專利名稱：鉆井模擬器阻流器控制臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鉆井模擬裝置，特別是涉及一種鉆井模擬器阻流器控制臺。
背景技術(shù)：
石油工業(yè)是一種技術(shù)密集型行業(yè)，鉆井作業(yè)是石油工業(yè)拿儲量、上產(chǎn)能的重要手 段之一。由于石油鉆井生產(chǎn)條件的限制和井下情況的復(fù)雜性，使石油鉆井作業(yè)面臨極大的 風(fēng)險(xiǎn)。為了獲得更好生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，減少人為事故的發(fā)生，對鉆井現(xiàn)場操作人員和工 程技術(shù)人員的技術(shù)技能培訓(xùn)就顯得十分重要。目前，鉆井操作培訓(xùn)主要在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行，由于各種條件和因素的制約，使培訓(xùn)內(nèi) 容受到極大的限制，培訓(xùn)的系統(tǒng)性、培訓(xùn)效果及培訓(xùn)人員數(shù)量等都受到極大的影響。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有石油鉆井作業(yè)培訓(xùn)技術(shù)的不足，提供一種基于計(jì) 算機(jī)仿真技術(shù)的鉆井模擬器阻流器控制臺，該阻流器控制臺參照鉆井作業(yè)現(xiàn)場的實(shí)際操作 流程，對阻流器的工作原理和操作方法進(jìn)行逼真模擬，增強(qiáng)教學(xué)培訓(xùn)的現(xiàn)場感，縮短培訓(xùn)周 期、提高培訓(xùn)效果、降低培訓(xùn)成本。本實(shí)用新型的發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)鉆井模擬器阻流器控制臺，它 包括機(jī)箱和內(nèi)部控制板，機(jī)箱的正面包括一個控制面板，控制面板上設(shè)有立管壓力表、泵速 表、套管壓力表、液動阻流閥選擇指示燈、雙泵選擇開關(guān)、阻流閥選擇開關(guān)、泵沖數(shù)顯示器、 阻流閥開度表、手動阻流閥選擇指示燈、復(fù)位按鈕、鉆機(jī)氣源開關(guān)、阻流器控制閥開關(guān)和阻 流閥速度調(diào)節(jié)旋鈕，內(nèi)部控制板包括一個可編程控制器PLC，可編程控制器PLC的CPU模塊 分別通過AD模塊與阻流閥速度調(diào)節(jié)旋鈕連接，通過DA模塊1與立管壓力表和套管壓力表 連接，通過DA模塊2與泵速表和阻流閥開度表連接，通過串口與數(shù)據(jù)收發(fā)板連接，數(shù)據(jù)收發(fā) 板通過并口與泵沖數(shù)顯示器連接，可編程控制器PLC的CPU模塊還分別通過其開關(guān)量輸出 端口與液動阻流閥選擇指示燈和手動阻流閥選擇指示燈連接，通過其開關(guān)量輸入端口與雙 泵選擇開關(guān)、阻流閥選擇開關(guān)、復(fù)位按鈕、鉆機(jī)氣源開關(guān)和阻流器控制閥開關(guān))連接。其中， 立管壓力表用于指示立管壓力大小，套管壓力表用于指示套管壓力大小，泵速表用于指示 泵速大小，阻流閥開度表用于指示阻流閥開度大小，雙泵選擇開關(guān)用于選擇1號泵、2號泵 或雙泵，泵沖數(shù)顯示器用于顯示累計(jì)泵沖數(shù)，阻流閥選擇開用于選擇手動阻流閥或液動阻 流閥，手動阻流閥選擇指示燈用于指示選擇手動阻流閥，液動阻流閥選擇指示燈用于指示 選擇液動阻流閥，復(fù)位按鈕用于將泵沖數(shù)復(fù)位，鉆機(jī)氣源開關(guān)用于打開或關(guān)閉鉆機(jī)氣源，阻 流器控制閥開關(guān)用于增大或減小阻流調(diào)節(jié)閥開度，阻流閥速度調(diào)節(jié)旋鈕用于增大或減小阻 流閥調(diào)節(jié)速度。數(shù)據(jù)收發(fā)板包括串口芯片、單片機(jī)、鎖存器和總線緩沖器，串口芯片輸入端通過串 口與可編程控制器PLC的串行端口連接，串口芯片輸出端分別與單片機(jī)的發(fā)送數(shù)據(jù)線和接 收數(shù)據(jù)線連接，單片機(jī)還通過總線分別連接鎖存器和總線緩沖器，鎖存器和總線緩沖器輸出端口通過并口連接泵沖數(shù)顯示器。泵沖數(shù)顯示器包括地址緩沖器、數(shù)據(jù)緩沖器、比較器、譯碼器、撥碼開關(guān)、數(shù)碼管驅(qū) 動芯片和數(shù)碼管，地址緩沖器、數(shù)據(jù)緩沖器的輸入端口均連接并口，數(shù)據(jù)緩沖器輸出端口連 接數(shù)碼管驅(qū)動芯片，地址緩沖器輸出端口分別連接比較器和譯碼器，比較器的另一個輸入 端口連撥碼開關(guān)，輸出端口連接譯碼器的使能端，譯碼器輸出端與數(shù)碼管驅(qū)動芯片相連，數(shù) 碼管驅(qū)動芯片輸出端連接數(shù)碼管。阻流器控制程序工作流程大致了描述為當(dāng)控制程序啟動，初始化端口對PLC的 端口 Portl進(jìn)行初始化，以實(shí)現(xiàn)與LED顯示控制板的數(shù)據(jù)通信，然后讀入開關(guān)量(包括雙泵 選擇開關(guān)、阻流閥選擇開關(guān)、復(fù)位開關(guān)、鉆機(jī)氣源開關(guān)以及阻流閥控制開關(guān)的開關(guān)量輸入)， 并存入發(fā)送緩沖區(qū)，以供PC通信直接讀??；再讀入A/D結(jié)果并存入到發(fā)送緩沖區(qū)，以供PC 通信直接讀取。然后判斷是液動模式還是手動模式，如果選擇液動模式，則點(diǎn)亮液動指示 燈；如果選擇是手動模式，則點(diǎn)亮手動指示燈。然后，從接收緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)輸出到D/A， 用來控制立管壓力、套管壓力、泵速和節(jié)流速度等儀器的顯示。再用串口將數(shù)據(jù)發(fā)送到LED 顯示控制板中，而后重新讀入開關(guān)量并存入發(fā)送緩沖區(qū)，如此循環(huán)。另外，由于整個系統(tǒng)是 由一臺PC和多臺PLC構(gòu)成的總線式網(wǎng)絡(luò)，PC作為主站，多個PLC作為從站，每次通信都是 由主站發(fā)起，從站監(jiān)聽并判斷是否有與本站的收發(fā)請求。其工作流程大致為主站發(fā)出信 號，若從站監(jiān)聽到有與本站的收發(fā)請求，同意接受請求則接受數(shù)據(jù)并存入到接受緩沖區(qū)，然 后返回繼續(xù)監(jiān)聽；如沒有監(jiān)聽到有與本站的收發(fā)請求或者不接受請求且不發(fā)送請求都返回 監(jiān)聽；若不接受請求但同意發(fā)送請求則從發(fā)送緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)并發(fā)送，然后返回監(jiān)聽狀態(tài)， 如此循環(huán)。本實(shí)用新型的有益效果是實(shí)現(xiàn)了對鉆井現(xiàn)場阻流器控制臺的逼真模擬，增強(qiáng)了 教學(xué)培訓(xùn)的現(xiàn)場感，縮短了培訓(xùn)周期、提高了培訓(xùn)效果、降低了培訓(xùn)成本。

圖1阻流器控制面板的布局示意圖圖2內(nèi)部控制板與控制面板上主要部件的連接關(guān)系圖3數(shù)據(jù)收發(fā)板的組成原理圖圖4泵沖數(shù)顯示器的組成原理圖圖5阻流器控制程序流程圖圖6與PC通信的流程圖圖中，1-控制面板，2-立管壓力表，3-泵速表，4-套管壓力表，5-液動阻流閥選擇 指示燈，6-雙泵選擇開關(guān)，7-阻流閥選擇開關(guān)，8-泵沖數(shù)顯示器，9-阻流閥開度表，10-手動 阻流閥選擇指示燈，11-復(fù)位按鈕，12-鉆機(jī)氣源開關(guān)，13-阻流器控制閥開關(guān)，14-阻流閥速 度調(diào)節(jié)旋鈕。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本實(shí)用新型的技術(shù)方案如圖1所示，鉆井模擬器阻流 器控制臺，它包括機(jī)箱和內(nèi)部控制板，所述的機(jī)箱的正面包括一個控制面板1，控制面板1 上設(shè)有立管壓力表2、泵速表3、套管壓力表4、液動阻流閥選擇指示燈5、雙泵選擇開關(guān)6、阻流閥選擇開關(guān)7、泵沖數(shù)顯示器8、阻流閥開度表9、手動阻流閥選擇指示燈10、復(fù)位按鈕11、鉆機(jī)氣源開關(guān)12、阻流器控制閥開關(guān)13和阻流閥速度調(diào)節(jié)旋鈕14。如圖2所示，所述 的內(nèi)部控制板包括一個可編程控制器PLC，可編程控制器PLC的CPU模塊分別通過AD模塊 與阻流閥速度調(diào)節(jié)旋鈕14連接，通過DA模塊1與立管壓力表2和套管壓力表4連接，通過 DA模塊2與泵速表3和阻流閥開度表9連接，通過串口與數(shù)據(jù)收發(fā)板連接，數(shù)據(jù)收發(fā)板通 過并口與泵沖數(shù)顯示器8連接，可編程控制器PLC的CPU模塊還分別通過其開關(guān)量輸出端 口與液動阻流閥選擇指示燈5和手動阻流閥選擇指示燈10連接，通過其開關(guān)量輸入端口與 雙泵選擇開關(guān)6、阻流閥選擇開關(guān)7、復(fù)位按鈕11、鉆機(jī)氣源開關(guān)12和阻流器控制閥開關(guān)13 連接。如圖3所示，數(shù)據(jù)收發(fā)板包括串口芯片、單片機(jī)、鎖存器和總線緩沖器，串口芯片 輸入端通過串口與可編程控制器PLC的串行端口連接，串口芯片輸出端分別與單片機(jī)的發(fā) 送數(shù)據(jù)線和接收數(shù)據(jù)線連接，單片機(jī)輸出端口通過總線分別連接鎖存器和總線緩沖器，鎖 存器和總線緩沖器輸出端口通過并口連接泵沖數(shù)顯示器8。如圖4所示，泵沖數(shù)顯示器8包括地址緩沖器、數(shù)據(jù)緩沖器、比較器、譯碼器、撥碼 開關(guān)、數(shù)碼管驅(qū)動芯片和數(shù)碼管，地址緩沖器、數(shù)據(jù)緩沖器的輸入端口均連接并口，數(shù)據(jù)緩 沖器輸出端口連接數(shù)碼管驅(qū)動芯片，地址緩沖器輸出端口分別連接比較器和譯碼器，比較 器的另一個輸入端口連撥碼開關(guān)，輸出端口連接譯碼器的使能端，譯碼器輸出端與數(shù)碼管 驅(qū)動芯片相連，數(shù)碼管驅(qū)動芯片輸出端連接數(shù)碼管。圖5是阻流器控制流程圖，其控制程序工作流程大致可敘述為當(dāng)控制程序啟動， 初始化端口對PLC的端口 Portl進(jìn)行初始化，以實(shí)現(xiàn)與LED顯示控制板的數(shù)據(jù)通信，然后讀 入開關(guān)量(包括雙泵選擇開關(guān)、阻流閥選擇開關(guān)、復(fù)位開關(guān)、鉆機(jī)氣源開關(guān)以及阻流閥控制 開關(guān)的開關(guān)量輸入)，并存入發(fā)送緩沖區(qū)，以供PC通信直接讀?。辉僮x入A/D結(jié)果并存入到 發(fā)送緩沖區(qū)，以供PC通信直接讀取。然后判斷是液動模式還是手動模式，如果選擇液動模 式，則點(diǎn)亮液動指示燈；如果選擇是手動模式，則點(diǎn)亮手動指示燈。然后，從接收緩沖區(qū)中讀 取數(shù)據(jù)輸出到D/A，用來控制立管壓力、套管壓力、泵速和節(jié)流速度等儀器的顯示。再用串 口將數(shù)據(jù)發(fā)送到LED顯示控制板中，而后重新讀入開關(guān)量并存入發(fā)送緩沖區(qū)，如此循環(huán)。另 夕卜，由于整個系統(tǒng)是由一臺PC和多臺PLC構(gòu)成的總線式網(wǎng)絡(luò)，PC作為主站，多個PLC作為 從站，每次通信都是由主站發(fā)起，從站監(jiān)聽并判斷是否有與本站的收發(fā)請求。可編程控制器PLC的CPU模塊通過PPI協(xié)議與上位機(jī)連接，圖6是阻流器與PC通 信的流程圖，其工作流程大致為主站發(fā)出信號，若從站監(jiān)聽到有與本站的收發(fā)請求，同意 接受請求則接受數(shù)據(jù)并存入到接受緩沖區(qū)，然后返回繼續(xù)監(jiān)聽；如沒有監(jiān)聽到有與本站的 收發(fā)請求或者不接受請求且不發(fā)送請求都返回監(jiān)聽；若不接受請求但同意發(fā)送請求則從發(fā) 送緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)并發(fā)送，然后返回監(jiān)聽狀態(tài)，如此循環(huán)。
權(quán)利要求鉆井模擬器阻流器控制臺，其特征在于它包括機(jī)箱和內(nèi)部控制板，所述的機(jī)箱的正面包括一個控制面板(1)，控制面板(1)上設(shè)有立管壓力表(2)、泵速表(3)、套管壓力表(4)、液動阻流閥選擇指示燈(5)、雙泵選擇開關(guān)(6)、阻流閥選擇開關(guān)(7)、泵沖數(shù)顯示器(8)、阻流閥開度表(9)、手動阻流閥選擇指示燈(10)、復(fù)位按鈕(11)、鉆機(jī)氣源開關(guān)(12)、阻流器控制閥開關(guān)(13)和阻流閥速度調(diào)節(jié)旋鈕(14)，所述的內(nèi)部控制板包括一個可編程控制器PLC，可編程控制器PLC的CPU模塊分別通過AD模塊與阻流閥速度調(diào)節(jié)旋鈕(14)連接，通過DA模塊1與立管壓力表(2)和套管壓力表(4)連接，通過DA模塊2與泵速表(3)和阻流閥開度表(9)連接，通過串口與數(shù)據(jù)收發(fā)板連接，數(shù)據(jù)收發(fā)板通過并口與泵沖數(shù)顯示器(8)連接，可編程控制器PLC的CPU模塊還分別通過其開關(guān)量輸出端口與液動阻流閥選擇指示燈(5)和手動阻流閥選擇指示燈(10)連接，通過其開關(guān)量輸入端口與雙泵選擇開關(guān)(6)、阻流閥選擇開關(guān)(7)、復(fù)位按鈕(11)、鉆機(jī)氣源開關(guān)(12)和阻流器控制閥開關(guān)(13)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井模擬器阻流器控制臺，其特征在于所述的數(shù)據(jù)收發(fā)板包 括串口芯片、單片機(jī)、鎖存器和總線緩沖器，串口芯片輸入端通過串口與可編程控制器PLC 的串行端口連接，串口芯片輸出端分別與單片機(jī)的發(fā)送數(shù)據(jù)線和接收數(shù)據(jù)線連接，單片機(jī) 還通過總線分別連接鎖存器和總線緩沖器，鎖存器和總線緩沖器輸出端口通過并口連接泵 沖數(shù)顯示器(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的鉆井模擬器阻流器控制臺，其特征在于所述的泵沖數(shù)顯 示器(8)包括地址緩沖器、數(shù)據(jù)緩沖器、比較器、譯碼器、撥碼開關(guān)、數(shù)碼管驅(qū)動芯片和數(shù)碼 管，地址緩沖器、數(shù)據(jù)緩沖器的輸入端口均連接并口，數(shù)據(jù)緩沖器輸出端口連接數(shù)碼管驅(qū)動 芯片，地址緩沖器輸出端口分別連接比較器的一個輸入端和譯碼器，比較器的另一個輸入 端連撥碼開關(guān)，輸出端口連接譯碼器的使能端，譯碼器輸出端與數(shù)碼管驅(qū)動芯片相連，數(shù)碼 管驅(qū)動芯片輸出端連接數(shù)碼管。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種鉆井模擬器阻流器控制臺，它包括機(jī)箱和內(nèi)部控制板，機(jī)箱上包括一個控制面板(1)，控制面板(1)上設(shè)有立管壓力表(2)、泵速表(3)、套管壓力表(4)、液動阻流閥選擇指示燈(5)、雙泵選擇開關(guān)(6)、阻流閥選擇開關(guān)(7)、泵沖數(shù)顯示器(8)、阻流閥開度表(9)、手動阻流閥選擇指示燈(10)、復(fù)位按鈕(11)、鉆機(jī)氣源開關(guān)(12)、阻流器控制閥開關(guān)(13)和阻流閥速度調(diào)節(jié)旋鈕(14)。本實(shí)用新型的有益效果是實(shí)現(xiàn)了對阻流器控制臺的逼真模擬，增強(qiáng)了教學(xué)培訓(xùn)的現(xiàn)場感，縮短了培訓(xùn)周期、提高了培訓(xùn)效果、降低了培訓(xùn)成本。
文檔編號G09B25/02GK201556346SQ20092024294
公開日2010年8月18日 申請日期2009年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月3日
發(fā)明者梅大成, 胡衛(wèi)東, 趙剛, 鄭巧, 陳利學(xué), 龔捷 申請人:成都盛特石油裝備模擬技術(shù)開發(fā)有限公司