曹金龍

(陜西核昌機(jī)電裝備有限公司，陜西咸陽(yáng) 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(wù)量逐年增加，并且勘探及施工孔徑加大以及鉆孔越來(lái)越深，憑機(jī)班長(zhǎng)經(jīng)驗(yàn)控制鉆探過(guò)程更加困難。同時(shí)，鉆探施工過(guò)程中時(shí)而伴隨著發(fā)生不可預(yù)估的孔內(nèi)事故，不但影響了鉆探效率而且也帶來(lái)重大經(jīng)濟(jì)損失。因此，研制一套與鉆機(jī)配套的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鉆探過(guò)程的連續(xù)監(jiān)測(cè)，預(yù)報(bào)孔內(nèi)情況，保證了鉆探施工的高效性、安全性和優(yōu)質(zhì)性，為數(shù)字化鉆探技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

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(jī)井場(chǎng)數(shù)字信息采集及傳輸系統(tǒng)分別是由設(shè)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(jiàn)圖1。

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

(1)設(shè)備端。采用9個(gè)傳感器和4個(gè)攝像頭采集設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)工藝參數(shù)，通過(guò)PLC對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理，進(jìn)而控制設(shè)備的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)感知和自動(dòng)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(guò)無(wú)線4G網(wǎng)絡(luò)與云服務(wù)器進(jìn)行無(wú)障礙數(shù)據(jù)傳送通訊、整理、運(yùn)算、存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。

(3)用戶端。用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆探現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)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(shè)計(jì)，主要功能模塊包括：儀表設(shè)置模塊，參數(shù)設(shè)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(yuǎn)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(shí)時(shí)顯示參數(shù)，如系統(tǒng)壓力、鉆桿重量、泥漿泵壓力、轉(zhuǎn)速、前后傾角、左右傾角、油溫、孔深等9個(gè)參數(shù)(圖2)，一部分參數(shù)是通過(guò)傳感器直接得到，其他的參數(shù)則是由多個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)PLC內(nèi)部運(yùn)算得到。

圖2 顯示界面Fig.2 Display interface

(2)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)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(huì)進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)設(shè)備上的爆閃燈也會(huì)啟動(dòng)(例如油溫系統(tǒng)顯示39.6℃，系統(tǒng)做出判斷，當(dāng)≤80℃時(shí)，顯示數(shù)字是白色；當(dāng)≥80℃時(shí)，顯示數(shù)字變紅)。

(3)對(duì)鉆探現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)不受空間和地域限制的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。

(4)為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，提升設(shè)備品質(zhì)。

(5)以數(shù)據(jù)為導(dǎo)向?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)銷售售后，降低成本。

2 實(shí)時(shí)顯示的參數(shù)檢測(cè)方式

(1)鉆壓監(jiān)測(cè)。通過(guò)PLC內(nèi)部公式p=p1A1-p2A2計(jì)算得出，其中p1為液壓缸無(wú)桿腔壓力(傳感器監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù))，p2為液壓缸有桿腔壓力(傳感器監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù))，A1為液壓缸無(wú)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(jī)轉(zhuǎn)速。在動(dòng)力頭上安裝了一個(gè)接近開(kāi)關(guān)，將測(cè)得的脈沖傳到PLC高速計(jì)數(shù)器里，然后通過(guò)PLC內(nèi)部公式n=60 m/(c·t)計(jì)算得出，其中m為單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)(1 s內(nèi)采集到的脈沖數(shù))，c為設(shè)備轉(zhuǎn)一圈脈沖數(shù)，t為時(shí)間。

(3)孔深檢測(cè)。在卷?yè)P(yáng)機(jī)上安裝旋轉(zhuǎn)編碼器，通過(guò)PLC內(nèi)部公式L=N·l/n計(jì)算出鋼絲繩長(zhǎng)度，其中n為旋轉(zhuǎn)編碼器轉(zhuǎn)一圈發(fā)出的脈沖數(shù)，l為卷筒的周長(zhǎng)，N為PLC中高速計(jì)數(shù)器中記錄發(fā)出的脈沖數(shù)。

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

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

(6)給進(jìn)速度監(jiān)測(cè)。在動(dòng)力頭上安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器，通過(guò)PLC內(nèi)部公式n=60Δp·103/(r·Δt)計(jì)算得出，其中，n為速度，Δp為單位時(shí)間內(nèi)采集的脈沖數(shù)，Δt為單位時(shí)間，r為編碼器分辨率。

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

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

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

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)數(shù)字信息采集及傳輸系統(tǒng)在HXY-1600智能拖車鉆上的應(yīng)用，為現(xiàn)場(chǎng)鉆探人員優(yōu)化鉆進(jìn)參數(shù)提供了依據(jù)，操作簡(jiǎn)單，縮短了施工的工期，降低了事故的風(fēng)險(xiǎn)，減少了經(jīng)濟(jì)損失。