石油鉆機集成控制虛擬仿真操作系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石油鉆機集成控制虛擬仿真操作系統(tǒng)，包括顯示屏通過顯示屏通訊網(wǎng)絡(luò)與圖像處理器連接，圖像處理器一路與外部擴展監(jiān)控通訊網(wǎng)絡(luò)連接，圖像處理器另一路通過系統(tǒng)圖形工作站與外部擴展監(jiān)控通訊網(wǎng)絡(luò)連接；系統(tǒng)圖形工作站與主交換機連接，主交換機分別與外部擴展監(jiān)控通訊網(wǎng)絡(luò)、主副司鉆操控通訊網(wǎng)絡(luò)、PLC控制站通訊網(wǎng)絡(luò)同時連接；主副司鉆操控通訊網(wǎng)絡(luò)上連接有主、副司鉆圖形工作站及工業(yè)監(jiān)視圖形工作站；PLC控制站通訊網(wǎng)絡(luò)上連接有主、副司鉆監(jiān)控PLC站和冗余PLC智能控制站，主、副司鉆監(jiān)控PLC站分別與主、副司鉆操控座椅連接。本發(fā)明的裝置，實現(xiàn)高度集成的一體化司鉆控制。
【專利說明】石油鉆機集成控制虛擬仿真操作系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于自動化控制【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種石油鉆機集成控制虛擬仿真操作系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]石油鉆井作業(yè)是在司鉆的組織、操作和指揮下，由多工種配合、集體完成的一項工程作業(yè)。人們常說司鉆手中掌握著“三條命”即:鉆井工人、井眼和鉆井設(shè)備的命運，一旦司鉆操作失誤有可能造成火災(zāi)、人員傷亡、設(shè)備毀壞、污染自然環(huán)境等嚴(yán)重后果。如何高效率低成本的培訓(xùn)出合格的司鉆，是石油鉆井企業(yè)培訓(xùn)部門長期盼望解決、但仍未能妥善解決的難題。由于鉆井作業(yè)的性質(zhì)，給司鉆培訓(xùn)帶來以下難點:其一、鉆井作業(yè)是集體作業(yè)的工程項目，司鉆需要與多人配合完成鉆探任務(wù)，配合不到位或操作失誤均會造成一些事故發(fā)生。其二、鉆井作業(yè)中司鉆操作依靠對各種儀表參數(shù)的分析，間接地了解在地下數(shù)千米工作的鉆頭狀況和井眼情況，并做出判斷，而儀表數(shù)據(jù)的顯示往往是多解的。因此要求司鉆有較高的綜合分析判斷能力，這種能力需經(jīng)反復(fù)訓(xùn)練，才能提高。其三、培訓(xùn)成本高，例如:在一套實物鉆機上培訓(xùn)司鉆，需要大量的培訓(xùn)費、燃料費、設(shè)備磨損費、維護費等，且存在一定的風(fēng)險，每個人員的培訓(xùn)成本很高。其四、司鉆對井下復(fù)雜情況和事故的判斷以及處理能力是司鉆崗位的一項重要技能，但鉆井中的復(fù)雜情況和事故，是難以人為再現(xiàn)的，很多技能司鉆不能在鉆井現(xiàn)場培訓(xùn)得到鍛煉。
[0003]總體來說，傳統(tǒng)的現(xiàn)場培訓(xùn)方式存在著周期長、操作不規(guī)范、設(shè)備磨損嚴(yán)重、成本高、絕對安全難以得到保障等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種石油鉆機集成控制虛擬仿真操作系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的現(xiàn)場培訓(xùn)方式周期長、操作不規(guī)范、設(shè)備磨損嚴(yán)重、成本高、絕對安全難以得到保障的問題。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種石油鉆機集成控制虛擬仿真操作系統(tǒng)，包括顯示屏，顯示屏通過顯示屏通訊網(wǎng)絡(luò)與多功能的圖像處理器連接，圖像處理器一路與外部擴展監(jiān)控通訊網(wǎng)絡(luò)直接連接，圖像處理器另一路通過系統(tǒng)圖形工作站與外部擴展監(jiān)控通訊網(wǎng)絡(luò)連接；
[0006]所述的系統(tǒng)圖形工作站另外與主交換機連接，主交換機分別與外部擴展監(jiān)控通訊網(wǎng)絡(luò)、主副司鉆操控通訊網(wǎng)絡(luò)、PLC控制站通訊網(wǎng)絡(luò)同時連接；主副司鉆操控通訊網(wǎng)絡(luò)上連接有主司鉆圖形工作站、副司鉆圖形工作站及工業(yè)監(jiān)視圖形工作站；
[0007]所述的PLC控制站通訊網(wǎng)絡(luò)上連接有主司鉆監(jiān)控PLC站、副司鉆監(jiān)控PLC站和冗余PLC智能控制站，主司鉆監(jiān)控PLC站與主司鉆操控座椅連接，副司鉆監(jiān)控PLC站與副司鉆操控座椅連接。
[0008]本發(fā)明的石油鉆機集成控制虛擬仿真操作系統(tǒng)，其特點還在于:[0009]顯示屏由六塊等離子顯示單屏拼接而成。
[0010]主司鉆圖形工作站上連接有主司鉆監(jiān)控屏一和主司鉆監(jiān)控屏二，副司鉆圖形工作站上連接有副司鉆監(jiān)控屏一和副司鉆監(jiān)控屏二，工業(yè)監(jiān)視圖形工作站上連接有主司鉆CCTV屏和副司鉆CCTV屏。
[0011]外部擴展監(jiān)控通訊網(wǎng)絡(luò)NET2上連接有音頻單元、視頻單元及防火墻，防火墻通過互聯(lián)網(wǎng)或遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)單元與遠(yuǎn)程辦公室單元連接。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:采用集成化控制司鉆系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、數(shù)字樣機實現(xiàn)鉆機所有關(guān)鍵設(shè)備的集中控制和監(jiān)視，利用等離子拼接屏、大型的圖像處理器、高配置的工作站、西門子PLC智能控制站、集成化的操控元件、主副操控一體化座椅構(gòu)建了虛擬操作培訓(xùn)系統(tǒng)，應(yīng)用多處理器、多線程、圖像拼接技術(shù)和虛擬仿真技術(shù)，以Ethernet通訊的方式，實現(xiàn)了所有鉆井設(shè)備、電控系統(tǒng)、工業(yè)監(jiān)視、鉆井儀表的集成，系統(tǒng)方案配備多個接口，可接收多路視頻信號、音頻信號等，主副兩套操作座椅完全相同，互為備用。具體包括以下幾個方面:
[0013]I)控制高度集成，優(yōu)化了控制界面，降低了成本。所有鉆井設(shè)備集中控制，實現(xiàn)了軟件和硬件設(shè)備的高度集成，將引領(lǐng)今后鉆機集成控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。
[0014]2)司鉆實景體驗，可實現(xiàn)司鉆的模擬培訓(xùn)，降低培訓(xùn)風(fēng)險。能夠模擬各種鉆井設(shè)備操作、各種鉆井工藝、井下事故，培訓(xùn)合格司鉆，降低培訓(xùn)風(fēng)險。
[0015]3 )三維立體展示，可實現(xiàn)虛擬漫游。借助三維數(shù)字樣機可展示常規(guī)鉆機、新產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)參數(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)備的立體展示，設(shè)定路徑，可是產(chǎn)品數(shù)字樣機的虛擬漫游。
[0016]4)本系統(tǒng)可以實現(xiàn)產(chǎn)品控制系統(tǒng)的輔助驗證。在實物樣機產(chǎn)出前可借助該系統(tǒng)進行程序算法驗證和優(yōu)化，提前排除設(shè)計隱患，縮短研發(fā)周期，降低樣機設(shè)計、制造和調(diào)試成本。
[0017]總體來說，石油鉆機集成控制虛擬仿真操作系統(tǒng)應(yīng)用于陸地鉆機和海洋平臺上所有鉆井設(shè)備的模擬操控，能夠安全、高效的實現(xiàn)石油鉆機虛擬仿真操作，能夠方便、快捷的培訓(xùn)合格的司鉆人員，并帶來新的司鉆控制理念，實現(xiàn)高度集成的一體化司鉆控制系統(tǒng)，為培訓(xùn)、控制、產(chǎn)品展示和新產(chǎn)品控制系統(tǒng)的輔助驗證等帶來了便利。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明石油鉆機集成控制虛擬仿真操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。
[0019]圖中，1.顯示屏，2.圖像處理器，3.系統(tǒng)圖形工作站，4.主司鉆圖形工作站，5.副司鉆圖形工作站，6.工業(yè)監(jiān)視圖形工作站，7.主司鉆監(jiān)控屏一，8.主司鉆監(jiān)控屏二，9.副司鉆監(jiān)控屏一，10.副司鉆監(jiān)控屏二，11.主司鉆CCTV屏，12.副司鉆CCTV屏，13.主交換機，14.主司鉆監(jiān)控PLC站，15.副司鉆監(jiān)控PLC站，16.冗余PLC智能控制站，17.主司鉆操控座椅，18.副司鉆操控座椅，19.音頻單元，20.視頻單元，21.防火墻，22.遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)單元，23.遠(yuǎn)程辦公室單元；
[0020]另外，NETl代表顯示屏通訊網(wǎng)絡(luò)；
[0021]NET2代表外部擴展監(jiān)控通訊網(wǎng)絡(luò)；
[0022]NET3代表主副司鉆操控通訊網(wǎng)絡(luò)；
[0023]NET4代表PLC控制站通訊網(wǎng)絡(luò)；[0024]NET5代表無線或有線遠(yuǎn)程監(jiān)控通訊網(wǎng)絡(luò)；
[0025]CCTV代表工業(yè)監(jiān)視的英文縮寫。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。
[0027]參照圖1，本發(fā)明石油鉆機集成控制虛擬仿真操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是，
[0028]包括等離子拼接方式的顯示屏1，顯示屏I通過顯示屏通訊網(wǎng)絡(luò)NETl與多功能的圖像處理器2連接，圖像處理器2 —路與外部擴展監(jiān)控通訊網(wǎng)絡(luò)NET2直接連接，圖像處理器2另一路通過系統(tǒng)圖形工作站3與外部擴展監(jiān)控通訊網(wǎng)絡(luò)NET2連接；系統(tǒng)圖形工作站3另外與主交換機13連接，主交換機13分別與外部擴展監(jiān)控通訊網(wǎng)絡(luò)NET2、主副司鉆操控通訊網(wǎng)絡(luò)NET3、PLC控制站通訊網(wǎng)絡(luò)NET4同時連接；主副司鉆操控通訊網(wǎng)絡(luò)NET3上連接有主司鉆圖形工作站4、副司鉆圖形工作站5及工業(yè)監(jiān)視圖形工作站6，主司鉆圖形工作站4上連接有主司鉆監(jiān)控屏一 7和主司鉆監(jiān)控屏二 8，副司鉆圖形工作站5上連接有副司鉆監(jiān)控屏一 9和副司鉆監(jiān)控屏二 10，工業(yè)監(jiān)視圖形工作站6上連接有主司鉆CCTV屏11和副司鉆CCTV屏12 ;PLC控制站通訊網(wǎng)絡(luò)NET4上連接有主司鉆監(jiān)控PLC站14、副司鉆監(jiān)控PLC站15和冗余PLC智能控制站16，主司鉆監(jiān)控PLC站14與主司鉆操控座椅17連接，副司鉆監(jiān)控PLC站15與副司鉆操控座椅18連接；
[0029]外部擴展監(jiān)控通訊網(wǎng)絡(luò)NET2上連接有音頻單元19、視頻單元20及防火墻21，防火墻21通過互聯(lián)網(wǎng)或遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)單元22 (即無線或有線遠(yuǎn)程監(jiān)控通訊網(wǎng)絡(luò)NET5)與遠(yuǎn)程辦公室單元23連接。
[0030]顯示屏I由六塊等離子顯示單屏拼接而成，位于下方的四塊顯示屏用于模擬實際的司鉆前方視野，顯示對應(yīng)的鉆臺面畫面，用于觀測井口、絞車、轉(zhuǎn)盤等鉆臺面設(shè)備的工作狀態(tài)；位于上方的兩塊傾斜顯示屏用于模擬司鉆的仰視視野，顯示對應(yīng)的二層臺畫面，用于觀測二層臺、頂驅(qū)、游動系統(tǒng)等設(shè)備的工作狀態(tài)。
[0031]圖像處理器2用于多通道DVI信號的拼接顯示處理，提供多用戶操作和管理模式，實現(xiàn)多個畫面的開窗和重疊顯示，并支持開啟窗口的大小、位置及屬性設(shè)置。
[0032]系統(tǒng)圖形工作站3用于運行系統(tǒng)的總控制程序及三維虛擬仿真畫面和程序，實現(xiàn)系統(tǒng)的控制邏輯保護，完成上位機和下位機的通訊；主司鉆圖形工作站4、副司鉆圖形工作站5分別用于運行主副司鉆對應(yīng)的人機界面監(jiān)控程序，并實現(xiàn)與系統(tǒng)圖形工作站3之間的通訊；工業(yè)監(jiān)視圖形工作站6用于運行模擬CCTV對應(yīng)的三維虛擬仿真畫面和程序，接收主司鉆操控座椅17和副司鉆操控座椅18的控制指令，完成對應(yīng)的畫面控制。
[0033]主司鉆監(jiān)控屏一 7、主司鉆監(jiān)控屏二 8、副司鉆監(jiān)控屏一 9、副司鉆監(jiān)控屏二 10用于顯示對應(yīng)主副司鉆的人機界面畫面、狀態(tài)指示、故障報警、狀態(tài)參數(shù)、嵌入式的CCTV控件畫面等；主司鉆CCTV屏11和副司鉆CCTV屏12用于顯示對應(yīng)主副司鉆工業(yè)監(jiān)視攝像頭的顯示，可以實現(xiàn)2X2，3X3等各種組合畫面。
[0034]主交換機13是整個網(wǎng)絡(luò)交換的中樞，通過主交換機13把各個網(wǎng)絡(luò)單元有機的整合成一個局域網(wǎng)，實現(xiàn)各個單元的相互通訊。
[0035]主司鉆監(jiān)控PLC站14、副司鉆監(jiān)控PLC站15運行主副司鉆對應(yīng)的控制程序，分別用于采集對應(yīng)主司鉆操控座椅17和副司鉆操控座椅18發(fā)出的控制指令，通過以太網(wǎng)把指令發(fā)送給冗余PLC智能控制站16，經(jīng)過冗余PLC智能控制站16的判斷送控制指令至系統(tǒng)圖形工作站3，利用三維仿真程序驅(qū)動三維畫面完成對應(yīng)設(shè)備動作。
[0036]主司鉆操控座椅17、副司鉆操控座椅18是整個系統(tǒng)的指令發(fā)出單元，是所有鉆井設(shè)備控制中心，模擬鉆機的實際操控，與實體鉆機的操控完全一致。
[0037]音頻單元19、視頻單元20代表外接的音頻信號和視頻信號，可以實時送入系統(tǒng)顯示，可以是影像視頻畫面也可以是攝像頭監(jiān)控畫面。配置了擴展卡，預(yù)留了音頻、視頻和外接信號接口，實現(xiàn)了系統(tǒng)與外接信號的通訊。
[0038]防火墻21、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)單元22、遠(yuǎn)程辦公室單元23構(gòu)建了遠(yuǎn)程操控網(wǎng)絡(luò)。防火墻21保證接入外網(wǎng)的安全性，遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)單元22代表無線3G網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)或者有線Internet網(wǎng)絡(luò)鏈路；遠(yuǎn)程辦公室單元23代表遠(yuǎn)程終端，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程可視化操控。
[0039]顯示屏通訊網(wǎng)絡(luò)NETl構(gòu)建了六個等離子屏的通訊網(wǎng)絡(luò)；外部擴展監(jiān)控通訊網(wǎng)絡(luò)NET2構(gòu)建了外界信號的輸入輸出通道；主副司鉆操控通訊網(wǎng)絡(luò)NET3構(gòu)建了人機界面、參數(shù)設(shè)置等的通訊鏈路；PLC控制站通訊網(wǎng)絡(luò)NET4構(gòu)建了鉆井設(shè)備PLC程序的網(wǎng)絡(luò)通道；無線或有線遠(yuǎn)程監(jiān)控通訊網(wǎng)絡(luò)NET5構(gòu)建了遠(yuǎn)程終端操控網(wǎng)絡(luò)。
【權(quán)利要求】
1.一種石油鉆機集成控制虛擬仿真操作系統(tǒng)，其特點在于:包括顯示屏(1)，顯示屏(I)通過顯示屏通訊網(wǎng)絡(luò)(NETl)與多功能的圖像處理器(2)連接，圖像處理器(2) —路與外部擴展監(jiān)控通訊網(wǎng)絡(luò)(NET2)直接連接，圖像處理器(2)另一路通過系統(tǒng)圖形工作站(3)與外部擴展監(jiān)控通訊網(wǎng)絡(luò)(NET2)連接； 所述的系統(tǒng)圖形工作站(3)另外與主交換機(13)連接，主交換機(13)分別與外部擴展監(jiān)控通訊網(wǎng)絡(luò)(NET2)、主副司鉆操控通訊網(wǎng)絡(luò)(NET3)、PLC控制站通訊網(wǎng)絡(luò)(NET4)同時連接；主副司鉆操控通訊網(wǎng)絡(luò)(NET3)上連接有主司鉆圖形工作站(4)、副司鉆圖形工作站(5)及工業(yè)監(jiān)視圖形工作站(6)； 所述的PLC控制站通訊網(wǎng)絡(luò)(NET4)上連接有主司鉆監(jiān)控PLC站(14)、副司鉆監(jiān)控PLC站(15 )和冗余PLC智能控制站(16 )，主司鉆監(jiān)控PLC站(14)與主司鉆操控座椅(17)連接，副司鉆監(jiān)控PLC站(15 )與副司鉆操控座椅(18 )連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆機集成控制虛擬仿真操作系統(tǒng)，其特點在于:所述的顯示屏(I)由六塊等離子顯示單屏拼接而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆機集成控制虛擬仿真操作系統(tǒng)，其特點在于:所述的主司鉆圖形工作站(4)上連接有主司鉆監(jiān)控屏一(7)和主司鉆監(jiān)控屏二(8)，副司鉆圖形工作站(5)上連接有副司鉆監(jiān)控屏一(9)和副司鉆監(jiān)控屏二(10)，工業(yè)監(jiān)視圖形工作站(6)上連接有主司鉆CCTV屏(11)和副司鉆CCTV屏(12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆機集成控制虛擬仿真操作系統(tǒng)，其特點在于:所述的外部擴展監(jiān)控通訊網(wǎng)絡(luò)(NET2)上連接有音頻單元(19)、視頻單元(20)及防火墻(21)，防火墻(21)通過互聯(lián)網(wǎng)或遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)單元(22)與遠(yuǎn)程辦公室單元(23)連接。
【文檔編號】G05B17/02GK103760776SQ201410003519
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】張鵬飛, 欒蘇, 于興軍, 梁春平, 林康 申請人:寶雞石油機械有限責(zé)任公司