基于plc海洋钻井平台钻杆传送机械手控制系统设计

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1、2014年l2月机械设计与制造工程Dec．2014第43卷第12期MachineDesignandManufacturingEngineeringVo1．43No．12DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2014．12．012基于PLC的海洋钻井平台钻杆传送机械手控制系统设计郑玉龙，张玉莲'(1．浙江海洋学院船舶与海洋工程学院，浙江舟山316021)(2．浙江省近海海洋工程技术重点实验室，浙江舟山316021)摘要：海洋钻井平台钻杆传送机械手，可代替人工将钻杆传送给钻机，从而降低

2、工人的劳动强度。介绍了钻杆传送机械手的基本结构组成，通过对钻杆传送机械手工作过程的分析，设计了钻杆传送机械手的液压控制系统和PLC控制系统，并针对传送机械手的工作循环过程，设计了相应的PLC控制程序。关键词：钻杆传送；机械手；PLC控制中图分类号：TE928文献标识码：A文章编号：2095—509X(2014)12—0051—04海洋钻井平台钻井机工作时，每钻进一根钻机械手夹持钳5和6朝向钻杆；接着液压缸3伸长，杆，需要接入另一根钻杆。海洋钻井平台钻井所用使上、下机械臂4和8伸出，夹持钳5和6接近待抓

3、的钻杆数量多且质量大，采用人工接入钻杆的方取的钻杆，然后夹持钳5和6闭合抓住钻杆；接着，法，不但劳动强度大、效率低，而且存在安全隐患。液压缸3收缩，使机械臂4和8夹持着钻杆回缩，转机械手作为现代工业的重要自动化装备，能代替人盘反向转动使钻杆朝向导轨方向，小车沿导轨运动工高效地完成人力较难完成的工作，在许多领域发到井口11，液压缸3伸长，机械臂将钻杆传送到钻机挥着越来越重要的作用。应用机械手完成钻井过7的下方，待钻机夹持住钻杆后，机械臂上的两夹持程中钻杆的传送与接人，可有效降低工人的劳动强钳松开，液压缸

4、3缩回。机械手复位，回到初始状态度，提高钻井的工作效率，节约生产成本。并进行下一个取杆、送杆的工作循环。1钻杆传送机械手工作原理／7?L钻杆传送机械手主要结构(如图1所示)包括：立柱2、液压缸3、上机械臂4、上夹持钳5、下夹持钳6、下机械臂8、转盘9、小车l0。立柱2固定llIIIlll【lL_I／

5、／在转盘9上，可随转盘转动，转盘由小车内部的摆l／二==动液压缸控制；上、下机械臂4和8的一端与立柱铰链连接，另一端与连杆铰链连接，从而构成平行ill四杆机构；液压缸3的伸缩可控制机械臂做上下摆l一钻杆；

6、2一立柱；3一液压缸；4一上机械手臂；5一上夹持钳动，从而控制夹持钳的进给量；机械手夹持钳5和6一下夹持钳；7～钻机；8一下机械手臂；9一转盘；10～小车；6用于夹持钻杆；小车10在电机的驱动下可沿导l1一井口；l2一小车轨道轨运动，小车头部装有传感器，用来检测钻杆的位图1钻杆传送机械手主要结构置⋯。机械手的工作过程为：需要抓取钻杆时，小车2机械手液压系统l0沿导轨l2运动到存放钻杆的位置，根据传感器机械手转盘的转动采用摆动液压缸形式(如检测到的钻杆位置信息，控制转盘9带动立柱2使图2所示)。摆动液压

7、缸旋转方向由换向阀上的收稿日期：2014一l2一Ol作者简介：郑玉龙(1992一)，男，浙江建德人，浙江海洋学院本科生，专业为机械设计制造及其自动化。·51·2014年第43卷机械设计与制造T程电磁铁1YA、2YA控制，电磁铁1YA得电时，液时，液压缸活塞伸出；电磁铁4YA得电时，液压缸压缸活塞伸出，转盘逆时针转动；电磁铁2YA得电活塞缩回。机械手夹持钳的开合由电磁换向阀的时，液压缸活塞缩回，转盘顺时针转动。电磁铁5YA、6YA、7YA、8YA控制，其结构如图3控制机械臂和机械手夹持钳的液压系统控制所

8、示。电磁铁5YA、7YA得电时，夹持钳液压缸活回路如图2所示。机械臂液压缸的伸缩由电磁塞伸出，夹持钳张开；电磁铁6YA、8YA得电时，夹换向阀的电磁铁3YA、4YA控制，电磁铁3YA得电持钳液压缸活塞收缩，夹持钳闭合。l一液压泵；2一溢流阀；3一三位四通换向阀；4一单向阀；5一节流阀；6一旋转装置；7一液压缸SSSSSSS图2液压系统控制回路＆；∞夹紧到位行程开关SQ8、小车原位行程开关SQ9以及传感器SB2，传感器检测到钻杆时，输出高电平。PLC输出信号分别控制液压系统的电磁阀控制端的电磁铁1YA～

9、8YA和驱使小车往复运动的电机继电器开关KM1、KM2。PLC的I／O分配图如图4所示。．一xoYO—L__[x12YIjl一夹持钳；2一液压缸X13-_jmY2图3机械手夹持钳n3574X2Y33机械手PLC控制系统．一／——x3／JX4Y4由输入端口采集的信号作为PLC的输入信一mPLCJ号，经用户设定的程序运算后，由输出端口输出相———X5Y5应的控制信号，用于控制液压阀的电磁铁，进而控x6Y6制液压系统油路的流动方向，从而控制机械手完成／一X7Y