铁钻工上扣过程控制系统设计（1）
铁钻工是一种石油钻井井口工具，广泛应用于海洋、陆地钻井、修井作业时上卸钻杆丝扣。基于行走式动力大钳铁钻工上扣过程的PLC液压气动控制系统可靠性高、抗干扰能力强，基本实现自动化控制。
1 铁钻工的结构
铁钻工的结构采用行走式动力大钳的结构(如图47)，其主要结构包括主钳、龙门式功能架、液气联合控制系统及行走轨道等。
1-龙门式功能架；2-滑轮；3-链索；4-升降液缸；5-悬挂架；6-主钳；7-气动式自动门；8-行走梁；9-滚轮；10-行走液马达及减速器；11-主钳液马达；12-低挡上扣自动保护装置；13-多路换向液压阀；14-换向气阀；15-门气缸；16-行走轨道
图47 行走式动力大钳结构
2 控制要求
在现场作业时需完成以下几个动作：a) 铁钻工从怠工位置行走至井口位置或行走至小鼠洞位置。b) 升降油缸带动铁钻工钳体做升降运动。c) 夹紧气缸动作，使大钳夹紧钻杆。d) 高低挡气胎离合器换挡。e) 上卸扣动作。
1）上扣过程
a) 铁钻工主体从初始位置行走到小鼠洞位置。在初始位置设置1个行程开关ST0，在小鼠洞位置设置1个行程开关ST2，在井口位置设置1个行程开关ST1，电磁阀K1控制液压大钳行走，当行程开关ST2得电后，K1失电，液压大钳停止行走。
b) 铁钻工钳体向上运动。在上方设置1个行程开关ST3，下方设置1个行程开关ST4，夹紧钻杆前液压大钳的初始位置为ST3，电磁阀K3控制升降油缸向上运动至ST3位置，当行程开关ST3得电后，油缸停止运动。
c) 大钳夹紧钻杆。在钳口安装1个压力继电器J1，在钳口全打开的极限位置安装1个限位开关ST5，电磁阀K5得电，使夹紧油缸运动，夹紧钻杆，并同时控制门气缸运动。当钳口处压力继电器J1达到规定压力后K5失电，如果在夹紧过程中继电器压力降低，K5将再次得电，维持压力值。
d) 铁钻工主体从小鼠洞位置移动到井口位置。电磁阀K2得电，使铁钻工从小鼠洞位置行走至井口中心线位置，当接触井口位置的行程开关ST1时电磁阀K2失电，铁钻工主体停止动作，此时要求钻杆中心线与井口中心线对中。
e) 铁钻工向下运动，使钻杆两扣对齐。电磁阀K4得电，大钳钳体下降，当接触到ST4时，钻杆两扣对齐，此时ST4得电，K4失电，钳体停止运动。
f) 上扣。电磁阀K9得电，使上扣主马达动作，实现上扣。当上扣压力达到额定压力时，安装在主马达上扣压力油路上的压力继电器J2得电，使K9失电，上扣马达停止动作。
g) 上扣完成，收回铁钻工。电磁阀K6得电，大钳夹紧油缸缩回，大钳两钳口打开，当钳口完全打开接触到行程开关ST5时，K6失电，大钳松开动作结束，此时电磁阀K2得电，铁钻工主体退回到初始位置，即行程开关ST0位置。当ST0动作时，K2失电，大钳主体退回。
2）辅助动作
在上扣前，首先进行的动作是高低速选择，便于控制上扣速度。电磁阀K7控制大钳高速上扣，电磁阀K8控制大钳低速上扣。
注：转载请与作者联系授权，作者：广州市新欧机械有限公司黄志坚教授