巖心鉆機自動監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用

梁 鑫

(中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

0 引 言

鉆探裝備的進步主要體現(xiàn)在設(shè)備的自動化、智能化、模塊化、輕便化等方面[1]，隨著我國現(xiàn)代化工業(yè)水平的逐年提高，對智能控制、自動檢測技術(shù)需求也隨之增加。在工業(yè)領(lǐng)域中，鉆探作為直接勘探和開采能源的關(guān)鍵手段，出于鉆探行業(yè)對自動化技術(shù)的需求，可以將自動化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于鉆探工程的鉆進過程中，作為鉆進監(jiān)測、科學分析和決策等工作環(huán)節(jié)的重要工具，能夠?qū)崟r反映鉆進工作的具體進展情況，從而確保鉆井工作的優(yōu)質(zhì)、安全、快速、高效開展[2]。薛倩冰，張金昌的研究根據(jù)煤層氣壓裂系統(tǒng)設(shè)計的需要，編寫了現(xiàn)場壓裂的數(shù)據(jù)采集軟件，服務(wù)器端的數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)存軟件，客戶端的壓裂曲線顯示軟件，采用GPRS或McWiLL等無線傳輸介質(zhì)，利用TCP/IP協(xié)議構(gòu)建了遠程監(jiān)控系統(tǒng)[3]。目前我國自動化巖心鉆機技術(shù)已成功開發(fā)電控自動化系統(tǒng)，采用的技術(shù)包括機電液一體化[4]、PLC邏輯反饋控制，配置鉆進參數(shù)自動檢測和控制系統(tǒng)，與鉆桿自動移擺管系統(tǒng)技術(shù)，這些技術(shù)實現(xiàn)了鉆進過程自動化和信息化，極大的提高了鉆進效率[5]。實現(xiàn)鉆探系統(tǒng)自動、智能化發(fā)展是今后行業(yè)發(fā)展必然所趨，目前國際上多數(shù)發(fā)達國家都已成功研發(fā)應(yīng)用了自動化鉆探系統(tǒng)，通過應(yīng)用自動化技術(shù)，能夠自動化控制鉆機設(shè)備相關(guān)參數(shù)，這樣很大程度降低了鉆機設(shè)備在運行中發(fā)生事故的幾率，也提高了經(jīng)濟及社會效益[6]。所以文中研究設(shè)計了巖心鉆機自動監(jiān)控系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的自動智能水平，為我國勘探工作提供先進工藝技術(shù)設(shè)備，并推廣應(yīng)用該系統(tǒng)培養(yǎng)高素養(yǎng)鉆探技術(shù)隊伍，從而提升中國在國際的地質(zhì)鉆探行業(yè)競爭力，創(chuàng)造更高的社會經(jīng)濟效益[7]。如今對鉆探設(shè)備先進技術(shù)程度進行衡量的關(guān)鍵標準之一就是鉆探設(shè)備自動化水平高低，想要實現(xiàn)鉆探設(shè)備自動化，就需要與目前先進電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)結(jié)合，實時監(jiān)測鉆井各規(guī)程參數(shù)，實時反饋鉆井最優(yōu)化規(guī)程參數(shù)，通過以太網(wǎng)、局域網(wǎng)、遠程終端建立實時遠程監(jiān)控系統(tǒng)[8]。雖然將自動化技術(shù)應(yīng)用于鉆探作業(yè)中，有效提高了鉆探作業(yè)的安全、快速、高效性，但是就目前來看學術(shù)界對自動化監(jiān)控這一領(lǐng)域的研究成果有限，所以在文中深入研究巖心鉆機自動監(jiān)控系統(tǒng)，旨在解決鉆探技術(shù)和鉆探設(shè)備跨越式發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)問題。

1 鉆進過程監(jiān)控系統(tǒng)總方案

1.1 鉆進過程試驗平臺

為滿足巖心鉆機自動化鉆進工作所需，本次設(shè)計鉆機試驗平臺架構(gòu)如圖1所示，由數(shù)據(jù)監(jiān)測、控制、鉆機平臺結(jié)構(gòu)組成，文中系統(tǒng)設(shè)計基于OPC(OLE for Process Control，OLE/COM技術(shù))和LabVIEW DSC模塊化技術(shù)(LabVIEW數(shù)據(jù)記錄和監(jiān)控模塊)，設(shè)計了系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)及控制軟件，能夠?qū)︺@進工作中優(yōu)化控制采集鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵量等數(shù)據(jù)，經(jīng)以太網(wǎng)通信無線路由器，通過控制模式經(jīng)ATV71WD30N4，ATV71WD22N4施耐德變頻器，精準調(diào)控電動機、泥漿泵的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、泵量、泵壓、溫度、鉆速等相關(guān)參數(shù)，并對這些鉆進參數(shù)進行監(jiān)測[9]。

圖1 鉆進監(jiān)測控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2 鉆進參數(shù)監(jiān)測與硬件選型

1.2.1 鉆壓

在鉆進監(jiān)測控制系統(tǒng)對鉆進過程中的鉆壓參數(shù)監(jiān)測時，運用CST-102通用壓力變送器設(shè)備，選用了高穩(wěn)定性、高精度擴散硅充油芯體，運用了電子束焊接技術(shù)和隔離膜片，可以采用數(shù)字補償傳感器應(yīng)用產(chǎn)生的靈敏誤差、偏移和溫漂，轉(zhuǎn)換被測介質(zhì)壓力獲得標準電信號。運用壓力變送器設(shè)備獲得液壓油缸的進出口壓強參數(shù)，經(jīng)油缸上腔、下腔的橫截面完成進出口壓力值計算，最后獲得鉆進壓力。

1.2.2 轉(zhuǎn)速

對于轉(zhuǎn)速參數(shù)監(jiān)測，選用IMBTT電感接近開關(guān)，作為比較理想接近預(yù)期的電子開關(guān)量傳感器設(shè)備。在金屬檢測體與感應(yīng)區(qū)域接近時，開關(guān)可以無接觸、無火花、無壓力，迅速發(fā)出電氣指令，可以將運動機構(gòu)所處行程和位置準確反映。該設(shè)備具有較高的精準重復(fù)定位，運行穩(wěn)定可靠性和極強的抗振能力，無噪音、無火花等技術(shù)特點[10]。

1.2.3 扭矩

扭矩參數(shù)檢測需要應(yīng)使用變頻器輸出扭矩數(shù)值，通過計算獲得鉆機設(shè)備的主軸扭矩。也可以將獲得的輸出功率值，用于扭矩計算，針對液壓鉆機依靠液壓馬達驅(qū)動回轉(zhuǎn)，因此通過采集液壓馬達進出口存在的壓差，獲得鉆機立軸回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。

1.2.4 泵壓

泵壓作為檢測液體壓力參數(shù)，無需經(jīng)傳感器變換物理量，因為泥漿內(nèi)含有固相顆粒，所以需要采用專用泵壓測量傳感器。文中選用CST-121泥漿泵專用壓力變送器，主要是為了應(yīng)對鉆井、測井工作中，極易發(fā)生的泥漿堵塞引壓孔，以及所處潮濕、較強振動情況下設(shè)計的檢測設(shè)備，還能夠準確檢測壓力數(shù)據(jù)并滿足遠距離傳輸[11]。實現(xiàn)直接安裝傳感器，與被測介質(zhì)直接接觸無需隔離，保證了檢測精度和數(shù)據(jù)準確性。

1.2.5 回次進尺

回次進尺作為鉆進工作開展中的重要參數(shù)，通過計算當前和上次孔深存在差值結(jié)果即可。所以對于每次下鉆需要記錄2個數(shù)值：上次孔深值和目前孔深差值，獲得回次進尺檢測結(jié)果。

1.2.6 泵量

選擇IMBTT電感式接近開關(guān)用于泵量檢測，將傳感器在泥漿泵的轉(zhuǎn)盤側(cè)安裝，經(jīng)泥漿泵大轉(zhuǎn)盤的具體轉(zhuǎn)動圈數(shù)測量后，計算獲得泵沖進而得出泵量。

1.2.7

本次檢測鉆速選用WEP50-A1型拉線式傳感器[12]，測量所獲單位時間內(nèi)發(fā)生的位移，能夠達到1 000 mm量程，0～5 V輸出電壓信號，0.1%線性度，1 m線纜接出長度，IP65防護等級，可以檢測2 000 000次。

1.2.8 大鉤載荷

選用CXH-105旁壓張力傳感器，主要用于對鋼絲繩張力測量。經(jīng)U型螺栓固定于傳感器上，一旦鋼絲繩所受拉力，可以向傳感器經(jīng)導(dǎo)向輪施加作應(yīng)力，能夠達到簡便安裝，后期方便維修。在鋼絲繩的繩端安裝，只需選擇鋼絲繩直徑，在鋼絲繩上應(yīng)用環(huán)套測量獲得拉力，標定計算后可獲大鉤載荷。

1.2.9 孔深

通過進尺累計獲得孔深，排除其他原因存在抖動、提鉆等干擾因素所致誤差下，在鉆進模式下累計進尺獲得高精度孔深數(shù)據(jù)，運用移位寄存器對孔深數(shù)值主動取舍。

1.2.10 鉆頭位置

對于鉆進工作中孔深作為鉆頭所處位置，需要在提下鉆模式下，上升下放提引器次數(shù)，作為上提下放鉆桿根數(shù)。上提過程中孔深減去提出鉆桿長度，也就是鉆頭所在位置。下方累計鉆桿長度，即鉆頭所在位置。

1.3 鉆進參數(shù)采集

在采集鉆進參數(shù)中，根據(jù)安裝各處傳感器設(shè)備測量所獲信號，處理后轉(zhuǎn)換信號量值為統(tǒng)一電信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換卡向計算機輸入檢測量。選擇ADAM-6000系列模塊，基于以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程采集，提供數(shù)據(jù)模擬量、數(shù)字量、繼電器各值的輸入和輸出，選用MODBUS TCP/IP通信協(xié)議，擁有獨特I/O群組化設(shè)計，將ADAM-6000系列用于獲取并控制數(shù)據(jù)的優(yōu)秀產(chǎn)品[13]。

采集模擬量選用ADAM-6017智能A/D轉(zhuǎn)換功能模塊，基于以太網(wǎng)8路帶DO模擬量輸入模塊，設(shè)計模擬輸入和輸出分別為8路、2路，提供Max，Avg，Min等數(shù)學函數(shù)功能，具備較高采集精度、較快通訊、安裝快捷抗干擾強等優(yōu)勢[14]。

采集數(shù)字量選用ADAM-6050，基于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采集控制功能模塊，18道隔離數(shù)字量I/O模塊，具備過壓保護、容錯性強等優(yōu)點，支持干接點、濕接點，可以達到10/100 Mbps通信速率。

2 鉆進自動化監(jiān)控軟件設(shè)計

2.1 軟件需求

軟件設(shè)計需要經(jīng)過制定計劃、分析需求、設(shè)計、編碼、測試及運營維護，通過建立生命周期模型，考慮文中系統(tǒng)設(shè)計所需選擇瀑布模型為主，包括分析需求、設(shè)計、編碼、測試、維護不同階段，分析鉆機自動監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能，就是需要精準穩(wěn)定的采集并顯示鉆進過程中的相關(guān)參數(shù)，并通過數(shù)學運算采集所獲信號，將結(jié)果反饋給控制執(zhí)行機構(gòu)中，執(zhí)行相應(yīng)的鉆機啟停、提鉆、下鉆，調(diào)節(jié)鉆進工作中的扭矩、泵量、鉆壓、轉(zhuǎn)速等設(shè)備參數(shù)[15]。不僅如此，軟件自身還可以啟動設(shè)計基本參數(shù)，用戶管理，保存所采集原始數(shù)據(jù)與工程量數(shù)據(jù)，查詢、打印和及時故障預(yù)警等系統(tǒng)功能。該軟件設(shè)計采用了分體總和的模塊化設(shè)計，優(yōu)勢在于靈活操作性以及后續(xù)系統(tǒng)易于拓展升級。

2.2 界面設(shè)計

用戶界面作為該自動化監(jiān)控系統(tǒng)操作中直接面向用戶的窗口，保證用戶界面的良好操作，能夠節(jié)省用戶的操作時間，并且能夠在一些情況下避免發(fā)生故障。運用LabVIEW設(shè)計每一個功能模塊相應(yīng)的子程序界面，在該監(jiān)控系統(tǒng)的窗口菜單，主要包括了系統(tǒng)設(shè)置、用戶管理、恒鉆速鉆進、恒鉆壓鉆進、提升和下放、打撈繩索、數(shù)據(jù)管理多個界面，可以通過執(zhí)行不同主界面功能，對鉆進過程各參數(shù)直接監(jiān)控。根據(jù)主菜單按鍵調(diào)用數(shù)組函數(shù)Ⅵ方法，圖2為框圖程序選用While Loop循環(huán)結(jié)構(gòu)，設(shè)計程序前面板的各界面，在設(shè)計的框圖程序While Loop循環(huán)結(jié)構(gòu)中，Build Array.vi函數(shù)為輸入元素，在運行各功能程序中選定按下某軟按鍵后，輸入相應(yīng)“True”值，否則“False”。

圖2 功能軟件程序

劃分的8個功能模塊子Ⅵ分別作為Ⅵ1，Ⅵ2，Ⅵ3，…，VI8，在磁盤中存放調(diào)用數(shù)組函數(shù)Ⅵ的方法，根據(jù)前面所用Build，Search 1D和Index等Array.vi函數(shù)，彼此連接，如圖3所示。選中按下某面板軟按鍵后，可以自動轉(zhuǎn)入相應(yīng)的軟件程序中，判斷條件框圖并調(diào)用執(zhí)行相應(yīng)功能模塊子Ⅵ。

圖3 啟動界面程序

2.3 數(shù)據(jù)采集模塊

對巖心鉆機在鉆進中顯示設(shè)備參數(shù)，是系統(tǒng)軟件設(shè)計中不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，鉆進參數(shù)能夠?qū)@井井下工況、地層信息、鉆機性能情況準確反映，并且可以提供鉆進系統(tǒng)優(yōu)化控制反饋信息，獲得準確的執(zhí)行機構(gòu)控制輸出信號[16-17]。圖4作為鉆進參數(shù)的實時曲線圖，直觀的顯示所監(jiān)測采集的鉆進參數(shù)，方便對鉆進工況的進一步分析處理。在數(shù)據(jù)采集模塊中顯示各類采集的設(shè)備參數(shù)信息，能夠?qū)崿F(xiàn)不同計算機設(shè)備中、不同子功能VI間，或是同程序之間做到數(shù)據(jù)循環(huán)交換。該模塊采集的鉆進參數(shù)包括了鉆壓、扭矩、轉(zhuǎn)矩、泵量、鉆速5類派生參數(shù)，以采集鉆壓為例過程如下：

圖4 鉆進參數(shù)實時曲線

采集直測參數(shù)包括了鉆機油缸的上下腔壓力，公式為P=7.460 9U-6.792 7；泵壓標定公式為P=3.749 7U-3.748 3；拉線位移傳感器在標定試驗所獲標定公式L=20.04U-0.049 9。

采集派生參數(shù)包括了鉆機工作中的加壓、減壓、稱重3類情況[18-20]。

計算減壓情況下的鉆進鉆壓公式為

Pzy=mzj-Fsfl-Pxq+C

(1)

計算加壓情況下的鉆進鉆壓公式為

Pzy=Psq+mzj-Fsfl-C

(2)

計算稱重情況下的鉆壓公式為

Pzy=mzj-Fsfl-Pxq+C

(3)

式中Pzy為鉆壓數(shù)值，kN；mzj為鉆具自重,kg；Fsfl為鉆進過程中鉆井液的上浮力,N；Pxq為下腔壓力數(shù)值,kN；C為系統(tǒng)背壓,kN；Psq為上腔壓力,kN。

根據(jù)以上3種情況確定傳感器標定鉆壓的計算公式如下

(4)

式中Hnow為鉆進孔深值；P1，P2為標定值；a，b為測定值；Hlost為上次提鉆稱重時存儲至文件內(nèi)孔深值；C為常數(shù)用于調(diào)整計算精準度。

2.4 鉆進過程控制模塊

對于巖心鉆機在鉆進工藝中，控制整個鉆進過程不僅需要控制鉆機運行動作，還需要為了實現(xiàn)鉆進指標最優(yōu)化，精準調(diào)控鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵量以上三大重要鉆進參數(shù)。鉆探工作開展中對鉆進參數(shù)造成影響的諸多因素，包括鉆頭類型、結(jié)構(gòu)參數(shù)、直徑、孔深深度結(jié)構(gòu)、鉆探設(shè)備的功率與技術(shù)性能等。

在巖心鉆機的自動監(jiān)控系統(tǒng)實際操作中，整個過程比較復(fù)雜幾乎結(jié)合了全部基本動作，采用ADAM-6066功率繼電器控制模塊，在計算機平臺實現(xiàn)鉆機與配套泥漿泵電機啟停、移車、松緊卡盤、加減壓、泵量大小等基本動作。

在恒鉆壓鉆進模塊控制操作中，由于鉆孔內(nèi)鉆壓的變動范圍較大，所以可以將發(fā)生的地層變化情況為依據(jù)，分段控制孔內(nèi)孔深。例如可以設(shè)定50 m為間隔不改變鉆壓，下段50 m則依據(jù)鉆進參數(shù)具體反饋情況，調(diào)節(jié)鉆壓直至固定在一定范圍，這樣每完成一段優(yōu)化控制直至全部鉆孔完成。

在定切入量鉆進模塊控制操作中，需要借助鉆壓有效調(diào)控定切入量鉆進，才能夠優(yōu)化鉆頭，那么就應(yīng)當對鉆壓、轉(zhuǎn)速或沖洗液量進行調(diào)節(jié)，來相應(yīng)的調(diào)整切入量。在大量試驗驗證過程中，可以調(diào)節(jié)定切入量為0.10～0.125 mm/r，與文中研究巖心鉆機設(shè)備特點結(jié)合，獲得鉆壓、切入量二者的變化趨勢[21]。

在鉆速功率比控制模塊中，結(jié)合多年工作實踐與試驗成果，在復(fù)雜的深孔鉆進地層條件下，越高的孔底溫度，就有著更高的鉆探設(shè)備與相應(yīng)配套的鉆具技術(shù)要求。為了提出鉆速功率比控制鉆進優(yōu)化模式，需解決鉆進總功率消耗方面，包括鉆頭克服水平阻力、循環(huán)泥漿內(nèi)的鉆具自轉(zhuǎn)消耗功率、反轉(zhuǎn)鉆具所要克服循環(huán)液阻力消耗功率、孔壁摩阻力所需鉆具消耗功率以及縱向振動消耗功率、橫向振動消耗及其他消耗的功率等問題，文中提出實時鉆速功率比優(yōu)化決策公式如下[22]

NROP=(N-N1)/ROP=(N2+N3)/ROP

(5)

式中N為總功率消耗，W；N1為鉆柱空轉(zhuǎn)系功率消耗，W；N2為附加功率消耗，W；N3為井底鉆頭破碎巖石消耗功率，W；NROP為單位內(nèi)進尺所需消耗比能。

在提升、下放鉆具模塊中，設(shè)計自動化控制系統(tǒng)可以減少非鉆進時間和人力、財力成本投入，但是因為控制系統(tǒng)功能復(fù)雜，所以在此以單個鉆柱自動提下鉆過程控制為例，設(shè)計驅(qū)動控制方案，對于鉆桿提升下放過程中，以提引器所在位置為依據(jù)，改變卷筒轉(zhuǎn)速。交流變頻驅(qū)動能夠獲取優(yōu)異起制動以及優(yōu)異調(diào)速性能，擁有高功率、高效率與節(jié)能性。

在繩索打撈過程的自動控制設(shè)計中，監(jiān)控打撈器下放、以及內(nèi)管提升過程中的速度、巖心管所在位置以及過程所遇阻力參數(shù)，能夠有效控制繩索絞車。

2.5 通信連接設(shè)計

運用共享變量實現(xiàn)不同用戶可以基于計算機VI、本地不同VI和同程序框圖間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的循環(huán)交換。經(jīng)過RJ-45連接器與ADAM-6000系列模塊相連接，經(jīng)網(wǎng)線與無線HUB連接，滿足10～100 M通信網(wǎng)速。計算機終端經(jīng)Adam.NET Utility軟件配置測試自動監(jiān)控系統(tǒng)傳感器設(shè)備，各模塊配置界面(圖5)。

圖5 ADAM-6017配置界面

對于項目管理器可以運用OPC Server軟件Modbus TCP Configurator建立I/O Server提供OPC接口，之后建立約束變量，即可連接傳感器信號和LabVIEW程序，完成系統(tǒng)編程可以獲得實際所需鉆進參數(shù)值和相應(yīng)的開關(guān)控制[23]。

3 試驗測試

在實驗室現(xiàn)場實驗中，整個取樣系統(tǒng)分為3部分，機械部分、電子監(jiān)控部分、萬米光纜、PC機。機械部分由長沙礦山研究研設(shè)計實現(xiàn)，而取樣鉆機的電子監(jiān)控系統(tǒng)則是文中重點設(shè)計內(nèi)容。在實驗室模擬調(diào)試最主要的問題在于無法獲取萬米光纜，萬米光纜只有到現(xiàn)場進行測試才能獲取到，因此在實驗室模擬調(diào)試的重點工作之一就是模擬設(shè)計萬米光纜。根據(jù)電纜制造廠商給出的電纜參數(shù)：每千米單根電纜分布電容0.1 uF，電阻20 Ω，在實驗室里可以簡單搭建一個RC網(wǎng)絡(luò)來模擬萬米光纜(圖6)。

圖6 RC網(wǎng)絡(luò)

工作人員操作PC機，上位機監(jiān)控平臺與電子監(jiān)控系統(tǒng)實時通訊，通過點擊上位機對應(yīng)的功能按鈕鍵，開啟和關(guān)閉電子監(jiān)控系統(tǒng)中的繼電器通和斷，從而控制取樣鉆機開啟和停止，全壓、高壓、中壓還是低壓工作。燈、攝像頭、高度計、油馬達開啟和停止控制，以及支腿動作控制、卸荷閥和輔助閥的打開和關(guān)閉過程類似電機的開啟和停止控制(圖7、圖8)。

圖7 電子監(jiān)控系統(tǒng)

圖8 上位機監(jiān)控平臺

經(jīng)過進行室內(nèi)試驗的檢驗，采集信號能正確顯示采集數(shù)值，進一步到實驗現(xiàn)場進行實際鉆進數(shù)據(jù)采集試驗。

首先將鉆機上安裝傳感器與ADAM-6000系列模塊和24 V電源進行線路連接，對于油缸、上下腔壓力、泵壓和位移傳感器輸出的模擬量信號依次分別連接在ADAM-6017模塊的4，5，6，7通道上，確保計算機程序上的通道與實際連接通道相吻合，將鉆機立軸轉(zhuǎn)速和泥漿泵量檢測的傳感器連接在ADAM-6050模塊的DI5，6通道上，然后與電源連通，再重新確定線路連接是否正確。整個連接過程如圖4所示。下一步接通24 V電源，利用計算機搜索無線網(wǎng)絡(luò)，進行模塊配置，一切準備就緒，開動鉆機進行對鉆參的實時監(jiān)測，通過將傳感器模塊連接24 V電源線路，分別通過傳感器4，5，6，7通道傳輸模擬量信號，保證計算機程序通道相吻合實際連接通道，接通電源確保線路連接正確。本次測試鉆進試驗測得記錄數(shù)據(jù)見表1。

表1 鉆進試驗數(shù)據(jù)記錄

上位機經(jīng)過雙絞線、RS-232/RS-485接口轉(zhuǎn)換卡與多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表AOB192E-9T4相連接，選擇串行端口為COM1，通信波特率設(shè)置為9 600 bit/s，無奇偶校驗位，8位數(shù)據(jù)位，2位停止位；多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表通信波特率同樣設(shè)置為9 600 bit/s。完成相關(guān)設(shè)置后，從上位機發(fā)送16進制讀儀表寄存器命令幀“0103 00 2E 0026 A4 19”。從機接收命令幀之后，向主機返回一串包含起始寄存器地址為002EH的連續(xù)38個16位的數(shù)據(jù)幀信息。

當電機啟動運行工作時，鉆機供電系統(tǒng)的三相電壓、三相電流總有功功率總無功功率總功率因數(shù)參數(shù)值依次為甲板A相電壓366.95 V，B相電壓368.21 V，C相電壓367.58 V；甲板A相電流29.49 A，B相電流31.07 A，C相電流30.63 A；總有功功率18 288.24 W、總無功功率3 811.75 W。總功率因數(shù)0.98。監(jiān)測到的電力參數(shù)值與實際估計值相符合，說明監(jiān)測系統(tǒng)可靠，系統(tǒng)設(shè)計成功。

在鉆進監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)幾個問題，一是無線路由器因運行環(huán)境影響，自身性能受到一定限制，二是在鉆進過程中的鉆壓、進尺的參數(shù)要保證準確合理，可以通過改變DI地址偏移量來成功解決此問題。采用計算機控制現(xiàn)場電磁換向閥，能夠鉆機立軸自動倒桿，試驗中可以連接線路，切換液壓油路，這樣僅僅通過控制受益流閥、電磁換向閥，就能夠及時發(fā)現(xiàn)鉆機鉆進過程中存在的問題：未形成系統(tǒng)壓力，換向閥無法換向。經(jīng)分析認為是由于未疏通油路存在堵塞故障，所致油管憋熱，油路改進設(shè)計存在根本問題。通過檢測液壓閥在多次嘗試后，發(fā)現(xiàn)因為過大流量所致閥門芯堵死，經(jīng)過檢修之后恢復(fù)正常。

4 結(jié) 論

1)研制了巖心鉆進計算機數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了系統(tǒng)模塊化，包括數(shù)據(jù)采集模塊、鉆進過程控制模塊、鉆井工況識別模塊和通信連接。

2)提出巖心鉆機自動化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計思路，提高了鉆機設(shè)備鉆進工作自動化、智能化水平，有良好的技術(shù)應(yīng)用前景。

3)試驗測試中通過該系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)問題提出相應(yīng)的解決對策，運用LabVIEW和OPC技術(shù)，確保了本問題提出的自動監(jiān)控系統(tǒng)方案合理可行性，達到了監(jiān)測巖心鉆機的鉆進過程相關(guān)參數(shù)標準，并且可以控制鉆進過程。