專利名稱：接箍擰接扭矩圖形實(shí)時(shí)顯示及存檔的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種接箍擰接扭矩圖形實(shí)時(shí)顯示及存檔的方法，主要用于石油行業(yè)無縫鋼管生產(chǎn)中接箍擰接機(jī)的扭接裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
通常油田用無縫鋼管在出廠前將鋼管的一端擰上接箍，另一端僅給螺紋加上保護(hù)套。油田打井時(shí)，將加保護(hù)套一端的螺紋擰入上根鋼管的接箍?jī)?nèi).依次連接形成油井；接箍是將兩端車有相應(yīng)外螺紋的長(zhǎng)鋼管與兩端車有內(nèi)螺紋的鋼管連接起來，兩端車有內(nèi)螺紋的較短，內(nèi)螺紋依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范有圓螺紋、偏梯形螺紋、特殊偏梯形螺紋等，通常帶有1 16 的錐度，接箍預(yù)擰接機(jī)是將接箍快速擰入鋼管的設(shè)備。接箍(主)擰接機(jī)是在接箍與鋼管預(yù)擰后，再按規(guī)定的扭矩將接箍與鋼管擰緊以達(dá)到預(yù)期的強(qiáng)度的設(shè)備。目前最通用的油井管螺紋連接為美國(guó)石油協(xié)會(huì)(API)SPEC 5CT標(biāo)準(zhǔn)中的短圓螺紋、長(zhǎng)圓螺紋、偏梯形螺紋等連接形式以及各石油鋼管公司先后開發(fā)的不同于API標(biāo)準(zhǔn)的連接螺紋，后者通稱為特殊扣螺紋，其在強(qiáng)度和密封性方面均優(yōu)于前者，已占到全部油管的 20%以上，是今后的發(fā)展方向。對(duì)于短圓螺紋、長(zhǎng)圓螺紋等擰接是否合格主要靠J值(擰接后接箍中點(diǎn)平面距鋼管端面的距離)和扭矩來評(píng)價(jià)。而對(duì)于特殊扣接箍的擰接主要看擰接的扭矩與擰接圈數(shù)曲線形狀來判斷，因而扭矩圖形實(shí)時(shí)顯示對(duì)特殊扣擰接是非常重要的?，F(xiàn)在普遍使用西門子公司的WINCC組態(tài)軟件與PLC通信，來進(jìn)行在線監(jiān)控程序的開發(fā)， 是目前業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)。但就扭矩圖形實(shí)時(shí)顯示而言，第一，WINCC中的趨勢(shì)控件只能顯示過程變量值隨時(shí)間變化的曲線，如扭矩隨時(shí)間變化曲線，圈數(shù)隨時(shí)間變化曲線，而不能顯示兩個(gè)過程變量間的變化曲線，如扭矩隨圈數(shù)變化的曲線；第二，當(dāng)數(shù)據(jù)采樣頻率高時(shí)，WINCC中的趨勢(shì)控件顯示較慢，在擰接完成數(shù)秒之后，才在屏幕上顯示完整的曲線。就擰接過程中扭矩及圈數(shù)數(shù)據(jù)保存而言，WINCC的數(shù)據(jù)歸檔是將每個(gè)單個(gè)過程變量以時(shí)間順序保存在SQL Server數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)分散，為了后續(xù)分出每根管的數(shù)據(jù)，需要記錄每根管開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，然后在歸檔數(shù)據(jù)中查找，生成報(bào)告，過程繁瑣，使用不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提出一種接箍擰接扭矩圖形實(shí)時(shí)顯示及存檔的方法，能夠使過程變量的變化曲線實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)便于查詢歸檔數(shù)據(jù)。本發(fā)明完成其發(fā)明任務(wù)所采取的技術(shù)方案是一種接箍擰接扭矩圖形實(shí)時(shí)顯示及存檔的方法，位于擰接機(jī)上的力傳感器與變送器連接，力傳感器的物理信號(hào)經(jīng)變送器轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)后進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)PLC中，另一路接入工控機(jī)內(nèi)PCI插槽里的高速數(shù)據(jù)采集卡中；進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)PLC的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)經(jīng) PR0FIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)傳給主PLC，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換、標(biāo)定后產(chǎn)生扭矩值，用于主擰接扭矩控制 ’位于現(xiàn)場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)編碼器的固定部件固定在主機(jī)上，旋轉(zhuǎn)部件與擰接機(jī)主軸固定連接，隨擰接機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)PLC及PR0FIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)傳給主PLC，經(jīng)FM模塊轉(zhuǎn)換為圈數(shù)值實(shí)時(shí)輸出；現(xiàn)場(chǎng)接入工控機(jī)上高速數(shù)據(jù)采集卡的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)經(jīng)高速數(shù)據(jù)采集卡的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量，WINCC中嵌入的VC++程序?qū)?shù)字量運(yùn)算后變換為扭矩值，同時(shí)WINCC通過接口模塊經(jīng)以太網(wǎng)卡和以太網(wǎng)交換機(jī)組成的以太網(wǎng)從主PLC獲得實(shí)時(shí)圈數(shù)值，進(jìn)而由VC++程序在HMI (用戶操作界面)上繪出扭矩隨圈數(shù)的變化趨勢(shì)圖，并將每個(gè)管子爐號(hào)，批號(hào)，規(guī)格，鋼級(jí)，扣型等以及扭矩及圈數(shù)的過程數(shù)據(jù)保存在一個(gè)單獨(dú)的EXCEL 表格文件中并存入工控機(jī)的硬盤上，可以方便的備份和轉(zhuǎn)移，并能隨時(shí)打開文件，在EXCEL 表格中再現(xiàn)擰接的曲線，用以抽查和追蹤產(chǎn)品質(zhì)量，便于生產(chǎn)管理。本發(fā)明提出的接箍擰接扭矩圖形實(shí)時(shí)顯示及存檔的方法，其結(jié)合了 PLC及高速數(shù)據(jù)采集卡，可以同步的在屏幕上顯示扭矩隨圈數(shù)變化的曲線，方便操作工及時(shí)判斷擰接的成功與否，提高了擰接效率。同時(shí)，由于將每個(gè)管子爐號(hào)，批號(hào)，規(guī)格，鋼級(jí)，扣型等以及扭矩及圈數(shù)的過程數(shù)據(jù)保存在一個(gè)單獨(dú)的EXCEL表格文件中并存入工控機(jī)的硬盤上，可以方便的備份和轉(zhuǎn)移，并能隨時(shí)打開文件，在EXCEL表格中再現(xiàn)擰接的曲線，用以抽查和追蹤產(chǎn)品質(zhì)量，便于生產(chǎn)管理。


圖1是本發(fā)明原理圖。圖中1、力傳感器，2、變送器，3、現(xiàn)場(chǎng)PLC，4、工控機(jī)，5、高速數(shù)據(jù)采集卡，6、主 PLC, 7、旋轉(zhuǎn)編碼器，8、以太網(wǎng)卡，9、以太網(wǎng)交換機(jī)，10、HMI
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明加以說明如圖1所示，一種接箍擰接扭矩圖形實(shí)時(shí)顯示及存檔的方法，位于擰接機(jī)上的力傳感器1(型號(hào)如HBM公司的Z7AD1/10T)與變送器2 (型號(hào)如HBM公司的AE301)連接，本實(shí)施例力傳感器的物理信號(hào)大小為2mv/v，力傳感器的物理信號(hào)經(jīng)變送器2轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)(本實(shí)例中為士 IOv)，標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)PLC 3(型號(hào)如西門子公司的ET200)，另一路接入工控機(jī)4 (型號(hào)如研祥公司的MEC-9002)的PCI插槽內(nèi)的高速數(shù)據(jù)采集卡5 (型號(hào)如PCI-8310)；接入現(xiàn)場(chǎng)PLC 3的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)經(jīng)經(jīng)PR0FIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)傳給主PLC 6(型號(hào)如西門子公司的S7-315DP》，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)變成數(shù)字量，一個(gè)從+27648到-27648的一個(gè)值，再經(jīng)主PLC 6標(biāo)定，所謂標(biāo)定即是將上述的數(shù)字量根據(jù)力傳感器的量程如+50000N 到-50000N，進(jìn)行換算得到實(shí)際的力值，力值乘以力臂后得到扭矩值，用于主擰接扭矩等控制；位于現(xiàn)場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)編碼器7 (型號(hào)如圖爾克公司的EL58P10MZ530L10X6PR)的固定部件固定在主機(jī)上，旋轉(zhuǎn)部件與擰接機(jī)主軸固定連接，隨擰接機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)PLC 3及PR0FIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)傳給主PLC 6，經(jīng)FM模塊轉(zhuǎn)換為實(shí)時(shí)圈數(shù)值輸出；現(xiàn)場(chǎng)接入工控機(jī)上高速數(shù)據(jù)采集卡的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)經(jīng)高速數(shù)據(jù)采集卡的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量，WINCC中嵌入的VC++程序?qū)?shù)字量運(yùn)算后變換為扭矩值，同時(shí)WINCC通過接口模塊經(jīng)以太網(wǎng)卡8 (工控機(jī)內(nèi)置)和以太網(wǎng)交換機(jī)9 (型號(hào)如D-Link DES-1008A)組成的以太網(wǎng)從主PLC獲得實(shí)時(shí)圈數(shù)值，進(jìn)而由VC++程序在HMI 10 (HMI即用戶操作界面，如飛利浦液晶顯示器)上繪出扭矩隨圈數(shù)的變化趨勢(shì)圖，并將每個(gè)管子爐號(hào)，批號(hào)，規(guī)格，鋼級(jí)，扣型等以及扭矩及圈數(shù)的過程數(shù)據(jù)保存在一個(gè)單獨(dú)的EXCEL表格文件中并存入工控機(jī)的硬盤上，可以方便的備份和轉(zhuǎn)移，并能隨時(shí)打開文件，在EXCEL表格中再現(xiàn)擰接的曲線，用以抽查和
追蹤產(chǎn)品質(zhì)量，便于生產(chǎn)管理。所述的力傳感器1內(nèi)主要元件是一個(gè)電阻應(yīng)變片，電阻應(yīng)變片是一種將被測(cè)件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件。當(dāng)傳感器受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路(通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU)顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。變送器是將物理信號(hào)(比如溫度、電流、壓力、流量等)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào) (士 10v，4 20mA，等)的電子儀器。本發(fā)明采用的力變送器是隨與力傳感器相匹配的同一廠家產(chǎn)品，其型號(hào)為AE301 ；旋轉(zhuǎn)編碼器7為一種測(cè)量旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的裝置，包括固定部件和旋轉(zhuǎn)部件，固定部件通常為外殼，用來固定旋轉(zhuǎn)編碼器，旋轉(zhuǎn)部件通常為一個(gè)空心或?qū)嵭牡妮S，用來與主機(jī)上的旋轉(zhuǎn)軸連接，旋轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)過一圈可產(chǎn)生數(shù)個(gè)脈沖信號(hào)，信號(hào)經(jīng)傳入PLC 進(jìn)行計(jì)算可得到旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)。PCI高速數(shù)據(jù)采集卡5型號(hào)為PCI-8310，插入工控機(jī)的PCI總線插槽中，信號(hào)電纜從機(jī)箱外部直接接入。PCI-8310卡主要由模擬多路開關(guān)選通電路、差分放大器電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和接口控制邏輯電路組成。模擬多路開關(guān)選通電路由4片MPC508或同類產(chǎn)品及跨接器KJ1、KJ2組成，可以從 32路單端信號(hào)或16路雙端信號(hào)中任選一路，送入差分放大器。差分放大器電路由3個(gè)運(yùn)算放大器以及相關(guān)的電阻、電容組成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的儀用差分放大器，用以對(duì)通道開關(guān)選中的模擬信號(hào)進(jìn)行變換處理；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采用12位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，具有較高的轉(zhuǎn)換速率和轉(zhuǎn)換精度，A/D轉(zhuǎn)換器由程序啟動(dòng)，其轉(zhuǎn)換狀態(tài)的結(jié)束可由程序查詢讀出或產(chǎn)生結(jié)束中斷申請(qǐng)，A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入信號(hào)幅度由跨接器KJ3選擇，A/D轉(zhuǎn)換后的輸出代碼形式由跨接器KJ4選擇，可分別輸出二進(jìn)制原碼或雙極性偏移二進(jìn)制碼；接口控制邏輯電路用來將PCI總線控制邏輯轉(zhuǎn)換成與各種操作相關(guān)的控制信號(hào)。
權(quán)利要求
1. 一種接箍擰接扭矩圖形實(shí)時(shí)顯示及存檔的方法，其特征在于位于擰接機(jī)上的力傳感器(1)與變送器( 連接，力傳感器(1)的物理信號(hào)經(jīng)變送器( 轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)后一路進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)PLCC3)中，另一路接入工控機(jī)內(nèi)PCI插槽里的高速數(shù)據(jù)采集卡(5)中； 進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)PLC (3)的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)經(jīng)PR0FIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)傳給主PLC (6)，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換、標(biāo)定后產(chǎn)生扭矩值，用于主擰接扭矩控制；位于現(xiàn)場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)編碼器(7)的固定部件固定在主機(jī)上，旋轉(zhuǎn)部件與擰接機(jī)主軸固定連接，隨擰接機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng) PLC(3)及PR0FIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)傳給主PLC(6)，經(jīng)FM模塊轉(zhuǎn)換為圈數(shù)值實(shí)時(shí)輸出；現(xiàn)場(chǎng)接入工控機(jī)(4)上高速數(shù)據(jù)采集卡( 的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)經(jīng)高速數(shù)據(jù)采集卡的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量，WINCC中嵌入的VC++程序?qū)?shù)字量運(yùn)算后變換為扭矩值，同時(shí)WINCC通過接口模塊經(jīng)以太網(wǎng)卡⑶和以太網(wǎng)交換機(jī)(9)組成的以太網(wǎng)從主PLC(6)獲得實(shí)時(shí)圈數(shù)值，進(jìn)而由 VC++程序在HMI (10)上繪出扭矩隨圈數(shù)的變化趨勢(shì)圖，并將每個(gè)管子爐號(hào)，批號(hào)，規(guī)格，鋼級(jí)，扣型等以及扭矩及圈數(shù)的過程數(shù)據(jù)保存在一個(gè)單獨(dú)的EXCEL表格文件中并存入工控機(jī) (4)的硬盤上，可以方便的備份和轉(zhuǎn)移，并能隨時(shí)打開文件，在EXCEL表格中再現(xiàn)擰接的曲線，用以抽查和追蹤產(chǎn)品質(zhì)量，便于生產(chǎn)管理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種接箍擰接扭矩圖形實(shí)時(shí)顯示及存檔的方法，力傳感器(1)的物理信號(hào)經(jīng)變送器(2)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)后進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)PLC(3)中，另一路接入工控機(jī)的高速數(shù)據(jù)采集卡(5)；接入PLC(3)的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳給主PLC(6)，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換、標(biāo)定后產(chǎn)生扭矩值，控制主擰接扭矩；旋轉(zhuǎn)編碼器(7)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，經(jīng)PLC(3)及網(wǎng)絡(luò)傳給主PLC(6)，經(jīng)FM模塊轉(zhuǎn)換為實(shí)時(shí)圈數(shù)值輸出；接入高速數(shù)據(jù)采集卡(5)的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換并將數(shù)字量運(yùn)算后變換為扭矩值，同時(shí)從主PLC(6)獲得實(shí)時(shí)圈數(shù)值，在HMI(10)上繪出扭矩隨圈數(shù)的變化趨勢(shì)圖，并將管子基本數(shù)據(jù)及過程數(shù)據(jù)保存。
文檔編號(hào)G05B19/418GK102169339SQ20111002600
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月18日
發(fā)明者劉方武, 孫偉克, 王衛(wèi)東, 田懷欣 申請(qǐng)人:洛陽銳騰機(jī)械技術(shù)有限公司