随着我国石油工业的发展,石油开采难度越来越大,以封隔器为代表的井下工具在石油以及非常规油气开采的各个工艺过程中的作用愈发明显,应用越来越广泛。封隔器在使用过程中会出现错封、不坐封、坐封后自动解封、串封、蠕动、密封元件失效等问题,这大大影响了石油钻采作业的经济性,所以封隔器性能试验尤为关键。本文针对传统封隔器性能试验装置的缺点,对其机械系统及其测控系统展开设计研究,开发出一套高精度、节能环保、经济、自动化程度高的封隔器性能试验装置。本文首先对传统封隔器性能试验工艺进行了改进,提出以活动横梁总成带动实验井筒的上提运动的工艺新方法,在完成试验机与实验井筒的刚性连接的同时,简化了试验工艺与试验机结构。根据试验工艺要求对封隔器性能试验装置进行了整体方案设计,包括移动式试验机、井口密封连接总成、实验井筒、加压系统、加热系统和测控系统。完成了封隔器性能试验装置进行机械系统设计。以力学分析和有限元优化设计相结合的方法完成了移动式试验机关键部件设计,包括试验机机身、全电动力总成和活动横梁总成。设计了井口连接密封总成,一方面保证高温高压条件下的试验环境的密封性能,另一方面实现了试验机与实验井筒的刚性连接,使得试验载荷成为内力。完成了封隔器性能试验装置测控系统硬件平台搭建与运动控制策略设计。基于S7-300 PLC为控制器搭建了测控系统硬件平台。设计了步进电机、伺服电机的控制电路,实现了封隔器性能试验装置手自结合、多档位,高精度、高自动化程度的运动控制。基于.NET平台开发了封隔器性能试验装置测控软件。提出以卡尔曼滤波算法对测控系统采集信号进行滤波,通过建立封隔器性能试验数据采集的Simulink模型,在上位机软件中实现了监测信号的数字滤波。基于Prodave软件包提供的动态链接库,完成C#通信库函数的封装,克服了上位机基于高级语言与S7-300PLC进行高频数据通信的难题。并运用多线程技术高效地实现了测控软件的数字滤波、数据监测、控制操作、图像显示、报表打印的多任务运行。