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第24卷第4期石油机械1996l

单板机在钻机自动送钻控制中的应用
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制钻机自动送钻的方法。控制系统由钻压控制和异常情况控制两部分组成。着重论
述了用计算机自动调节调压阁出口压力而控制钻压的机理和进尺检渊机理，以及用
计算机判断、处理井喷和井满辞异常情况的原理。给出实现工艺过程的计算机硬件
接口原理图和软件流程图。

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近年来，由于单板机性能价格比的提高它在各行业中得到广泛的应用，但在钻机控制
方面的应用还较少。
目前，钻机上用的自动进给器控制的自动送钻装置，在送钻作业时需凭经验给自动送钻
系统预选钻压值，钻头自动进给器可维持人为给定的钻压进行自动钻井，能较好地解决由司
钻操作技术的差异或失误等导致钻压急剧波动，减轻司钻的劳动强度。但是，不能从根本上
实现钻进过程中的自动控制，如遇到地层变化或井下情况异常时，还是要人工来判断解决。
单板机自动送钻系统除能很好地解决上述问题外，还可报告井下异常情况或地层变化情况，
实现自动报警和停钻，当莆加单根时，还可提醒有关人员注意。

硬件设计

单板机控制系统的硬件设计如图1。控制系统采用TP801单板机，利用Z80PIO的位控功
能。由于单板机VO的驱动能力有限，对于各种指示灯和继电器均通过外接驱动器驱动，系
统的输人全部采用电极式。控制系统由钻压控制和异常情况控制两部分组成。
1．钻压控制部分
PAo、PA1和PA2为输人，分别用于钻压小于正常、钻压大于正常、加单根停钻的信号

·向伟，讲师．生于1963年，t986年毕业于江设石{由学院矿机专业．19gg年毕业于西南石油学院石油机檀工程研
究生班。现从事石油机械机电一体化应用方面的教学和科研工作。地址}(63Go42)tm#l省重庆市大坪石油路l号。电话：
(∞】】)8Bl1曲6转2042。
(收薇日期l啉13)

石油机械1996l

输入；PBo、PBl和PB2为输出，分别用
_
于发出控制钻压增大、钻压减小、加单
根停钻指令。
钻压控制原理是，在自动送钻系统
中，将钻压传感器指针接地．钻压大小
用电极A、B检测。根据钻压设计要
求，调整好电极A、B的位置。当钻压
低于调定钻压时，传感器指针触及A
极，PAo为低电平，同时将信号输送给
CPU．PBo即发出指令，以减小调压阀
出口压力使钻压相应升高；当钻压高于
调定钻压时，传感器指针触及B极，
PAI为低电平，PBI即发出指令．以提

圉1单板机控制乐纯原理高调压阀出口压力使钻压相应降低。
PBo(或PB1)的控制原理如图2。
当PBo(或PB1)为“1”状态时，发光二极管D
导通井发光，经光电耦合，使双向可控硅导通。
反向电流(或正向电流)使通过比例线圈的电流
减小(或增大)，电流减小(或增大)量由计算
机通过D／A转换控制。从而使控制阀出口压力
减小(或增大)．实现对钻压的调节。当PBo
(或PB1)为“0”状态时．发光二极管D不导
通，双向可控硅关断．调压阀在预先设定的电流目2调压力控制器原理
下工作。
进尺信号检测原理是，在钻机绞车上有一蜗杆计数器，当钻完一根单根，蜗杆顶针顶及
电极C，PA2为低电平，将信号传给CPU，同时发出警报，井自动停钻。
2．异常情况控制部分
PA3、PA4和PA5为输人，分别用于流人井内大于流出井口的流量、流人井内小于流出
井口的流量以及发生卡钻的信号输入；PB3、PB4和PB5分别用于控制井漏报警、井喷报警和
卡钻报警。
井喷井漏控制原理是，将钻井液进出口流量比较传感器指针接地，指针处于中间位置
时，表明进出流量相等；当指针触及电极D时，PA3为低电平，表明进入井中的钻井液大于
流出井口的，PB3发出井漏报警，同时将信号传给PB2停钻；当指针触及电极E时，P为
低电平，表明进入井中的钻井液小于流出井口的，PB4发出井喷报警，同时将信号传给PB2
停钻，等待处理事故。
卡钻控制原理是，把电极F调到转盘扭矩传感器的极限位置，当遇到卡钻事故时，转盘
扭矩急剧增高．达到转盘极限扭矩时，转盘扭矩传感器的电极触及电极F，PA5为低电平．
表明发生卡钻事故，PB5发出卡钻警报，同时将信号传给PB2停钻，等待处理事故。

第24卷第4期向伟：单板机在钻机自动送钻控制中的应用

软件设计

图3是控制系统主程序流程图。
单板机采用查询方式工作。开机复位
后先进行程序的初始化，然后逐条指
令查询，当遇到问题时，转向相应的
处理子程序。
1．异常情况控制程序查询
当发生井喷、井漏和卡钻等事故
时，程序转向相应的中断服务子程
序，执行停钻作业，并同时打开相应
的指示灯，发出报警，调用延时子程
序，等待有关人员处理事故。当遇到
无法解决的问题时，可掉电