主从式可视化遥控小修机械化修井作业控制系统及方法

摘要

本发明涉及油田小修井作业控制技术领域，特别涉及一种主从式可视化遥控小修机械化修井作业控制系统及方法，其技术方案是：从控制系统通过无线传输设备与主控制系统相连，主控制系统和从控制系统的核心控制模块为PLC或单板机；主、从控制系统与数据采集系统和执行机构相连接，数据采集系统根据需要和安装位置分别为主、从控制系统提供相应的数据信息；数据实时监控系统根据主控制系统指令和数据信息，其有益效果是：对井场现场建立一个可视化坐标系，主控制系统能根据各个设备的主从逻辑关系进行统一控制，实现了石油钻修机现场设备的联合动作，达到机械化作业的目的，实现了油田小修井作业机械化，增强了修井设备联合作业的安全性能。

权利要求

1.一种主从式可视化遥控小修机械化修井作业控制方法，其特征是：包括以下过程：对井场现场建立的以抽油杆为作业对象的笛卡尔坐标系，需要翻转立式猫道模块中抽油杆测长机构检测每根抽油杆长度，以及测长定位机构相对坐标中心位置信息，吊卡导向机构位置实时检测自动吊卡位置信息，动力卡瓦位置数据信息共同决定；

翻转立式猫道模块中抽油杆测长机构检测每根抽油杆长度L3，动力猫道采集集成抽油杆测长装备和数据采集模块，具体采用拉杆式传感器在抽油杆定位装置和软夹持防弯曲机械手配合实现每根抽油杆测长，并传递到主控制系统；

翻转立式猫道模块中抽油杆测长机构检测每根抽油杆长度L3，具体操作是：测长机构安装位移传感器，传感器安装在液压缸上，位移传感器起始位置与猫道测长机构定位翻板安装距离为L，液压缸带动位移传感器伸出，接触抽油杆一端并继续前进直至抽油杆另一端接触猫道测长机构定位翻板，行进位移为M，则抽油杆长度为L3=L‑M；

翻转立式猫道模块中抽油杆测长机构检测每根抽油杆作业长度L1，是指抽油杆两端扳手方径中心长度，需要在抽油杆测长长度L3减去两端多余长度，具体减去两端扳手方径中心长度一半，以及部分接箍长度；

自动吊卡导向机构设置自动吊卡运动轨迹测定机构，采用激光测距传感器，通过反向安装，在自动吊卡导向机构的上定位高度位置安装测距定位靶，在自动吊卡导向机构的滑动导轨上安装激光测距传感器，测距信息近距离传输到从控制系统，从控制系统安装在自动吊卡内；

其中，主从式可视化遥控小修机械化修井作业控制系统包括执行机构，所述执行机构分为五大模块，包括翻转立式猫道模块、自动吊卡导向机构模块、自动吊卡模块、上卸扣动力钳模块、动力卡瓦模块，翻转立式猫道模块主要负责抽油杆的夹持、抽油杆的测量、抽油杆的翻转动作；自动吊卡导向机构模块主要负责自动吊卡精确定位；自动吊卡模块主要负责对抽油杆的精确夹持；上卸扣动力钳模块主要负责抽油杆的上、卸扣动作；动力卡瓦模块主要负责对抽油杆的导向；还包括主控制系统、从控制系统、数据采集系统和数据实时监控系统，所述的从控制系统通过无线传输设备与主控制系统相连，从控制系统可以是多个，主控制系统和从控制系统的核心控制模块为PLC或单板机；主、从控制系统与数据采集系统和执行机构相连接，数据采集系统根据需要和安装位置分别为主、从控制系统提供相应的数据信息；数据实时监控系统根据主控制系统指令和数据信息，以抽油杆为作业对象建立笛卡尔坐标系，在显示屏上实时显示抽油杆的位置和作业状态；控制系统为人工和半自动双控模式，人工模式下，操作人员依据显示屏上抽油杆的位置和作业状态，操控无线传输设备发送操控指令到主控制系统，主控制系统控制指令控制执行机构，或通过从控制系统控制指令控制执行机构；半自动模式下，部分控制指令由主、从控制系统PLC或单板机发出，完成对执行机构的控制；

所述主控制系统包括至少一台主控制系统PLC或单板机、无线传输设备、人工指令模块，通过无线传输设备与人工指令模块和从控制系统连接；

所述从控制系统包括至少一台从控制系统PLC或单板机和无线传输设备，安装在自动吊卡模块上，接收自动吊卡数据信息和自动吊卡导向机构数据信息，控制自动吊卡导向机构运动，带着自动吊卡沿着导向机构上下运动；

所述数据采集系统用于采集油田修井作业的执行机构的工作运行情况，并将采集的数据发送给主、从控制系统以及数据实时监控系统。

说明书

主从式可视化遥控小修机械化修井作业控制系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及油田小修井作业控制技术领域，特别涉及一种主从式可视化遥控小修机械化修井作业控制系统及方法。

背景技术

[0002] 修井作业是油田最多的形式，有小修作业、大修作业之分，其中小修作业主要通过起、下动作运输管柱以完成作业任务，主要有检泵、换工艺、冲砂等作业。目前，主流抽油杆
作业工艺过程特点：以机械与人工共同完成。现有的油田小修井作业设备大多是人工操作
的、相互独立的，作业强度高，作业环境恶劣。小修井作业设备之间相互联系性差，人力成本
高，操作不方便，不能远程监控和远程控制是目前油田小修井作业设备存在的问题。

[0003] 本发明涉及的猫道、动力卡瓦和自动吊卡来源于本发明团队已经申报专利，包括一种井口定位的集成导向式立式作业修井猫道及使用方法（ZL202010998186.X）、一种双瓣
顶升式抽油杆修井作业动力卡瓦及作业工艺（ZL202011093257.8）、一种油田修井作业抽油
杆自动吊卡及使用方法（ZL202011073476.X）和一种可实现自动找正功能的抽油杆自动吊
卡及使用方法（ZL202011573843.2），或在上述专利基础上改进和简化。本发明依托上述专
利，提供一种主从式可视化遥控小修机械化修井作业控制系统及方法。

发明内容

[0004] 本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种主从式可视化遥控小修机械化修井作业控制系统及方法，通过对井场现场以抽油杆为作业对象建立笛卡尔坐标
系，能采集并监视油田小修井作业设备的工作状态，并能够在显示屏上实时显示作业对象
抽油杆和油田修井各执行设备的位置以及状态，在多个执行设备联合作业时，主控制系统
根据多个设备之间的逻辑控制主从关系控制执行机构工作，实现油田小修井作业机械化，
增强了修井设备联合作业的安全性能。

[0005] 本发明提到的一种主从式可视化遥控小修机械化修井作业控制系统，其技术方案是：包括执行机构，所述执行机构分为五大模块，包括翻转立式猫道模块、自动吊卡导向机
构模块、自动吊卡模块、上卸扣动力钳模块、动力卡瓦模块，翻转立式猫道模块主要负责抽
油杆的夹持、抽油杆的测量、抽油杆的翻转动作；自动吊卡导向机构模块主要负责自动吊卡
精确定位；自动吊卡模块主要负责对抽油杆的精确夹持；上卸扣动力钳模块主要负责抽油
杆的上、卸扣动作；动力卡瓦模块主要负责对抽油杆的导向，其改进之处是：还包括主控制
系统、从控制系统、数据采集系统和数据实时监控系统，所述的从控制系统通过无线传输设
备与主控制系统相连，从控制系统可以是多个，主控制系统和从控制系统的核心控制模块
为PLC或单板机；主、从控制系统与数据采集系统和执行机构相连接，数据采集系统根据需
要和安装位置分别为主、从控制系统提供相应的数据信息；数据实时监控系统根据主控制
系统指令和数据信息，以抽油杆为作业对象建立笛卡尔坐标系，在显示屏上实时显示抽油
杆的位置和作业状态；控制系统为人工和半自动双控模式，人工模式下，操作人员依据显示
屏上抽油杆的位置和作业状态，操控无线传输设备发送操控指令到主控制系统，主控制系
统控制指令控制执行机构，或通过从控制系统控制指令控制执行机构；半自动模式下，部分
控制指令由主、从控制系统PLC或单板机发出，完成对执行机构的控制；

[0006] 所述主控制系统包括至少一台主控制系统PLC或单板机、无线传输设备、人工指令模块，通过无线传输设备与人工指令模块和从控制系统连接；

[0007] 所述从控制系统包括至少一台从控制系统PLC或单板机和无线传输设备，安装在自动吊卡模块上，接收自动吊卡数据信息和自动吊卡导向机构数据信息，控制自动吊卡导
向机构运动，带着自动吊卡沿着导向机构上下运动；

[0008] 所述数据采集系统用于采集油田修井作业的执行机构的工作运行情况，并将采集的数据发送给主、从控制系统以及数据实时监控系统。

[0009] 优选的，本发明以抽油杆为作业对象建立的笛卡尔坐标系，是一种可视化坐标系，在显示屏上以动力卡瓦夹持抽油杆凸缘上缘中心作为原点，以井口的轴线作为Y轴，翻转立
式猫道的水平方向作为X轴建立坐标系，图像和文字方式实时显示抽油杆作业状态；另外，
还需要翻转立式猫道模块中抽油杆测长机构检测每根抽油杆长度，自动吊卡导向机构模块
位置实时检测吊卡位置信息，以及动力卡瓦位置数据信息共同决定。

[0010] 优选的，翻转立式猫道模块采用拉杆式传感器，实现每根抽油杆的测量，并传递到主控制系统。

[0011] 优选的，在可视化坐标系中，设自动吊卡导向机构模块的定位高度为H，抽油杆作业长度为L1，翻转立式猫道翻转臂处于竖直状态时抽油杆下部到坐标原点的距离为L2，吊
卡实现夹持抽油杆扳手方径，自动吊卡导向机构模块需要下降的距离为Hi，可得关系式：Hi
=H‑L1‑L2。

[0012] 优选的，上述数据采集系统采集的信息根据信息来源位置和作业需要分别传送至主、从控制系统的控制中心，所述数据采集系统的采集信息包括翻转立式猫道数据采集模
块，翻转立式猫道数据采集模块采集翻转臂状态数据、测长机构传感器测的抽油杆长度数
据、机械手状态数据、抽油杆定位端到坐标系原点的距离数据；动力卡瓦位置信息；上卸扣
动力钳位置和工作状态信息；自动吊卡导向机构位置信息和位置测长信息；自动吊卡夹持
过程中与抽油杆扳手方径相对位置信息；上述作业信息中，自动吊卡导向机构位置信息和
位置测长信息，自动吊卡夹持过程中与抽油杆扳手方径相对位置信息传送至从控制系统，
再发送至主控制系统，由主控制系统再传送至数据实时监控系统；其他采集作业信息直接
发送至主控制系统PLC。

[0013] 优选的，上述的主控制系统PLC或单板机根据执行模块作业位置和控制需要，由主控制系统直接或通过从控制系统控制执行模块，其中自动吊卡模块和自动吊卡导向机构模
块由从控制系统进行直接控制。

[0014] 优选的，在人工模式下，操作人员依据数据实时监控系统显示屏上抽油杆的位置和作业状态，操控数据实时监控系统通过遥控器发送操控指令到主控制系统，主控制系统
控制指令控制执行机构，或通过从控制系统控制指令控制执行机构。

[0015] 本发明提到的主从式可视化遥控小修机械化修井作业控制方法，包括以下过程：

[0016] 数据采集系统采集油田修井作业各设备及其附属设备的数据信息，并将采集的数据信息发送给相应的控制模块以及数据实时监控系统；

[0017] 主、从控制系统PLC或单板机处理各控制模块接收数据采集系统的数据信息，根据各控制模块之间的关系对执行机构执行对应的控制指令；

[0018] 数据实时监控系统对数据采集系统的数据信息和主、从控制系统的控制指令处理，以抽油杆作业状态实时呈现在数据实时监控系统的显示屏上；

[0019] 在人工模式下，操作人员可以通过显示屏的抽油杆作业状态可视化信息，操控遥控器对主、从控制系统下达合适的控制指令；

[0020] 执行机构接收并执行主、从控制系统产生的控制指令；

[0021] 通过本系统，实现对系统数据采集、作业状态实时显示、自动/人工控制等，实现小修机械化作业。

[0022] 优选的，本发明提到的主从式可视化遥控小修机械化修井作业控制方法，包括以下过程：

[0023] 对井场现场建立的以抽油杆为作业对象的笛卡尔坐标系，需要翻转立式猫道模块中抽油杆测长机构检测每根抽油杆长度，以及测长定位机构相对坐标中心位置信息，吊卡
导向机构位置实时检测自动吊卡位置信息，动力卡瓦位置数据信息共同决定；

[0024] 翻转立式猫道模块中抽油杆测长机构检测每根抽油杆长度L3，动力猫道采集集成抽油杆测长装备和数据采集模块，具体采用拉杆式传感器在抽油杆定位装置和软夹持防弯
曲机械手配合实现每根抽油杆测长，并传递到主控制系统；

[0025] 翻转立式猫道模块中抽油杆测长机构检测每根抽油杆长度L3，具体操作是：测长机构安装位移传感器，传感器安装在液压缸上，位移传感器起始位置与猫道测长机构定位
翻板安装距离为L，液压缸带动位移传感器伸出，接触抽油杆一端并继续前进直至抽油杆另
一端接触猫道测长机构定位翻板，行进位移为M，则抽油杆长度为L3=L‑M；

[0026] 翻转立式猫道模块中抽油杆测长机构检测每根抽油杆作业长度L1，是指抽油杆两端扳手方径中心长度，需要在抽油杆测长长度L3减去两端多余长度，具体减去两端扳手方
径中心长度一半，以及部分接箍长度；

[0027] 自动吊卡导向机构设置自动吊卡运动轨迹测定机构，采用激光测距传感器，通过反向安装，在自动吊卡导向机构的上定位高度位置安装测距定位靶，在自动吊卡导向机构
的滑动导轨上安装激光测距传感器主体，测距信息近距离传输到从控制系统，从控制系统
安装在自动吊卡内。

[0028] 与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：

[0029] 本发明将背景技术提到的本发明团队的技术进行优化结合在一起，形成一个实现抽油杆机械化的油田修井机；对井场现场建立一个可视化坐标系，主控制系统能根据各个
设备的主从逻辑关系进行统一控制，实现了石油钻修机现场设备的联合动作，达到机械化
作业的目的，同时，用户也可以通过智能终端远程控制现场设备，最大限度保障各设备的安
全运行和施工质量；在多个执行设备联合作业时，主控制系统根据多个设备之间的逻辑控
制主从关系控制执行机构工作，实现油田小修井作业机械化，增强了修井设备联合作业的
安全性能。

附图说明

[0030] 图 1 是基于主从式可视化遥控小修机械化修井作业控制系统的结构框架图；

[0031] 图 2 是基于主从式可视化遥控小修机械化修井作业控制系统的控制方法的流程图；

[0032] 图 3 是基于主从式可视化遥控抽油杆小修机械化修井作业机械化设备在猫道的翻转臂在水平状态时的示意图；

[0033] 图 4 是基于主从式可视化遥控小修机械化修井作业控制系统在显示屏上可视化坐标系的示意图；

[0034] 图 5 是基于主从式可视化遥控抽油杆小修机械化修井作业机械化设备中测长机构示意图；

[0035] 图 6 是基于主从式可视化遥控抽油杆小修机械化修井作业机械化设备中自动吊卡测距的示意图；

[0036] 图 7 是基于主从式可视化遥控抽油杆小修机械化修井作业机械化设备中动力钳和动力卡瓦的示意图；

[0037] 图 8 是基于主从式可视化遥控小修机械化修井作业控制系统的数据采集系统；

[0038] 图 9 是基于主从式可视化遥控小修机械化修井作业控制系统的从控制系统；

[0039] 图10 是基于主从式可视化遥控小修机械化修井作业控制系统的布局图；

[0040] 上图中：翻转立式猫道1、猫道测长机构1.1、猫道测长机构油缸1.1.1、猫道测长机构位移传感器1.1.2、猫道测长机构定位翻板1.1.3、猫道测长机构位置传感器1.1.4、猫道
机械手1.2、翻转臂1.3、自动吊卡导向机构2、导向机构滑动导轨2.2、导向机构上定位2.3、
导向机构主体2.4、自动吊卡3、自动吊卡卡爪3.1、自动吊卡夹持机构3.2、自动吊卡旋转机
构3.3、动力钳4、动力钳主钳4.1、动力钳背钳4.2、动力卡瓦导轨4.3、动力卡瓦5、动力卡瓦
工作台面5.1、动力卡瓦夹持块5.2、从控制系统PLC6.1、旋转步进电机控制器6.2、射频通讯
模块6.3。

具体实施方式

[0041] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

[0042] 实施例1，参照图1、图2、图3，本发明提到的一种主从式可视化遥控小修机械化修井作业控制系统，包括主控制系统、从控制系统、数据采集系统、数据实时监控系统和执行
机构，所述的从控制系统通过无线传输设备与主控制系统相连，从控制系统可以是多个，
主、从控制系统核心控制部件为PLC，主、从控制系统PLC选用不同PLC（主控制系统PLC采用
型号为：EX3G‑100HA‑48MT‑4AD‑8DA；从控制系统PLC6.1采用的型号为CX3G‑24MT），主控制
系统PLC总体功能/性能高于从控制系统PLC6.1；主控制系统PLC与无线传输设备——射频
通讯模块6.3相连，位于主控制箱内，与动力猫道数据采集、上卸扣动力钳数据采集、动力卡
瓦5数据采集模块直接相连，接收上述数据采集模块信息（射频通讯模块6.3采用的型号为：
CM‑RFM）；主控制系统PLC控制指令直接发送至动力猫道、上卸扣动力钳和动力卡瓦5等执行
模块，完成各种操控任务；从控制系统PLC6.1与射频通讯模块6.3相连，位于自动吊卡3内，
与自动吊卡3数据采集和自动吊卡导向机构2数据采集直接相连，接收上述数据采集模块信
息；从控制系统PLC6.1控制指令直接发送至自动吊卡3和自动吊卡导向机构2等执行模块，
完成各种操控任务；主、从控制系统PLC通过射频通讯模块6.3相连，从控制系统PLC6.1接收
自动吊卡3数据采集和自动吊卡导向机构2数据采集信息发送至主控制系统PLC，接收主控
制系统PLC控制指令；数据实时监控系统通过射频通讯模块6.3与主控制系统PLC远程连接，
接收主控制系统指令和数据信息，以抽油杆为作业对象建立笛卡尔坐标系，在显示屏上实
时显示抽油杆的位置和作业状态；数据实时监控系统的显示屏上集成人工操控指令，通过
射频通讯模块6.3发送至主控制系统PLC。

[0043] 控制系统为人工和半自动双控模式，人工模式下，操作人员依据显示屏上抽油杆的位置和作业状态，操控遥控器发送操控指令到主控制系统，主控制系统控制指令控制执
行机构，或通过从控制系统控制指令控制执行机构；半自动模式下，部分控制指令由主、从
控制系统PLC或单板机发出，完成对执行机构的控制。

[0044] 执行设备种类分为五大模块，包括翻转立式猫道模块、自动吊卡导向机构模块、自动吊卡模块、上卸扣动力钳模块、动力卡瓦模块。翻转立式猫道模块主要负责抽油杆的夹
持、抽油杆的测量、翻转臂1.3的翻转等动作；自动吊卡导向机构模块主要负责自动吊卡3精
确定位；自动吊卡模块主要负责对抽油杆的精确夹持；上卸扣动力钳模块主要负责抽油杆
的上、卸扣动作；动力卡瓦模块主要负责对抽油杆的导向。数据采集系统采集油田修井作业
各设备及其附属设备的数据信息，并将采集的数据信息发送给相应的控制模块以及数据实
时监控系统；主、从控制系统PLC处理各控制模块接收数据采集系统的数据信息，根据各控
制模块之间的关系对执行机构执行对应的控制指令；数据实时监控系统对数据采集系统的
数据信息和主、从控制系统的控制指令处理，形象生动地呈现在显示屏上；在人工模式下，
操作人员可以通过显示屏的画面信息，操控遥控器对主、从控制系统下达合适的控制指令；
执行机构接收并执行主、从控制系统产生的控制指令。

[0045] 参照图1、图3、图4和图5，下面均以油田修井作业中下抽油杆为例，本发明提到的一种主从式可视化遥控小修机械化修井作业控制方法，包括以下过程：

[0046] 当抽油杆置入猫道机械手1.2内，猫道机械手1.2软夹持时，猫道测长机构定位翻板1.1.3转动至抽油杆正对位置，猫道测长机构油缸1.1.1伸出动作接触抽油杆另一端，抽
油杆在猫道机械手1.2内沿水平方向移动接触到猫道测长机构定位翻板1.1.3上的猫道测
长机构位置传感器1.1.4停止，猫道测长机构位移传感器1.1.2数值为伸出位移数据M，而猫
道测长机构定位翻板1.1.3与猫道测长机构油缸1.1.1初始位置距离是定值L，则L3=L‑M即
为抽油杆实际长度。

[0047] 所述翻转立式猫道1中抽油杆测长机构检测每根抽油杆作业长度L1，是指抽油杆两端扳手方径中心长度，需要在抽油杆测长长度L3减去上端多余长度d3和下端多余长度
d4，具体减去两端扳手方径中心长度一半，以及部分螺纹长度，以及用表达式表示为：L1=
L3‑d3‑d4。

[0048] 参照图1、图3、图4和图5，下面均以油田修井作业中下抽油杆为例，对井场现场建立以抽油杆为作业对象的笛卡尔坐标系，是一种可视化坐标系，在显示屏上以动力卡瓦5夹
持抽油杆凸缘上缘中心作为原点，以井口的轴线作为Y轴，翻转立式猫道1的水平方向作为X
轴。需要翻转立式猫道模块中猫道测长机构1.1检测每根抽油杆长度，自动吊卡导向机构2
实时检测自动吊卡3的位置，以及动力卡瓦5位置数据信息等共同决定。在可视化坐标系中，
设自动吊卡3在自动吊卡导向机构2停留的上限位置高度为H，抽油杆作业长度为L1，翻转臂
1.3处于竖直状态时定位机构到原点的距离为L2，吊卡需要下降的距离为Hi。可得关系式：
Hi=H‑ L1‑L2。

[0049] 自动吊卡导向机构2设置自动吊卡3运动轨迹测定机构，优选导向机构激光传感器，采用反向安装，具体在自动吊卡导向机构2的导向机构上定位2.3高度位置安装测距定
位靶，在导向机构滑动导轨2.2上安装导向机构激光传感器，测距信息近距离传输到从控制
系统PLC6.1，从控制系统PLC6.1安装在自动吊卡3内。

[0050] 猫道测长机构定位翻板1.1.3和猫道测长机构油缸1.1.1复位，复位后猫道机械手1.2硬夹持，翻转臂1.3转动90度到达指定位置。在该过程中，将采集的抽油杆长度数据、猫
道机械手1.2的状态数据和翻转臂1.3状态数据实时发送给数据实时监控系统，并将其直观
的呈现在显示屏上。

[0051] 参照图1、图3、图5和图6，下面均以油田修井作业中下抽油杆为例，当翻转臂1.3处于竖直状态时，自动吊卡导向机构2带动自动吊卡3向下运动，导向机构激光传感器安装在
自动吊卡导向机构2上，测量基准安装在自动吊卡3停留在自动吊卡导向机构2的上限位置
上，该位置距离坐标中心高度为H，导向机构激光传感器随同自动吊卡导向机构2运动，实现
实时对自动吊卡导向机构2测距，并将数据及时发送给从控制系统PLC6.1，同时通过从控制
系统射频通讯模块传送到主控制系统，并将数据以直观的呈现在显示器上。

[0052] 进一步地，上述在可视化坐标系中，设自动吊卡导向机构模块的上定位高度为H，抽油杆作业长度为L1，翻转臂1.3处于竖直状态时抽油杆下端到坐标原点的距离为L2，吊卡
实现夹持抽油杆扳手方径，自动吊卡导向机构2需要下降的距离为Hi，可得关系式：Hi=H‑
L1‑L2。

[0053] 进一步地，上述在可视化坐标系中，导向机构主体2.4安装导向机构激光传感器，导向机构上定位2.3安装在导向机构滑动导轨2.2上端，导向机构主体2.4与导向机构激光
传感器之间距离为d1，导向机构激光传感器与自动吊卡3的自动吊卡卡爪3.1中心之间距离
为d2。在实际作业中，由于导向机构激光传感器测量安装位置到导向机构上定位2.3距离，
在实际作业需要自动吊卡卡爪3.1中心到导向机构上定位2.3距离，因此，需要修正上定位
高度为H，修订为：H=H+d1+d2，由控制程序处理修订数据。

[0054] 当自动吊卡3在可视化坐标控制下，到达抽油杆上扳手方径中心位置后，自动吊卡3接收从控制系统PLC6.1指令信号，夹持伺服电机控制器驱动自动吊卡夹持机构3.2的伺服
电机，驱动自动吊卡夹持机构3.2前进，实现自动吊卡卡爪3.1对扳手方径夹持；如果达到某
型抽油杆扳手方径设定尺寸，设定尺寸小于扳手方径最大尺寸，即扳手方径对角线尺寸，小
于直角边尺寸，继续前进直至夹持；若达不到抽油杆扳手方径设定尺寸时，需要从控制系统
PLC6.1发出指令，旋转步进电机控制器6.2驱动自动吊卡旋转机构3.3的步进电机，自动吊
卡旋转机构3.3旋转，旋转45°进行调整，实现旋转找正，当自动吊卡3夹持抽油杆扳手方径
后，翻转立式猫道1的猫道机械手1.2松开抽油杆，翻转臂1.3回位，准备下一个动作。

[0055] 自动吊卡3带动抽油杆向下运动，当到达指定位置时，动力钳4朝抽油杆靠近，动力钳主钳4.1和动力钳背钳4.2分别夹紧上、下抽油杆上下扳手方，执行上卸扣操作，将两根抽
油杆连接在一起，动力钳主钳4.1和动力钳背钳4.2松开抽油杆并复位到初始状态，动力钳4
沿导轨回程，自动吊卡3上移带动抽油杆上移，动力卡瓦5的动力卡瓦夹持块5.2打开，自动
吊卡3向下移动一直到达动力卡瓦5上端面，动力卡瓦5上端盖闭合，当动力卡瓦5闭合后，自
动吊卡卡爪3.1复位，自动吊卡导向机构2回到井架顶部，下抽油杆作业结束。

[0056] 需要补充说明，自动吊卡3内带有24V直流电源，从控制系统不需要强电和液压动力，确保安全性。

[0057] 参照图10，控制系统布局结构，主从控制系统包括主控制系统PLC和从控制系统PLC6.1，其中主控制系统PLC位于主控制箱内，从控制系统PLC6.1位于自动吊卡3内，主从控
制系统PLC通过射频通讯模块连接通讯，触屏控制器是数据实时监控系统，通过射频通讯模
块与主从控制系统PLC连接通讯，从控制系统PLC6.1信息通过射频通讯模块6.3发送至主控
制系统PLC，再传至触屏控制器，实时显示包括抽油杆状态信息在内的作业信息，操作人员
控制指令直接触屏控制器发送，通过射频通讯模块传送至主控制系统PLC，主控制系统PLC
发送至各执行元件，部分涉及自动吊卡3或自动吊卡导向机构2控制指令信息，先传送至从
控制系统PLC6.1，再发送至自动吊卡3或自动吊卡导向机构2等执行机构；数据采集系统采
集信息包括：自动吊卡导向机构2位置信息和测长信息，自动吊卡3夹持过程中与抽油杆扳
手方径相对位置信息等，均传送至从控制系统PLC6.1，再传送至主控制系统PLC；翻转立式
猫道1的翻转臂1.3位置信息、拉杆式传感器测长信息、动力卡瓦5位置信息等信息，直接发
送至主控制系统PLC；执行机构包括：翻转立式猫道模块、自动吊卡导向机构模块、自动吊卡
模块、上卸扣动力钳模块、动力卡瓦模块，其中自动吊卡导向机构模块、自动吊卡模块主要
接收从控制系统PLC6.1发送指令操控，或接收主控制系统PLC指令，以及操作人员通过主控
制系统PLC发送指令，主控制系统PLC指令通过射频通讯模块发送至从控制系统PLC6.1。

[0058] 起抽油杆过程与下抽油杆过程相反，故在此不再赘述。

[0059] 以上所述的下抽油杆过程，每个采集数据都会实时传输到触摸显示屏上，以便于工人直观的观察和修改。

[0060] 本发明主要针对抽油杆机械化作业，适合油管作业，油管作业相对于抽油杆机械化作业工艺流程相对简单。

[0061] 需要进一步说明的是：本发明是将原有的一种井口定位的集成导向式立式作业修井猫道及使用方法（ZL202010998186.X）、一种双瓣顶升式抽油杆修井作业动力卡瓦及作业
工艺（ZL202011093257.8）、一种油田修井作业抽油杆自动吊卡及使用方法
（ZL202011073476.X）和一种可实现自动找正功能的抽油杆自动吊卡及使用方法（ZL 
202011573843.2）进行优化结合在一起，形成一个实现抽油杆机械化的油田修井机；

[0062] 并且，针对原有的一种实现抽油杆自动化的油田修井作业工艺（专利号：ZL 202011048977.2）优点的同时，提出一种主从式可视化遥控小修机械化修井作业控制系统
及其控制方法，对井场现场建立一个可视化坐标系，主控制系统能根据各个设备的主从逻
辑关系进行统一控制，实现了石油钻修机现场设备的联合动作，达到机械化作业的目的，同
时，用户也可以通过智能终端远程控制现场设备，最大限度保障各设备的安全运行和施工
质量。

[0063] 以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术
方案所进行的相应简单修改或等同变换，尽属于本发明要求保护的范围。