钻杆分级自动排放系统优化设计

【摘要】钻杆是石油钻井行业重要的工具，从井上回收的钻杆经过一系列生产工艺成为钻杆成品后，要根据规格型号分类排放到钻杆成品台。通过钻杆分级自动排放系统优化设计，采用PLC机电一体化控制，操作简便，自动化程度高，降低劳动强度，提高生产效率，实现了生产线的自动化、智能化。

【关键词】钻杆分级自动排放系统 PLC控制 优化设计

从井队回收后的钻杆要经过除锈、清洗、检测、检验分级、螺纹修复、弯钻杆校直等程序，之后形成钻杆成品，然后按不同的规格分级分类存放到成品台，以便于再次供井。以往钻杆成品台，由人工在户外操作，通过操纵气缸的升降来实现钻杆的摆放操作，而每个人只能控制两个台架，且采用气缸举升，由于气压控制存在反应滞后的问题，经常导致前后两处气缸动作不同步，钻杆翻转失败，掉下来砸坏设备，甚至伤人的事故。因此，优化设计钻杆成品分级排放系统，实现钻杆自动线输送滚轮升降的自行调节和钻杆的自动排放，利于钻杆输送和排放实现自动化、智能化，并能对钻杆输送过程进行实时监控。

一、钻杆输送自动线

钻杆输送自动的组成。钻杆输送自动线由自动线电机滚轮总成、拨料机构、电控箱、控制操作台、光电开关和接近开关等电气元件组成。

钻杆输送自动工作过程。回收钻杆经初检后，进行除锈清洗、无损检测、校直分级、螺纹修复等工序，所得到的成品钻杆，按照预先设置好的指令，即根据每根钻杆的情况输入需要到达的成品台号，通过钻杆自动线输送至每一个成品台，由相应的拨料机构分别拨至对应的成品台，进行分级分类存放。系统只需要一人在操作室内操作，从而实现钻杆输送和分级、分类存放的自动化。

二、系统组成

（一）机械控制系统

主要包括钻杆输送自动线和拨料机构。

输送自动线的设计。钻杆输送自动线的作用是将成品钻杆输送至每一个对应的成品台前。原有的输送自动线采用的是一个主动轮，一个从动轮相间的方式，滚轮固定于输送线上。由于钻杆接头比本体外径大，每根钻杆在输送线上输送时对滚轮的冲击很大，造成滚轮磨损严重，而且容易出现钻杆打滑停滞不前现象，使滚轮的使用寿命大大缩短。现设计采用弹性滚轮，即在滚轮下面加装一定弹力的弹簧，当钻杆到达滚轮和在输送自动线上通过时，由于弹簧力的作用，滚轮能够根据钻杆的重量来调节自身的高度，从而避免钻杆对滚轮的硬性冲击，延长了滚轮的寿命。图1为弹性滚轮的结构示意图。

拨料机构的设计。该拨料机构采用四连杆机构，实际上组成一个曲柄摇杆机构。曲柄由电动机带动旋转，将动力传递到连杆，连杆再将动力传递到摇杆，摇杆端部做成钩型，通过该曲柄摇杆机构的运动，从而实现将钻杆从输送自动线翻至成品台上。

（二）自动控制系统

自动控制系统主要由电控柜、操作台、室外操作箱、光电开关、接近开关等组。电控柜由PLC、继电器、空气开关和接触器等组成。操作台上设置有选择开关、按钮、指示灯、显示屏等。室外操作箱设有开关、急停按钮等就地操作元件，用于应急处理意外情况。

钻杆自动排放系统的过程控制采用德国西门子公司的S7-300系列可编程控制器，实现钻杆自动排放的逻辑控制和顺序控制，通过可编程控制器和工控机组成人机界面。不同型号的钻杆堆放在待分类台架上，由管理人员从操作台遥控依次放到正在运行的自动线上，进入分检控制区后，管理人员根据钻杆的规格型号、级别等，由操作台上的按钮依次输入钻杆需要到达的成品台号，通过每个成品台前安装的光电开关的检测，经PLC的运算处理，钻杆到达其应存放的台前时，拨料电机动作，把钻杆放入成品台。同时由拨料电机上的接近开关控制拨料电机的停止。每个成品台本班所放钻杆的数量及分检钻杆的总数都在人机界面显示屏上显示出来。

通过电控柜内可编程控制器，根据设备的工艺要求，实现各个动作之间的单动、连动。空气开关分别给上、下拨料电机、自动线电机、操作台等提供电源和保护。PLC接收操作台、光电开关和接近开关输入的信号，并通过接触器控制拨料电机的动作、自动线电机的正反转等，完成钻杆成品的输送和拨料控制任务。

（三）监控系统

监控系统由设置在户外的摄像头，操作室内的网络硬盘录像机和显示器组成，带云台的摄像头，可上下旋转，水平360°旋转，最大可视距离200多米，覆盖全部平台，能对钻杆输送自动线的运行情况进行实时监控，便于发现问题，及时处理。

（四）人机界面

系统采用操作面板和人机界面两套系统控制，两套系统可以单独使用，也可以联合使用，相辅相成，使得系统更加稳定和可靠。人机界面可实现手动、自动切换功能。

三、结束语

输送自动线采用的弹性升降滚轮，可以根据钻杆自身的重量自动调节高低，运行平稳，生产效率得到提高。拨料机构设计简单，拨料迅速，安全可靠，维护方便，生产效率大大提高。自动控制方面采用PLC控制系统，可方便地由一人在操作室内控制和操作钻杆在自动线上运行、拨料和存放到预定成平台上，大幅度的减少了户外天操作人员人数，大大提高了生产自动化程度和效率。人机界面的使用，使得系统更加智能化，能实现手、自动自由切换，钻杆数量的存储和显示，单一送料功能，出错报警功能，在线纠错功能等。监控系统可实现对自动线进行实时监控，实现了操作人员足不出户就能掌握自动线上钻杆输送的状况，及时发现问题做出处理。