液壓動力鉗扭矩控制系統(tǒng)研究的國內(nèi)外文獻綜述1.1液壓動力鉗簡介鉆修井作業(yè)現(xiàn)場使用最多的是液壓動力大鉗。根據(jù)施工對象不同，鉆桿、修井、起下套管分別有專用的液壓動力鉗。本文以液壓套管動力鉗為例進行扭矩控制系統(tǒng)的設計和仿真，并以XQ88/3YI型液動油管鉗為例簡單介紹液壓動力鉗的結構和作業(yè)原理。XQ88/3YI型液動油管鉗外觀及作業(yè)照如圖1.1所示。圖1.1XQ88/3YI型液動油管鉗外觀及作業(yè)照1.結構及工作原理液壓動力鉗的三個重要部分組成為傳動系統(tǒng)、鉗頭總成（包括主鉗和背鉗）和液壓系統(tǒng)。傳動系統(tǒng)把液壓動力站提供的液壓動力傳遞給主鉗和背鉗；鉗頭總成由主鉗和背鉗配套形成組合鉗。主鉗馬達通過傳動輪帶動鉗頭轉(zhuǎn)動，背鉗油缸的齒條通過一雙聯(lián)齒輪帶動背鉗顎板架轉(zhuǎn)動一定角度。手動換向閥聯(lián)動控制主鉗液壓馬達及背鉗。上卸扣操作時，手動操縱主鉗上的換向閥，背鉗也同時夾緊或松開管柱。XQ88/3YI型液動油管鉗適用于、、油管管徑的油套管及鉆桿。2.上卸扣操作步驟上扣操作過程如圖1.2所示，卸扣時操作過程與此相反。圖1.2液壓動力鉗上卸扣操作流程1.2液壓動力鉗扭矩控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀國際上，自上世紀七十年代液壓動力鉗廣泛應用以來，大大降低了鉆井工在起下套管和鉆桿時上扣、卸扣的繁重體力勞動強度，受到了操作者的歡迎，為石油鉆修井施工做出了巨大貢獻。液壓動力鉗上安裝有壓力表，也給出壓力扭矩曲線，現(xiàn)在有的液壓動力鉗把壓力表改換成扭矩表，這對液壓動力鉗作業(yè)時的操作有一定指導作用。目前作業(yè)現(xiàn)場液壓動力鉗的使用，一般根據(jù)操作規(guī)程，憑現(xiàn)場人員的感覺和經(jīng)驗進行操作，低速檔上扣時，上扣扭矩有時會超過標準推薦值的2～5倍[6-7]。作業(yè)時出現(xiàn)上扣速度快或過扭矩，導致油管粘扣的情況時有發(fā)生。因油管液壓動力鉗特殊的作業(yè)現(xiàn)場和惡劣的作業(yè)環(huán)境，對液壓動力鉗扭矩和上扣速度的自動監(jiān)測和記錄的研究相對較少，實現(xiàn)的手段略顯陳舊。文獻[8]在2005年設計實現(xiàn)了扭矩自動控制記錄儀，并現(xiàn)場應用。該扭矩記錄儀由儀表和上位機兩部分構成。儀表以AT89C51單片機為核心，壓力變送器檢測到的電壓信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，由CPU處理。當監(jiān)測到的扭矩大于設定值時，切斷液壓動力鉗的供油回路，限制油管上扣扭矩上升。可手動設定和調(diào)整扭矩值，數(shù)碼管顯示扭矩值。以IBMPC兼容機為上位機，上位機圖形顯示扭矩測量扭矩和設定扭矩。儀表和上位機之間通過RS232串口通信。文獻[9]基于數(shù)據(jù)采集模塊和IPC工業(yè)控制計算機，采用VisualBasic6.0開發(fā)了液壓動力鉗扭矩測試記錄儀?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊通過RS485串行通信和主機（IPC工控機）之間傳送數(shù)據(jù)。實現(xiàn)了上扣扭矩和圈數(shù)的采集和處理、參數(shù)設定、實時監(jiān)控、自動保護與報警、歷史數(shù)據(jù)查詢和圖形顯示功能。作業(yè)現(xiàn)場LED顯示和超限報警，主機圖形顯示和歷史數(shù)據(jù)分析。文獻[11]研究的液壓動力鉗檢測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集儀和上位機（PC機）構成，數(shù)據(jù)采集儀以AT89C55單片機為核心，采用24位AD進行液壓動力鉗上扣扭矩的采集，LED顯示和超限聲光報警，采用RS232與上位機近距離通信或433M無線方式與上位機遠距離通信。用語言開發(fā)上位機軟件，實現(xiàn)了實時測量值的顯示和存儲、參數(shù)的設置、超限報警和歷史數(shù)據(jù)查詢功能。綜上可見，文獻[8]和文獻[10]僅監(jiān)測了扭矩參數(shù)，文獻[10]監(jiān)測了扭矩和上扣圈數(shù)；文獻[8]和文獻[9]上位機和現(xiàn)場儀表之間采用了通信，通信距離有限，應用欠靈活。文獻[10]現(xiàn)場儀表和上位機之間雖然采用了遠程通信方式，但僅監(jiān)測了扭矩參數(shù)，功能有限。文獻[8]和文獻[10]采用了51系列單片機，未考慮現(xiàn)場儀表的低功耗性能。本設計克服上述缺陷，采用當前先進的技術手段，實現(xiàn)功能完善的液壓動力鉗的扭矩控制系統(tǒng)。測控終端考慮低功耗，具有上扣扭矩和圈數(shù)的測量、顯示和控制以及遠程通信和靈活的近距離通信功能。上位機和APP實時監(jiān)控、圖形顯示、越限報警、歷史數(shù)據(jù)分析和檢索等功能。1.3藍牙通信技術應用現(xiàn)狀隨著科技的快速發(fā)展，現(xiàn)在電視、電冰箱、汽車、手機和等設備逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ?、工作和學習中不可缺少的產(chǎn)品。人們在使用這些產(chǎn)品的過程中，對其功能的需求和使用的方便性要求越來越高，希望不同設備在小范圍內(nèi)能夠無線方式自組網(wǎng)互聯(lián)，且成本低、功耗小。無線個域網(wǎng)（）因此而誕生。WPAN能夠有效地解決“最后的幾米電纜”的問題，解決無線互聯(lián)的死角。藍牙()是實現(xiàn)無線個域網(wǎng)的主流技術之一。是一種無線空中接口及其控制軟件的公開標準，不同廠家生產(chǎn)的設備（移動的或固定的）通過藍牙能夠在近距離范圍內(nèi)互聯(lián)、互用和互操作，即在其覆蓋范圍內(nèi)的設備能夠“無縫”地實現(xiàn)資源共享。藍牙是典型的無中心網(wǎng)絡，具有自然靈活的組網(wǎng)方式，是無線個域網(wǎng)（WPAN）的雛形[11]。（智能藍牙）推出后，傳輸范圍擴大，可達100米，互聯(lián)迅速，最短延遲（3毫秒啟動），把傳統(tǒng)藍牙技術、高速藍牙和新的藍牙低功耗技術有效地融合起來。低能耗標準無線通信使藍牙設備的潛在使用空間大大增加。可在心率監(jiān)視器，血糖儀，智能手表，窗和防盜門傳感器，汽車鑰匙鏈和血壓測量手環(huán)等設備上使用。目前，全球?qū)⒔?00%的智能手機都已經(jīng)使用了藍牙技術。藍牙通信范圍的增大、規(guī)格的不斷優(yōu)化，已適合在精準定位、各種智慧工廠和大型網(wǎng)絡設備等場景應用，如傳感器網(wǎng)絡和監(jiān)測系統(tǒng)、人員及設備資產(chǎn)的定位、商業(yè)照更受到企業(yè)和消費者的青睞。藍牙技術在智能工業(yè)中的幾個常見應用，如狀態(tài)監(jiān)測及傳感器網(wǎng)絡；廠房內(nèi)的資產(chǎn)追蹤；人員監(jiān)控及定位，保障工人安全性?？梢?，藍牙技術是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)革命浪潮中不可缺少的組成部分[12]。參考文獻孫曉忠.油管粘扣失效的分析與對策[J].石油工業(yè)技術監(jiān)督,2003,19(9):7-10,17.王洪臣.石油鉆井液壓大鉗危害因素分析及預防對策[J].山東工業(yè)技術,2014,(10):54,102.張峰.修井液壓油管鉗的正確使用[J/OL].科學與財富,解仲英,張毅.改進油套管上卸扣操作的建議[J].石油機械,1997,(3):13-16.APIRP5C1.RecommendedPracticeforCareandUseofCasingandTubing[S].2015.費洪海,常忠偉,郭雷,等.液壓油管鉗的上扣扭矩狀態(tài)及控制[J].采油工程,2006,(3):21-22,26.楊建,劉德全,曹杰.油井套管鉗扭矩監(jiān)測自動控制系統(tǒng)：中國,201120336761.6[P].2012-4-18.尹霞林,吳立中.油管液壓鉗扭矩自動控制記錄儀[J].石油儀器,2005,19(6):12-14.陸寶春,韓唏春,徐永新.液壓動力鉗扭矩測試記錄儀的研制[J].工業(yè)控制計算機,2003,16(12):19-20,30.劉東.基于單片機的液壓動力鉗檢測系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[J].電子設計工程,2014,22(12):180-182,187.楊聯(lián)綱.藍牙技術與無線個人域網(wǎng)[J].科技廣場,2002,(1):36-37.李佳蓉.藍牙在工業(yè)無線的應用優(yōu)勢[J].電子產(chǎn)品世界,2020,(11):6.周長健.藍牙協(xié)議棧移植與應用設計[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學,2015.王鮮芳.藍牙協(xié)議及其應用模型[J].現(xiàn)代電子技術,2004,(1):65-67,70.黃時華.近程無線通信標準--藍牙協(xié)議架構[J].移動通信,2001,(6):11-13.鄭榮燾.基于Android平臺的電機遠程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)[D].大連:大連理工大學,2020.羅富財.基于Android平臺的藍牙通信系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].保定:華北電力大學,2012.田翠玲.基于Android藍牙通信的野外設備監(jiān)控系統(tǒng)[D].武漢:華中師范大學,2018.于鵬.D60_380液壓動力鉗的研究與設計[D].大慶:東北石油大學,2012.于剛.伺服閥控液壓馬達系統(tǒng)的辨識與控制研究[D].濟南:山東大學,2004.宋利濱,馬源,吳澤敏.圓螺紋油管上扣扭矩計算方法[J].壓力容器,2014,31(4):75-79.陳守俊,李強,張毅,等.油套管聯(lián)接擰緊扭矩的計算方法[J].華東理工大學學報(自然科學版),2010,36(5):737-742.王利,臧勇,鄒家祥.螺距誤差與API8牙圓螺紋套管接頭上扣扭矩的關系[J].太原重型機械學院學報,1997,18(2):103-107.梁利華.液壓傳動與電液伺服系統(tǒng)[M].哈爾濱:哈爾濱工程大學出版社,2005.汪濤.索段連接設備的順應壓接裝置設計與測控平臺研究[D].武漢:華中科技大學,2019.高禮科,倪福生,蔣爽.基于模糊PID控制器的旋流泵調(diào)速控制[J].儀表與自動化裝置,2020,35(12):72-76.唐平建.基于模糊PID的液壓自動調(diào)平與升降控制系統(tǒng)研究[J].兵器裝備工程學報,2021,42(2):189-193.馬彥,丁浩,牟洪元,等.基于模糊PID算法的動力電池液體冷卻策略[J/OL].控制理論與應用,/kcms/detail/44.1240.