随着人民生活水平的不断提高，触摸屏也日益走进了我们的日常生活中。说起触摸屏HMI（Human Machine Interface），也许对这个词汇比较陌生，但说起它在现在生活中的应用，却十分广泛。例如：触屏式智能手机，银行触摸式界面提款机，还有银行储户预留电子签名的输入终端。这些都是触摸屏。然而触摸屏与可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller）以及相关组件组合到一起，就可以组成一套石油钻采拆装架中用到的扭矩记录分析系统。
整个扭矩记录分析系统主要有：（0）系统固定外壳（2，3）高精度压力传感器、（4）A/D转换模块、（5）可编程逻辑控制器、（6）HMI触控屏、（7）微型打印机6部分组成。（如图所示）可实现对被检测对象扭矩的实时监测、访问历史数据、打印实时数据以及扭矩曲线等功能。
整个扭矩记录分析系统的工作原理：通过高精度压力传感器将实时的液压压力信号以4-20mA的电流信号形式采集出来。通过A/D转换模块将采集来的4-20mA电流信号转换为数字信号，传递给可编程逻辑控制器。可编程逻辑控制器将接收的数字信号通过中央处理器并结合已编写的逻辑运算分析程序进行数据处理，并对HMI触摸屏输出实时运算结果。其中的运算结果可根据用户实际需要进行单位进制的转换，例如：kN*m，lb-ft等。HMI触摸屏将运算结果实时反馈给用户界面，供用户随时调取查看，分析处理。并且可连接U盘等存储设备进行扭矩数据的实时存储，以防止断电等不可控的事故导致用户测量分析数据丢失。还可连接微型打印机进行扭矩数据以及历史工作曲线的输出，供用户进行备份存档。
整个系统的电气连接示意图如图下所示：
整个分析系统在拆装石油钻采钻杆时有着十分重要的作用。可以在钻杆上扣卸扣时，对扭矩值进行实时监测，通过数据曲线来发现钻杆接合处扣型是否完整，是否存在缺陷，并早期发现钻杆扣型中的质量问题，提早更换，以免发生安全事故隐患。并且可以存入U盘进行历史记录保存，以及实时打印扭矩数据曲线等功能。整套系统相比以往的测量手段，具有实时转换，反应速度快，测量精度高，灵敏度高，可打印相关扭矩数据及历史曲线等特点。
当扭矩系统在采集压力传感器的数据时，如果数据曲线中只有细小波动没有比较大幅度的波动时，则证明所监测的钻杆接合处扣型比较平整没有较大的磨损及缺陷。如果在上扣过程中，出现曲线斜率突然发生改变，扭矩值骤然突变，则证明在整个紧扣过程中，所装卸的钻杆的扣型存在质量问题，有可能是扣型的间隙里混入了泥沙等杂质，或者是扣型内部存在质量缺陷，应及时检查更换，以免发生安全隐患。如下图所示：
在测量精度方面，由于采用了可靠的PLC控制A/D转换模块进行所测量扭矩值的转换，极大地提高了扭矩及压力值的转换精度，例如在整个操作过程中，如果采用整个量程范围为0-16Mpa的压力传感器进行数据采样，在4-20mA电流采样时，所对应的转换精度为0.005。
其中3200为A/D转换器内部分配给传感器所对应的最大值，所以在0-16Mpa压力传感器在发生0.005Mpa的改变时，所对应的PLC就开始接受有效信号并开始进行数据运算，并且对应内部的用户程序进行数据处理输出到用户的HMI触摸屏界面中。而如果不采用0-16Mpa的传感器，而是在整个扭矩分析系统中采用0-1Mpa的传感器时，则整个的采样转换精度将发生改变，精度将变为0.0003。
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较之16Mpa传感器精度提高了16倍，但理论上虽是如此，但还要在能够满足现场实际测量压强要求的基础上，合理选择适当的压力传感器。如果要求的测量范围较大例如16Mpa，则相应的将减小测量精度，反之测量范围小时，则测量精度随之增大。
在整个系统中，只有HMI触摸屏是最终面向操作者使用的，所以相关的数据曲线，历史纪录以及设备操作相关参数，为防止人为篡改实际测量数值，在相关参数界面设置了相应的密码权限，操作者可获得最低权限密码，相关技术人员以及主管获得中高级权限密码，以便查看工作时间里操作者实际操作使用情况，以及扭矩记录分析情况。
作者简介
窦伟光（1984-），男，汉族，黑龙江省牡丹江市人，学历：本科，职称：助理工程师，研究方向：电气自动化设计。
论文作者:窦伟光
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/9
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