一种基于LabVIEW的石油固井作业气动控制系统技术方案

一种基于LabVIEW的石油固井作业气动控制系统，采用双作用缸来完成所有水泥头固井作业动作。采用8个行程开关来检测4个缸的初始位置和到位位置。该控制系统以上位机LabVIEW软件，西门子200系列PLC与气动系统软件设计联合仿真实现了石油固井作业气动系统的实时控制和在线监测，有效缩短了固井作业气动系统设计时间，为实现石油固井作业自动化、安全高效操作提供了一种可参考的新方法。

A pneumatic control system for petroleum cementing operation based on LabVIEW

A pneumatic control system for petroleum cementing operations based on LabVIEW, which uses double acting cylinders to perform all cementing operations. 8 stroke switches are used to detect the initial position and position of the 4 cylinders. Above the machine control system LabVIEW software, real-time control and online monitoring of the SIEMENS 200 series PLC and pneumatic system software design combined with simulation of the oil well cementing operation of pneumatic system, shorten the cementing operation of pneumatic system design, safe and efficient operation provides a new method for oil well cementing for reference industry automation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于LabVIEW的石油固井作业气动控制系统所属
本专利技术涉及一种基于LabVIEW的石油固井作业气动控制系统，适用于机械领域。
技术介绍
科技进步使安全生产理念越来越为现场所关注。在石油固井作业上，随着钻井技术向深井、超深井方向的发展，固井作业现场环境复杂性加大，固井管串长度加长，顶替压力过高等问题使固井施工人员操作难度增大，危险性提高。开展人机交互，利用新技术、新装备实现固井施工的自动化控制，能够从根本上保证固井质量，提高生产效率。石油固井作业气动控制系统是工作人员在控制室中操作PC机界面实现旋转、替浆、释放胶塞、投球等固井作业，能有效解决手动控制带来的操作不方便、作业时间长、固井效率低和安全风险大等固井难题，满足了各种复杂井况的固井需要，充分保证固井人员作业安全和固井质量，提高生产效率。在工业自动化生产线上用LabVIEW实施在线监控，不仅能够达到人机界面的智能化控制，而且便于现场技术人员对控制系统软件的二次开发。PLC具有可靠性高、适应性好、编程方便和性价比高等优点，且具有很好的可移植性，已广泛应用于工业自动控制中。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于LabVIEW的石油固井作业气动控制系统，以上位机LabVIEW软件，西门子200系列PLC与气动系统软件设计联合仿真实现了石油固井作业气动系统的实时控制和在线监测，有效缩短了固井作业气动系统设计时间，为实现石油固井作业自动化、安全高效操作提供了一种可参考的新方法。本专利技术所采用的技术方案是：所述气动系统采用双作用缸来完成所有水泥头固井作业动作。采用8个行程开关来检测4个缸的初始位置和到位位置。气动系统主要分为控制气源的总气路和4个单独气路，即固井的4个主要过程：投球，注水泥，释放胶塞和注泥浆。4个电磁阀分别控制每一过程气路的通断：电磁阀断电时，缸趋于回到初始位置；电磁阀通电时，缸伸出直到压下到位行程开关。1V9为总阀，总阀控制各气路的通断。所述控制系统的电气控制中，接触器线圈通电，对应触点闭合，电磁阀通电。石油固井作业中投球，注水泥，释放胶塞和注泥浆4个过程任何一个过程在进行中不能被其他过程打断，也不能出现两个过程同时进行的情况，所以在设计时每一过程要串联其它过程的接触器的常闭触点，实现互锁。最后，气缸在初始位置和到位时均对应指示灯。所述通讯程序完成和上位机的通信工作，分为主程序、子程序和中断程序三部分。主程序完成子程序调用和控制功能；子程序完成通信口的初始化，译码和校验功能；中断程序完成数据的发送和接收功能。发送数据用XMT发送指令，接收数据采用RCV接收指令。初始化完成后，运行RCV指令使端口处于接收状态，并设置消息起始和结束的条件来判断消息的开始和结束，判断消息结束时终止接收状态。所述上位机LabVIEW程序前面板由三个界面组成：状态信息界面、通信测试界面和主界面。状态信息界面显示下位机的反馈信息、错误状态等，是内部调试界面，工作人员在操作时此界面不用；通讯测试界面完成系统工作之前的通讯测试，确认排除各种通信故障后开始工作；主界面即系统的工作界面，是最主要的部分，在主界面上完成固井的所有操作。主界面上除去操作按钮和指示灯以外，还有复位，急停等按钮，保证出现紧急情况时系统可以立即恢复到安全状态或紧急停车。本专利技术的有益效果是：该系统以上位机LabVIEW软件，西门子200系列PLC与气动系统软件设计联合仿真实现了石油固井作业气动系统的实时控制和在线监测，有效缩短了固井作业气动系统设计时间，为实现石油固井作业自动化、安全高效操作提供了一种可参考的新方法。附图说明图1是本专利技术的气动系统设计图。图2是本专利技术的电气原理图。图3是本专利技术的投球过程控制流程图。图4是本专利技术的通信流程图。图5是本专利技术的上位机LabVIEW主控流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1，石油固井作业气动控制系统使施工人员远离作业现场，只操作相应按钮即可完成规定动作，可以简单描述为：在上位机LabVIEW界面按下某一动作按钮(比如投球按钮)，PC机通过串口将指令发送到PLC下位机，PLC收到上位机命令后控制电磁阀动作，进而驱动气缸实现要求的功能。因此要做的工作主要分为以下三部分：首先设计气动控制系统，以代替工作人员完成施工现场所有的手动操作；再者编写PLC功能程序，将电气控制转化为PLC控制；最后编写上、下位机通信程序，完成基于LabVIEW的用户软件设计。气动系统用双作用缸来完成所有水泥头固井作业动作。采用8个行程开关来检测4个缸的初始位置和到位位置。气动系统主要分为控制气源的总气路和4个单独气路，即固井的4个主要过程：投球，注水泥，释放胶塞和注泥浆。4个电磁阀分别控制每一过程气路的通断：电磁阀断电时，缸趋于回到初始位置；电磁阀通电时，缸伸出直到压下到位行程开关。1V9为总阀，总阀控制各气路的通断。如图2，控制系统的电气控制中，接触器线圈通电，对应触点闭合，电磁阀通电。石油固井作业中投球，注水泥，释放胶塞和注泥浆4个过程任何一个过程在进行中不能被其他过程打断，也不能出现两个过程同时进行的情况，所以在设计时每一过程要串联其它过程的接触器的常闭触点，实现互锁。最后，气缸在初始位置和到位时均对应指示灯。如图3，S7-200PLC程序分为功能程序和通讯程序，功能程序相对简单，主要是根据输入状态输出相应动作，实现电磁阀对气缸的驱动。如图4，通讯程序完成和上位机的通信工作，分为主程序、子程序和中断程序三部分。主程序完成子程序调用和控制功能；子程序完成通信口的初始化，译码和校验功能；中断程序完成数据的发送和接收功能。发送数据用XMT发送指令，接收数据采用RCV接收指令。初始化完成后，运行RCV指令使端口处于接收状态，并设置消息起始和结束的条件来判断消息的开始和结束，判断消息结束时终止接收状态。如图5，上位机LabVIEW程序的设计对石油固井作业气动控制系统的实现起关键作用。上位机LabVIEW程序的功能主要是按规定的指令格式给下位机发送命令数据，并把实时读回的数据进行显示和分析。此外，控制程序要实现顺序控制，使操作按规定的流程进行。上位机LabVIEW程序前面板由三个界面组成：状态信息界面、通信测试界面和主界面。状态信息界面显示下位机的反馈信息、错误状态等，是内部调试界面，工作人员在操作时此界面不用；通讯测试界面完成系统工作之前的通讯测试，确认排除各种通信故障后开始工作；主界面即系统的工作界面，是最主要的部分，在主界面上完成固井的所有操作。主界面上除去操作按钮和指示灯以外，还有复位，急停等按钮，保证出现紧急情况时系统可以立即恢复到安全状态或紧急停车。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于LabVIEW的石油固井作业气动控制系统，其特征是：所述气动系统用双作用缸来完成所有水泥头固井作业动作，采用8个行程开关来检测4个缸的初始位置和到位位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于LabVIEW的石油固井作业气动控制系统，其特征是：所述气动系统用双作用缸来完成所有水泥头固井作业动作，采用8个行程开关来检测4个缸的初始位置和到位位置。2.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW的石油固井作业气动控制系统，其特征是：气动系统主要分为控制气源的总气路和4个单独气路，即固井的4个主要过程，投球，注水泥，释放胶塞和注泥浆；4个电磁阀分别控制每一过程气路的通断，电磁阀断电时，缸趋...

【专利技术属性】
技术研发人员：申久祝，
申请(专利权)人：申久祝，
类型：发明
国别省市：辽宁,21