基于EPA的抽油杆连续调质控制系统开发_吴修德
基于EPA的抽油杆连续调质控制系统开发
抽油杆在使用过程中经常发生断裂事故 ，对其
进行 调质 处理 是改 善材料 性 能 、提 高其 疲劳 寿命 的 重要 技术 措施 ，也 是生 产优 质抽油 杆非 常关 键 的工
用 中频 感 应连 续 加 热 和冷 却 的 连续 调质处 理 工 艺 ，
其工艺规 范与检验指标见 表 １ 。
表 １ ２ＣＭ ０ ｒ ｏ钢抽油杆调质处理工艺规范与检验指标
石 油
—－— —
机
械
５ ．— ４ ． —
Ｃ ＩＡＰ Ｔ Ｏ Ｅ Ｍ Ｍ Ｃ ＩＥ Ｙ ＨＮ Ｅ Ｒ Ｌ Ｕ Ａ ＨＮ Ｒ
２ ０ 年 第 ３ ０８ ６卷
第ｌ ２期
．应 用技 术 ．
基 于 Ｅ Ａ的抽 油 杆 连 续 调质 控 制 系统 开发 Ｐ
吴修德 吴 文秀 高魁 旭 许 彪
序之一。调质处理系统的控制方式有手动控制及利 用单 片机 、可 编程 控制器 、工控机 等构 成 的 自动控
制方 式 。这些 控制 系统 的开 放性 以及 与企业 生产 管 理 系统 的可 集成 性 较 差 ，不便 于 企 业综 合 管 理 。 随 着企 业 自动化 和信 息化 的迅 猛发展 ，生产控 制 系统 的智 能化 、网络化 成 为工厂 管理信 息 系统 和控制 系
２ ＣＭｏ ０ ｒ 钢是我 国抽油杆 生产 厂家 采用 的主 流材 料 ，鉴 于抽 油 杆 的长 径 比在 ４０以上 ， 目前 主要 采 ０
２０ ０ ８年 第 ３ ６卷
第１ ２期
吴修德等 ：基 于 Ｅ Ａ的抽 油杆连 续调 质控 制 系统开发 Ｐ
一 ５ ５一
淬 、回火 感应 圈中部 的大 流量 可调 喷 嘴喷 出 的高压
统集 成 的必 然 选 择 。Ｅ Ａ （ ｅｌ ｉ ｔｅｎ ｔ ｏ Ｐ Ｒ ａ —ｔ Ｅｈ ｒｅ ｆ ｍｅ ｒ Ｐａ ｔ ｕｏ ｔ ｎ ｌ ｔ ｉ ） ｎ Ａ ｍａ ｏ 是 我 国完 全 拥 有 自主 知识 产 权并 被 国际标 准化 组织 接受 和采用 的用 于工 业测 量
抽油杆连续调质温控系统研究
差 劳 强 大 问 ， 单 机 核 ， 用ＰＤ 制 法 计 抽 杆 续 质 ： 动 度 等 题 以 片 为 心 采 Ｉ控 方 设 了 油 连 调
抽油杆调质处理是改善抽油杆材料韧性 和抗腐蚀性能、提高抽油杆疲劳强度的重要 技术措施， 是生产优质抽油杆的关键工序。 由 于 普遍采 用 中频感 应连续 加热 、手 工控制 方 式 ， 度难 以准确 控制 ， 研究 有效 实用 其温 设计 的抽油杆 连续 调 质温度 自动 摔制 系统对保 证 抽 油杆 质量 、 高抽 油杆 寿命 、 提 改善 劳动 条件 Leabharlann １抽油杆连续调质的工艺要求 ，
在我 国众 多抽油井 中 ， 一 使用 普通 抽 般 油杆， 其材 料 主要采 用 ２ Ｃ Ｍｏ与 ３ Ｃ Ｍｏ ０ｒ ５ｒ ， 鉴 于 ３Ｃ Ｍｏ 连续处 理生 产线 上水 淬后 易 ５ｒ 在 产 生裂纹 ， 约生 产成 本 ， 为节 目前在 连续生 产
线 上主要 采用 ２ Ｃ Ｍｏ 表 １ 出了 ２ Ｃ Ｍｏ ０ｒ ， 给 ０ｒ 图 １ 系统组 成框 图 调 质处 理的 工艺 要求 与检 验指 标 。 抽油 杆毛坯 经 中频 淬 火处 理 ，中频 回火 工件 表面 温度 的检测 是保 证加热 温度精 处 理完成 抽油 杆的连续 调 质工 艺 ，其处理 设 度 的重 要技术 措施 ，其 传感 器的合理 选取 在 备 应在较大 范 围内满 足抽 油杆 的连续 调 质要 感 应加热 系统 中 占有举足 轻重 的地位 。热 电 求 ，使 抽油 杆 达 到规 定 的 性 能 指标 。 偶 测量精 度高 、 应用广泛 ， 热惯 性大 、 应 但 响 速 度慢 ，不宜 在 中频 感应加 热这 样 的快速加 ２ 抽油杆连续调质处理温控系统方案 热 系 统 中应 用 ；红 外 温 度传 感 器动 态性 能 目前对 中频 感应加 热 系统温 度 的 自动 控 好 、测 量 精 度 高 ，可 实现 非 接 触 测 量 ，因 制 主要 有可编 程序 控制 器 （ Ｌ Ｐ Ｃ）控 温 与工 而 特 别适合 在感应 加热 系统 中应用 ，本 系统 业控制计算机 （ 工控机）控温两种方式。工 选用 了美国雷 泰公 司带 数字输 出的 ３ Ｍ红外 ｉ ２ 控 机功能 强大 ，软件指 令 丰富 ，但设 备投 资 温 度传 感器 ，可简 化后续 电路 设计 ，提高 检 较 大 、开 发 周 期较 长 、体 积也 较 大 ，而 且 测 系 统 的抗 干 扰性 能 。 元 件 众 多 、 复 杂 程 度高 ，抗 干 扰 能 力 不 及 Ｐ Ｃ或单 片机 。如 果将工 控机 用于小 型生 产 Ｌ ３ 系统软 件设计 ， 线 的 自动 控制 ，则 显得功 能过 剩 ，造 成不 必 ３ １该应 用软 件用 汇编语 言以 模块形 式 ． 要 的浪 费 。Ｐ ＬＣ抗 干扰 能 力强 、可 靠性 高 ， 编写 ， 片机 控制 系统的 主程 序流程 见 图 ２ 单 。 安装相 对简单 ，特 别适 合十 顺序摔 制 ，在小 上 电或复位 后 ， 系统首 先进行 自检 ， 初始 化程 型生产 线上 有大量 应 用 ，但 功 能较 为单 一 ， 序用来确定程序状态字 ， 选定寄存器组， 设置 主 要用于 开关 量的 控制 ，不能 实时 打印 ，无 中断 ， 定定 时 ／ 设 计数 器模 式 ， 相关 存储 区清 法满足 现代 企业 或业 主 对历 史数据 的 要求 。 零 ， 显示 器显示 相关 符号等 。 让 其核 心部 分为 随 着微 电子技 术的不 断发 展 ，单片机 以 大循 环 ，当单 片机检测 到滚 轮架 上有抽 油 其成 本低廉 、 态灵 活、 干扰 能 力强 ， 件 杆后 ，加热 系统按 给定 的规律 开始 给抽油 杆 组 抗 软 图 ２主程 序流 程 图 指令丰 富赢 得 了众 多用 户 ， 目前在 仪器 仪表 加热 ，同时 检 测 淬 、 回火温 度 ，若 不在 要 及 自动 控制 系统领 域得 到 了广泛应 用 ，但必 求的温 度范 围 ，则 按 Ｐ Ｄ控制 规律 对加热 系 Ｉ 少单 片机的 计算 工作量 ，本程 序采 用增量 算 须根据需 要进 行 系统扩 展 ，且 开发 周期相 对 统功率 进行 调整 ，使其 达到 工艺要 求 。当接 法 ： １ 较长 。抽 油杆 连续调 质采 用以 单片机 为核 心 近 开关 ２由高 电平转 换为 低 电平时 ，表 明一 的温控方案 有利于吸收Ｐ Ｃ Ｌ 与工控机 的优点 ， 根抽 油 杆 已处理 完毕 ，可 存 储 、打 印结果 。 Ａ“ ．＝ ｅ －ｅ￣ ｅ ｉ ｌ＋ ＋ ， ｚ 。 ＋ ｅ 一 ｅ ： 有利 于研 发 成 本的 降 低 。 ３２Ｐ Ｄ控 制程序 ． Ｉ （） １ ２ １系 统温控 原理 ． Ｐ Ｄ控制 程序 是保证 抽油 杆连 续调 质温 Ｉ 式 中 △ｕ ｉ 相 对于现 位 置的增量 —— 如 图 １ 示 ，两只红 外温 度传 感器 分 别 控精 度 最 关 键 的程 序 。 所 Ｋ— — 比例 系数 对准淬 火和 回火 感应 圈出 口 ，用 丁实时 监测 Ｐ 控 制 是模 拟 控 制 系统 中应 用最 成 Ｄ Ｉ Ｔ——积分时间常数 抽油杆 淬火 与 回火 温度 。红 外温度 传感 器将 熟 、最广泛 的控 制方法 ，用 于 离散控制 系统 Ｔ —— 微 分时 间常数 ｄ 检测 到的抽 油杆 温度信 号转 换 为电信 号 ，经 主要是 编写 性能 优 良的数字控 制程 序 。为减 ｅ —第 ｉ ｉ — 次采样 后 得到的 偏差 表 １２ Ｃ Ｍｏｌ 杆调 质处 理的 丁艺规 范与检 验指标 ０ ｒ ￣油 ｔ ｔ Ｔ —采 样周 期 — 材料 淬火 回火 抗拉强度 屈服强度 从式 １ 可见 ， 该程序只涉及与第ｉ 次采样 温度 ℃ 冷却剂 温 度℃ 冷却剂 Ｍａ ｐ Ｍａ ｐ 后的 偏差 ｅ 及相 邻 的两个 偏差 ｅ— 、ｅ－ ， ｉ ｉ ｌ ｉ ２ 因而 不 仅可有 效减 少单 片机计算 工作量 ，而 ２ＣＭ ０ｒｏ ９ Ｏ ｌ ｌ± ５ 水 冷 ５０ Ｏ ９ ±２ 空冷 ≥ ７３ ９ ≥６ ０ ５
有杆抽油系统精益维修技术研究的开题报告
有杆抽油系统精益维修技术研究的开题报告开题报告《有杆抽油系统精益维修技术研究》一、论文选题有杆抽油系统作为一种常见的采油工具，随着油田开采的深入，其维修和保养面临诸多难题。
在传统的维修方式下，效率低下、费时费力、且存在安全隐患。
因此，如何使用精益维修技术提高有杆抽油系统的维修效率、降低维修成本以及提高安全性，是本文选题的核心。
二、研究意义有杆抽油系统作为采油领域的核心技术之一，不仅在国内外得到广泛应用，对于保障我国能源生产也具有重要的战略意义。
同时，传统的维修方式不仅浪费了大量的时间和资源，还存在一定的安全风险。
因此，研究有杆抽油系统的精益维修技术，不仅可以提高维修效率和降低成本，还可以提高维修安全性和可靠性，更好地满足油田开采的需要。
三、研究内容1.研究有杆抽油系统常见的故障和维修需求；2.探讨精益维修技术在有杆抽油系统维修中的应用；3.提出有杆抽油系统精益维修技术的具体操作方案，并进行实践验证；4.对比传统维修方式和精益维修方式的在有杆抽油系统维修中的效率、成本和安全等方面的差异分析。
四、预期研究结果1.提出有杆抽油系统精益维修技术的操作方案，从而提高有杆抽油系统维修效率和降低维修成本；2.减少传统维修方式下的不必要操作，节约人力和物力资源；3.提高有杆抽油系统的维修安全性，减少事故率；4.提升有杆抽油系统的可靠性，降低系统故障率。
五、研究方法1.文献资料法：收集相关维修方法、操作规范等的文献资料，对比分析传统维修方式和精益维修方式在重要指标上的差异。
2.实验研究法：对比传统维修方式和精益维修方式在有杆抽油系统维修中的操作过程、效率、成本以及安全性的差异。
3.统计学分析法：对实际操作的数据进行统计和分析，比较传统维修方式和精益维修方式在有杆抽油系统维修中的差异。
六、论文布局第一章绪论1.1 选题背景和意义1.2 国内外研究现状1.3 研究目的和内容第二章有杆抽油系统的故障和维修需求2.1 有杆抽油系统简介2.2 有杆抽油系统常见故障2.3 传统有杆抽油系统维修方法的不足第三章精益维修技术在有杆抽油系统维修中的应用3.1 精益维修技术概述3.2 精益维修技术与传统维修方式的比较3.3 精益维修技术在有杆抽油系统维修中的应用第四章有杆抽油系统精益维修技术的操作方案4.1 维修方案的制定4.2 安全方案的制定4.3 维修操作指南第五章实验与数据分析5.1 实验方法5.2 实验数据的处理和分析5.3 实验结果分析第六章结论与展望6.1 结论6.2 研究中存在的问题6.3 展望七、论文进度安排时间节点进度安排1-2周确定题目及研究内容3-4周查阅相关文献，撰写文献综述5-6周进行有杆抽油系统的故障和维修需求分析7-8周学习精益维修技术，撰写对比分析9-10周制定有杆抽油系统精益维修技术操作方案11-12周进行实验研究13-15周分析数据，检验实验结果16-17周撰写论文的初稿18-19周提交论文，进行修改和完善20周答辩以上为本文开题报告的内容，希望可以得到指导老师的认可和支持。
油田井下作业清洁化与自动化技术研究与应用吴修华
油田井下作业清洁化与自动化技术研究与应用吴修华发布时间：2023-08-04T07:33:52.010Z 来源：《工程建设标准化》2023年10期作者：吴修华[导读] 油田井下清洁化作业技术是确保油田油水井地层和管杆保持清洁、提高产能和延长油水井寿命的关键。
常见的清洁化作业技术包括解堵、高压水射流、化学清洗、气体清洗和超声波清洗。
井筒控制技术涉及注水井溢流控制、采出井溢流控制和措施井溢流控制，以确保流体控制和运营稳定性。
地面控制技术涉及井口和地面液体集中处理、废液回收，提高资源利用效率和环境保护。
自动化作业技术在小修和大修作业中应用广泛，如自动排管机、井口一体化集成平台等，提高作业效率、安全性和准确性。
胜利油田分公司油气井下作业中心山东省东营市 257200摘要：油田井下清洁化作业技术是确保油田油水井地层和管杆保持清洁、提高产能和延长油水井寿命的关键。
常见的清洁化作业技术包括解堵、高压水射流、化学清洗、气体清洗和超声波清洗。
井筒控制技术涉及注水井溢流控制、采出井溢流控制和措施井溢流控制，以确保流体控制和运营稳定性。
地面控制技术涉及井口和地面液体集中处理、废液回收，提高资源利用效率和环境保护。
自动化作业技术在小修和大修作业中应用广泛，如自动排管机、井口一体化集成平台等，提高作业效率、安全性和准确性。
这些技术的应用为油田生产提供了关键的支持，促进了可持续发展。
随着技术的不断进步，这些技术将进一步发展和完善，推动油田行业的进步和创新。
关键词：井下作业；清洁化；自动化；1 清洁化作业技术油田井下清洁化作业技术可以采用多种方法和工具，以确保井下管杆和地层保持清洁，提高产能和延长油水井寿命。
1.1 井筒控制类技术1.1.1 注水井溢流控制技术注水井是用于向油田中注入水以维持压力和增加采收率的井。
在注水井运行期间，可能会出现溢流问题，即注水量超过了井下地层的吸水能力。
为了解决这个问题，可以采用注水井溢流控制技术。
基于ASP.NET的有杆抽油系统效率仿真与优化软件开发的开题报告
基于的有杆抽油系统效率仿真与优化软件开发的开题报告一、选题背景及意义随着石油工业的迅猛发展，油田资源的开采难度也随之逐渐增加。
在油井的日常运行中，有杆抽油系统扮演了至关重要的角色，其运转效率的高低直接决定了油井产量的大小。
因此，对于有杆抽油系统进行效率仿真和优化已成为提高油田开采效益的重要途径。
同时，随着计算机技术和信息化程度的提高，使用计算机模拟和优化手段来解决这一问题受到了广泛关注。
现有的有杆抽油系统效率仿真软件大多采用本地应用方式，存在界面较为简陋、扩展性不够强等缺点，不符合现代软件开发的要求。
为此，本项目基于平台，以B/S架构为基础，开发一款面向网络的有杆抽油系统效率仿真与优化软件，具有运行效率高、扩展性强、易用性好的特点。
二、研究内容1. 设计有杆抽油系统的数学模型，并实现相关的效率计算算法。
2. 采用平台，利用C#语言开发效率仿真软件，实现有效地显示已有数据，较为方便地添加新数据，并实现导出数据等功能。
3. 采用Web API 技术集成优化算法，实现在线应用程序，优化有杆抽油系统，同时对比不同优化后的效果，生成并输出数据对比图表。
三、研究目标1.开发一款基于平台的有杆抽油系统效率仿真与优化软件，实现对有杆抽油系统行业数据考察、模拟，进一步预测其性能并进行优化，提高其效率。
2.通过研究和开发，为有杆抽油系统的建设和维护提供技术支撑和帮助，进一步推动油田工业数据化、智能化、优化化建设的进程。
3.提高本人的技术水平和实践能力，进一步加深Web应用、算法等方面的理论与实践应用。
四、研究方法1.收集和整理有杆抽油系统行业数据和研究文献，对其进行整合和分析，确定有杆抽油系统效率仿真与优化软件的功能和特性。
2.设计有杆抽油系统的数学模型，实现其运行效率的计算算法。
3.采用平台开发软件，并通过Web API技术实现优化算法的集成。
4.使用一系列测试工具验证软件的正确性和完整性，检查软件的效果和性能表现。
刚性抽油杆关键零部件的优化设计
刚性抽油杆关键零部件的优化设计刚性抽油杆是石油开采过程中的重要设备，由于长时间的高强度工作，其关键零部件容易出现磨损、断裂等问题，导致生产效率下降和安全隐患。
为了解决这些问题，优化设计关键零部件是至关重要的。
首先，我们需要考虑的是抽油杆的材料选择。
抽油杆的工作环境复杂，需要承受高强度的载荷和磨损，因此材料的强度和耐磨性是关键。
目前常用的材料有碳素钢和合金钢。
碳素钢具有较高的强度和可靠性，但在耐磨性上稍显不足；而合金钢在耐磨性方面表现更好，但强度可能稍低。
因此，针对不同的工作条件，可以根据实际情况选择合适的材料，并在材料的热处理和表面处理等方面进行进一步优化，以提高抽油杆的耐久性和寿命。
其次，优化设计抽油杆的接口连接方式也是关键。
抽油杆通常由多节组成，节点之间的连接方式直接影响整体的稳定性和可靠性。
目前常用的连接方式有螺纹连接和分段散装连接。
螺纹连接紧固可靠，但易受到磨损和腐蚀的影响而失效；分段散装连接易于装拆和维修，但强度和稳定性较差。
因此，可以考虑采用螺纹连接和分段散装连接方式的结合，充分发挥两者的优点，提高连接的可靠性和稳定性。
另外，考虑到抽油杆在工作中产生的应力和振动，关键零部件的设计和加工精度也需要优化。
抽油杆在运行过程中，由于受到载荷和振动的作用，容易引起局部应力集中，从而导致零部件的断裂和磨损。
因此，在设计时应充分考虑零部件的刚性和强度分布，合理布置支撑点和加强结构，减少应力集中和磨损的发生。
另外，在加工过程中，应注意控制零部件的尺寸精度和表面光洁度，以提高零部件的耐磨性和减少摩擦损失。
此外，抽油杆运行过程中的润滑和冷却也是关键。
抽油杆需要在恶劣的工况下长时间运行，润滑和冷却是保证其正常工作的关键。
在关键零部件的设计中，可以设置润滑和冷却系统，通过润滑油和冷却介质的循环供给，减少零部件的磨损和热损失，提高整体的工作效率和可靠性。
同时，润滑和冷却系统的设计也需要考虑节能和环保的要求，选择适当的润滑油和冷却介质，并合理控制供给速度和压力。
修井机起升系统的机电液联合仿真方法
修井机起升系统的机电液联合仿真方法吴修德;苏一凡;吴文秀【摘要】考虑到修井机起升系统的制动性能对修井作业过程具有重要影响的实际情况,提出了利用AD-AMS、AMESim和Simulink仿真软件对其制动过程进行建模和机电液联合仿真的方法:将起升系统的ADAMS模型引入Simulink模块中,建立了机电联合仿真模型；利用ADAMS-AMESim软件接口,构建了机液联合仿真模型；通过S功能函数的使用,建立了液压与控制系统的联合仿真模型.机电液联合仿真结果表明该方法是可行的.【期刊名称】《石油天然气学报》【年(卷),期】2012(034)011【总页数】3页(P154-156)【关键词】修井机;起升系统;液压盘式制动器;建模;联合仿真【作者】吴修德;苏一凡;吴文秀【作者单位】长江大学机械工程学院,湖北荆州434023;中海石油(中国)有限公司湛江分公司生产部,广东湛江524057;长江大学机械工程学院,湖北荆州434023【正文语种】中文【中图分类】TE935修井机的起升系统担负着起升与下放钻具、钻头进给、钻压控制、处理井下复杂事故等工作，主要由绞车、天车、游车以及钻杆等部分组成，在绞车中常采用液压盘式制动器构成制动控制系统。
修井机起升系统的制动控制是典型的机电液一体化控制。
通过系统仿真分析可以获得起升系统的动态性能[1，2]。
为了提高系统仿真分析的效率，笔者构建了修井机起升系统的机电液多领域的联合仿真分析方法。
1 机电液联合仿真总体方案以XJ250修井机的起升系统为研究对象，通过实体建模软件PRO/ENGINEER和机械系统动力学仿真分析软件ADAMS，建立包含液压盘式刹车在内的起升系统的动力学简化模型，对提升工况、下入工况的工作制动和紧急制动过程进行动力学仿真，可以得到起升系统各关键元件所承受的动载荷大小及其变化规律。
利用AMESim软件液压系统建模的优势，建立液压盘式刹车的精准模型，然后用采用AMESim和 Matlab/Simulink联合的方法，建立液压盘式刹车制动系统的联合仿真模型，通过 Matlab/Simulink和AMESim联合仿真，可分析或验证起升系统的制动控制性能。
有杆抽油机智能优化控制系统
有杆抽油机智能优化控制系统
梁继德;张家田
【期刊名称】《仪器仪表用户》
【年(卷),期】2007(14)3
【摘要】随着油田原油的不断开采,老油田的低产井越来越多,油井空抽的现象也越来越严重,合理地控制抽油机的开机时间与停机时间长度,可以达到节电、以及抽油机磨损减少的目的.解决抽油井空抽现象的关键是合理控制开机时间与停机时间长度.本文对现有的方法进行了理论分析及成本比较,认为智能优化控制较行之有效,将数学方法上的瞎子爬山法用在了本优化控制系统中,并采用了模拟方法对本系统的可靠性进行了反复试验.
【总页数】3页(P156-158)
【作者】梁继德;张家田
【作者单位】西安石油大学,电子工程学院,西安,710065;西安石油大学,电子工程学院,西安,710065
【正文语种】中文
【中图分类】TP29
【相关文献】
1.基于冲速能耗的有杆抽油机产液量最大化智能控制
2.抽油机四杆机构杆长比与曲柄平衡重偏置角
3.常规抽油机改制六连杆增程抽油机试验
4.游梁式抽油机椭圆速率柔性驱动及抽油杆疲劳寿命分析
5.中原油田有杆泵抽油机能效分析
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我国抽油杆和抽油泵的研制现状及(与“油杆”有关文档共17张)
12种以上的特种抽油泵，产品不仅满足了国内油田原油生产的需要，而
且批量出口国外。我国抽油泵研制工作的发展方向：在材料和表面工程
方面开展研究工作，提高常规抽油泵的使用寿命；提高泵组件的品种和
规格；进一步提高斜井泵、防腐泵、抽稠泵、深抽泵和超长冲程泵的规
格和产品质量。
第2页，共17页。
我国抽油杆的研制现状和发展方向
1、我国是世界抽油杆第一生产大国[1]
我国现有35个抽油杆生产企业，年生产能力达9510万m，居世界第 一位；我国研制成功12种抽油杆；我国共获得28项抽油杆研制成果，其 中有17项成果达到国际先进水平；我国获得API会标使用权的抽油杆及 其接箍生产企业的数目居世界第一位；我国生产的抽油杆及其接箍已出 口25个国家；我国抽油杆钢材的产品质量有了比较大的提高；近几年我 国研制成功或正在研制12种国内领先技术水平的抽油杆生产设备。
5、我国有些抽油杆生产企业正在努力提高抽油杆生产的机 械化自动化水平
山东九环石油机械有限公司已向俄罗斯重型锻压机械股份公司购买了一条 抽油杆热模锻自动化生产线，今年8月－9月到货。玉门油田分公司（局）机 械厂正在酒泉市筹建先进的抽油杆生产线，今年5－6月赴俄罗斯和白俄罗斯 考察先进的抽油杆生产设备，初步决定向俄罗斯重型锻压机械股份公司购买 一条抽油杆热模锻自动化生产线。
于1.8个头/分钟（见图1）。世界最先进、最大的抽油杆生产企业――美国Norris公司和俄罗斯最 先进，最大的抽油杆生产企业――莫托维力哈厂采用抽油杆热模锻自动化生产线，三个人操作， 生产效率：10个头/分钟（见图2）.
第5页，共17页。
图1 我国采用普通平锻机，人工操作，生产效率1.8个头/分钟
6、我国抽油杆研制工作的发展方向
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指令控制连续调质生产线的顺序动作 。模拟量 I/O 接口负责从红 外温度传感器获 得温度信号 , 传入 S3C2410中的温度控制功能块进行处理 , 然后输出 调压器的控制信号 , 通过可控硅电源模块调节各感 应加热线圈中的电流 , 从而控制加热温度 。 工业以 太网接口电路可将调质控制器接入基于工业以太网 (或以太网 )的企业局域网中 , 实现生产过程信息 的实时上传和生产过程的控制功能 。
基于 EPA工业以太 网的控制系统结构
基于 EPA工业以太网的抽油杆连续调质控制 系统结构示意图如图 2所示 。操作站负责对控制系 统的监控和有关参数的设置和调节 ;工程师站主要 完成系统控制功能的组态 , 并将驱动程序下载到相 应的控制模块 ;OPC服务器负责从 控制模块中获 得实时数据 , 并传给工程师站 。操作站 、 工程师站 和 OPC服务器与调质控制模块等生产线控制功能 模块构成总线型网络结构 , 也可作为相对独立的单 元通过工业以太网交换机与企业管理信息系统网络 链接 , 构成基于以太网协议的管理信息系统和生产 控制系统集成的复杂网络结构 。
(1.长江大学机械工程学院 2.中国石油天然气股份有限公司勘探与生产工程监督中心 3.辽河石油勘探局曙光工程技术处 )
摘要 根据抽油杆连续调质工艺和企业信息化建设的特点 , 提出了一种基于 EPA工业以太网 的抽油杆连续调质生产线控制方案 , 并设计了相应的温度控制系统 。 以 S3C2410为核心设计了温 度控制模块 , 利用嵌入式技术实现其网络通讯功能 ;采用 PID控制算法和 EPA功能块技术 , 实现 温度的调节与控制 。 试验结果表明 , 该系统具有控制精度高 、 抗干扰能力强 、 可扩充性好等特点 , 可实现抽油杆连续调质生产线的智能化 、 网络化 。
抽油杆连续调质控制系统
1.抽油杆连续调质的工艺要求 20CrMo钢是我国抽油杆生产厂家采用的主流材 料 , 鉴于抽油杆的长径比在 400以上 , 目前主要采
用中频感应连续加热和冷却的连续调质处理工艺 , 其工艺规范与检验指标见表 1。
表 1 20CrMo钢抽油杆调质处理工艺规范与检验指标
材 料
淬 火 回 火 抗拉 屈服 强度 / 强度 /
关键词 抽油杆 调质处理 网络控制系统 EPA 功能块
抽油杆在使用过程中经常发生断裂事故 , 对其 进行调质处理是改善材料性能 、 提高其疲劳寿命的 重要技术措施 , 也是生产优质抽油杆非常关键的工 序之一 。调质处理系统的控制方式有手动控制及利 用单片机 、 可编程控制器 、 工控机等构成的自动控 制方式 。这些控制系统的开放性以及与企业生产管 理系统的可集成性较差 , 不便于企业综合管理 。随 着企业自动化和信息化的迅猛发展 , 生产控制系统 的智能化 、 网络化成为工厂管理信息系统和控制系 统集成的必然选择 。 EPA (Real-timeEthernetfor PlantAutomation)[ 1 -2] 是我国完全拥有自主知识产 权并被国际标准化组织接受和采用的用于工业测量 与控制系统的工业以太网标准 , 为控制器 、 现场测 量 、 执行机构和控制装置提供了高可靠实时通讯网 络的解决方案 , 在石化企业生产控制系统中的应用 越来越广泛 [ 3] 。 为提高抽油杆连续 调质控制系统 的性能 , 实现智能化和网络化 , 便于与企业管理信 息系统的集成 , 笔者结合抽油杆连续调质工艺和企 业信息化建设的特点 , 构建了基于 EPA工业以太 网的抽油杆连续调质控制系统 , 开发了嵌入式通讯 接口模块 , 并研制了温度控制功能块 。
图 3 调质控制模块的硬件系统框图
连续调质控制模块的嵌入式 软件设计主要包 括 :μC/OS— Ⅱ操作系统移植 ;IEEE802.3通讯协 议栈的移植 ;EPA通信栈的移植 。
移植 μC/OS— Ⅱ是为了使其作为运行 平台并 在它的基础上编写应用程序 , 实现所需要的功能 , 主要包括定义不依赖于编译的数据类型 、 使用软件 中断 SWI作底层 接口 、 定义堆栈的增长方向 、 开 关中断代码设置 、 任务切换函数 OS TASK SW ()和 OSIntCtxSw()设计 、 任务堆栈初始化函数 OSTaskStkInit()设计等步骤 。
的交互 。功能块间的接口通过链接对象实现 , 不同
设备间的功能块输入输出间的连接通过调用信息分 发服务完成 [ 5] 。根据 《EPA功能块规范 》, 将温度
控制算法封装在一个功能块中 , 并提供用户接口 。
该功能块的接口中定义了数据输入 /输出接口和事
件输入 /输出接口 。 事件的输入接口用于触发温度
EPA通信栈软件主要有 3种功能 :数据传输服 务 、 为用户层提供服务接口和 EPA管理服务 (包 括设备自动识别 、 系统时钟同步 、 系统工作状态的 管理及其它信息的管理等 )。
温度控制算法及其功能块
1.温度控制算法 温度控制算法是保证抽油杆连续调质温控精度 最关键的环节之一 。传统的 PID控制算法具有算法
输送装置通过上料机械手将抽油杆抓取到输送 辊道上 , 使其直线通过感应加热线圈和冷却水源 , 并通过调节抽油杆的移动速度来控制抽油杆的加热 和冷却时间 。 淬 、 回火感应圈位于同一直线 , 由 2 套并联式可控硅中频加热电源提供能源 。抽油杆在 直线运动过程中先通过淬火感应圈进行加热 , 处于
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参 考 文 献
[ 1] ChuJian.Deterministicandreal-timecommunication overEthernetinEPAcontrolsystem/ /Proceedingsofthe 6thWorldCongressonIntelligentControlandAutomation, Dalian, China, June21 -23, 2006.
要使嵌入式系统具备网络功能 , 必须加上 TCP/IP协议 。从满足嵌入式系统的实际需求为目 的这一指导思想出发 , 建立在嵌入式 Internet理论 的基础上 , 通过对庞大 、 功能齐全的 TCP/IP协议 的仔细研究 , 对标准的 TCP/IP协议进行了一定的 取舍 , 从而制订出了一套简单的 、 适用于嵌入式系 统并能完成相应网络功能的协议 。 嵌入式 TCP/IP 协议中各层采用的协议如下 :运输层 UDP, 网络层 IP/ICMP, 链路层 ARP/Ethernet。
[ 2] 黄文君 , 金建 祥 .基于 EPA工业以太网 的现场控 制 器研制 .仪器仪表学报, 2006, 27 (8):949-952.
[ 3] 包伟华 , 张庆军 , 张 浩 .基于 EPA标 准的现场 仪 表研究与开发 .中国仪器仪表 , 2006 (6): 44 -48.
[ 4] 武修明 .抽油杆连续调质温控系统研究 .科技资讯 , 2006 (26):17 -18.
图 2 基于 EPA的调质控制系统体系结构
调质控制模块设计
调质控制 模块 的硬 件系 统框 图如 图 3 所示 。 S3C2410微处理器内部集成了 ARM公司的 32位微 处理器 ARM920T, 具有独立的 16 kb指令 Cache和 16 kb数据 Cache, 还有 LCD控制器 、 RAM控制器 并行 I/O接口 、 触摸屏接口 等 。 10 路开 关量 I/O 接口主要负责采集接近开关等位置信号 , 然后发出
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石 油 机 械
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简单 、 便于设计和参数调整的特点 , 且稳态控制精
度较高 , 是模拟控制系统中应用最广泛 、 技术最成
熟的控制方法 。 为节省计算机的计算工作量 , 本程 序采用增量算法 [ 4]
Δui =K ei -ei-1 +TTiei + TTd(ei -2ei-1 +ei-2 )
吴修德 等 :基于 EPA的抽油杆连续调质控制系统开 发
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淬 、 回火感应圈中部的大流量可调喷嘴喷出的高压 冷却水快速冷却杆体以完成淬火工艺 , 然后再通过 回火感应圈完成回火工艺 。 用 2只 3i2M红外温度 传感器分别对准淬火和回火感应圈出口 , 检测抽油 杆淬火与回火温度 。 红外温度传感器将检测到的抽 油杆温度信号转换为电信号 , 经放大 、 滤波等调理 后转化为标准信号 , 送给控制模块 。 控制模块主要 由温度检测与控制 、 生产线顺序动作控制 、 通讯控 制等部分组成 , 其功能是调质生产线动作过程的控 制及温度的调节与控制 , 并能实现生产过程参数的 实时记录 、 显示和打印等 。
DO I :10.16082/j .cnki .issn.1001 -4578.2008.12.026
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石 油 机 械 CHINAPETROLEUM MACHINERY
应用技术
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基于 EPA的抽油杆连续调质控制系统开发
吴修德 1 吴文秀 1 高魁旭 2 许 彪 3
利用工业以太网 , 从企业的设备层 、 控制层到 管理层实现 “ E网到底 ” , 便于企业综合自动化的 信息无缝集成 , 有利于提高生产管理和生产控制的 效率 , 降低企业网络控制系统的维护成本 。 本系统 的开发对其它石油装备制造企业的管理信息系统与 现场控制系统的信息集成具有借鉴意义 。下一步要 做的主要工作是实现系统的远程组态 、 标定等控制 功能 , 研制具有功能块仿真功能 [ 6] 的基于 Web的 系统仿真工具 , 为企业建立基于 EPA工业以太网 的管理与控制集成网络奠定基础 。
控制算法的执行 , 输出接口用于运算完成的信息发
送 。数据输入 /输出接口实现温度参数的输入和计
算结果的输 出 。 同时 , 需 设计相应的 AI功能块 、
AO功能块和技术块 。 将温度控制算法设计成功能