖1。

圖1 系統(tǒng)組成原理Fig.1 Principle of system composition

(1)設備端。采用9個傳感器和4個攝像頭采集設備實時運行數(shù)據(jù)和現(xiàn)場工藝參數(shù)，通過PLC對采集到的數(shù)據(jù)進行數(shù)字化處理，進而控制設備的執(zhí)行機構動作，實現(xiàn)實時感知和自動控制，并且顯示在觸摸屏上。

(2)物聯(lián)網(wǎng)層。物聯(lián)網(wǎng)模塊讀取PLC里的數(shù)據(jù)，通過無線4G網(wǎng)絡與云服務器進行無障礙數(shù)據(jù)傳送通訊、整理、運算、存儲，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。

(3)用戶端。用戶通過網(wǎng)絡連接，實現(xiàn)對鉆探現(xiàn)場遠程監(jiān)控。

1.2 系統(tǒng)界面

系統(tǒng)軟件界面(表1)采用功能模塊化設計，主要功能模塊包括：儀表設置模塊，參數(shù)設置模塊，系統(tǒng)控制模塊，數(shù)據(jù)記錄模塊，故障信息模塊，遠程監(jiān)控模塊。

表1 系統(tǒng)軟件界面介紹Tab.1 Introduction of system software interface

1.3 系統(tǒng)功能

(1)實時顯示參數(shù)，如系統(tǒng)壓力、鉆桿重量、泥漿泵壓力、轉速、前后傾角、左右傾角、油溫、孔深等9個參數(shù)(圖2)，一部分參數(shù)是通過傳感器直接得到，其他的參數(shù)則是由多個傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)通過PLC內部運算得到。

圖2 顯示界面Fig.2 Display interface

(2)對采集的數(shù)據(jù)進行處理和分析，如果數(shù)據(jù)超出正常范圍(變紅)，系統(tǒng)就會進行聲光報警，同時設備上的爆閃燈也會啟動(例如油溫系統(tǒng)顯示39.6℃，系統(tǒng)做出判斷，當≤80℃時，顯示數(shù)字是白色；當≥80℃時，顯示數(shù)字變紅)。

(3)對鉆探現(xiàn)場實現(xiàn)不受空間和地域限制的遠程實時監(jiān)控。

(4)為優(yōu)化設計提供精準數(shù)據(jù)，提升設備品質。

(5)以數(shù)據(jù)為導向實現(xiàn)精準銷售售后，降低成本。

2 實時顯示的參數(shù)檢測方式

(1)鉆壓監(jiān)測。通過PLC內部公式p=p1A1-p2A2計算得出，其中p1為液壓缸無桿腔壓力(傳感器監(jiān)測的實時數(shù)據(jù))，p2為液壓缸有桿腔壓力(傳感器監(jiān)測的實時數(shù)據(jù))，A1為液壓缸無桿腔的有效截面積(直接輸入的定值)，A2為液壓缸有桿腔的有效截面積(直接輸入的定值)。

(2)鉆機轉速。在動力頭上安裝了一個接近開關，將測得的脈沖傳到PLC高速計數(shù)器里，然后通過PLC內部公式n=60 m/(c·t)計算得出，其中m為單位時間內的脈沖數(shù)(1 s內采集到的脈沖數(shù))，c為設備轉一圈脈沖數(shù)，t為時間。

(3)孔深檢測。在卷揚機上安裝旋轉編碼器，通過PLC內部公式L=N·l/n計算出鋼絲繩長度，其中n為旋轉編碼器轉一圈發(fā)出的脈沖數(shù)，l為卷筒的周長，N為PLC中高速計數(shù)器中記錄發(fā)出的脈沖數(shù)。

(4)左右傾角監(jiān)測。在塔體左側安裝傾角傳感器，直接監(jiān)測并上傳數(shù)據(jù)。

(5)前后傾角監(jiān)測。在塔體后側安裝傾角傳感器，直接監(jiān)測并上傳數(shù)據(jù)。

(6)給進速度監(jiān)測。在動力頭上安裝有旋轉編碼器，通過PLC內部公式n=60Δp·103/(r·Δt)計算得出，其中，n為速度，Δp為單位時間內采集的脈沖數(shù)，Δt為單位時間，r為編碼器分辨率。

(7)液壓油溫監(jiān)測。在油箱的內部安裝溫度傳感器，直接監(jiān)測并上傳數(shù)據(jù)。

(8)泥漿泵壓力監(jiān)測。在泥漿泵出口管線上安裝壓力傳感器，直接監(jiān)測并上傳數(shù)據(jù)。

(9)稱重質量監(jiān)測。通過改變油壓和方向，孔底壓力指示器直接監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3 結語

通過數(shù)字信息采集及傳輸系統(tǒng)在HXY-1600智能拖車鉆上的應用，為現(xiàn)場鉆探人員優(yōu)化鉆進參數(shù)提供了依據(jù)，操作簡單，縮短了施工的工期，降低了事故的風險，減少了經(jīng)濟損失。