一种钻机安装模拟系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种钻机安装模拟系统，其特征在于，包括前端硬件部分和软件部分，前端硬件部分包括钻机模型、前端操作台、教师操作台、以及三通道环幕投影显示系统，软件系统包括通信软件系统，主控软件系统，图形软件系统，其中陆地钻机安装操作模拟培训系统的主控软件持续不断的与前端硬件进行通信，以获取前端的设备状态，也就是获取培训学员的操作过程，主控软件所计算出的钻井过程参数也需要实时传输给前端设备，以供培训学员与工程技术人员观察，通信软件与主控软件之间的交互采用TCP协议进行，通信软件为服务器端，主控软件为客户端，设置两个控制参数，第一参数(Direction)表示数据的流向，等于1表示主控软件请求前端硬件数据，等于2表示主控软件发送给前端硬件数据，第二参数(Mud)表示泥浆性能参数来源，等于1表示主控软件发送泥浆性能参数给前端硬件，等于2表示主控软件请求前端泥浆性能参数。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及一种钻机安装模拟系统。
技术介绍
GB2295480公开了一种井控模拟系统，其包括主计算机，主计算机能够运行钻点模 拟的计算机模块和多个能够连接计算机和数据输入输出装置的数据接口。该系统适于安装 和利用于真实钻点，至少一些所述接口适于连接到数据输出和输入装置，这些数据输出输 入装置组成部分井控系统，而该模拟系统便安装在其中。 国内电子科技大学硕士学位论文《新型钻井工程培训考核模拟系统的设计与实 现》，从现代过程培训模拟其研制的现状出发，结合计算机技术和通讯技术的发展，分析了 利用高技术的发展建立过程培训模拟系统的必要性和重要性，阐述了过程培训模型设计中 遇到的问题和解决方法，给出了新型钻井工程培训考核模拟系统从可行性分析、硬件涉及 到主控台设计，场景模拟等部分的解决方案，重点介绍了主控台软件部分的实现方法。 钻井模拟产品方面，以美国钻井模拟机DS-200最具代表性，包括大庆石油管理局 研制的DS-100钻井模型，但是无论是DS-200还是DS-100，其都只是针对钻井操作进行模 拟，而不能对其他操作例如钻机安装进行模拟，然而目前钻机安装者的操作规程和技术要 领主要是通过厂家提供的说明书和培训获取，而操作技能则是靠经验的积累和师傅的传 授，这些方式往往存在以下问题：实践机会有限，难以提高技术水平：由于钻井作业的特殊 性，钻井设备的拆卸和安装等工作往往要几个月，甚至一年才进行一次，操作人员很难通过 实际操作积累各种经验。另外，在设备安装、拆卸过程中，事故发生的几率相对较小，个体对 事故的处理经验极为有限，对事故的判断、处理能力很难在实际的生产活动中积累和提高。 一旦突发事故，往往由于缺乏经验和处理能力，造成重大生命和财产损失。 因此完整有效的培训系统是急需的，并且有必要针对钻机安装开发响应的模拟系 统，另一方面，以DS-100为代表的钻井模型均采用分布式计算机控制系统，一台主控计算 机实现模拟解算，三台过程控制计算机分别控制司钻操作及仪表显示台，井控操作台及远 程节流控制台等装置。主从计算机之间采用串行中断方式实现远距离通讯。主控计算机采 用Borland C++fer Windows编程，图形机采用Borland C++编程，过程计算机采用ASM-96 汇编语言编程，现有的系统复杂，并且缺乏完整性，无法满足培训要求。
技术实现思路
本技术旨在克服上述问题，提供一种钻机安装模拟操作培训系统，包括前端 硬件部分和软件部分，前端硬件部分包括钻机模型、前端操作台、教师操作台、以及三通道 环幕投影显示系统。司钻操作台包括机箱、内部控制板和参数计算机，所述的机箱的正面 设有司钻操作台正面控制面板，机箱的一个侧面设有司钻操作台侧面控制面板，机箱的另 一个侧面设有顶驱机械控制面板以及缓冲液缸的控制面板；其中在司钻操作台正面控制面 板上设置有电源按钮、开机按钮、气喇叭开关、防碰释放按钮、悬重缓冲阀、钻压缓冲阀、吊 钳扭矩阻尼器、立管压力阻尼器、捞刹滚筒离合、输入轴惯刹控制开关、换档控制开关、猫头 控制开关、风动旋扣控制开关、滚筒高低速开关、油缸选择开关、底座液压开关、驻车制动开 关以及紧急制动开关；还包括显示表组，其中所述显示表组包括气源压力表、冷却水压表、 绞车油压表、转盘油压表、转盘扭矩表、栗压表、大钳扭矩表、左钳扭矩表、右钳扭矩表、安全 钳压力表、猫头压力表、钻井扭矩表、转速表、转盘电流表、锁档压力表以及过卷压力表；司 钻操作台侧面控制面板上设置指配开关、发电机急停按钮、整流急停按钮、测试急停按钮、 PLC/旁路开关、电磁涡流刹车开关、转盘正反转选择开关、绞车正反转选择开关、1号泥浆 栗开关、2号泥浆栗开关、3号泥浆栗开关、低压报警器开关； 司钻操作台的内部控制板包括司钻操作台第一可编程控制器PLCl和第二可编程 控制器PLC2,上述可编程控制器PLC与参数计算机数据通信采用RS232协议进行通信，其中 第一可编程控制器PLCl的CPU模块通过A/D模块分别与电源按钮、开机按钮、气喇叭开关、 防碰释放按钮、悬重缓冲阀、钻压缓冲阀、吊钳扭矩阻尼器、立管压力阻尼器、捞刹滚筒离 合、输入轴惯刹控制开关、换档控制开关、猫头控制开关、风动旋扣控制开关、滚筒高低速开 关、油缸选择开关、底座液压开关、驻车制动开关以及紧急制动开关连接，通过PLC的开关 量输入端口分别与指配开关、发电机急停按钮、整流急停按钮、测试急停按钮、PLC/旁路开 关、电磁涡流刹车开关、转盘正反转选择开关、绞车正反转选择开关、1号泥浆栗开关、2号 泥浆栗开关、3号泥浆栗开关、低压报警器开关进行连接；通过PLC采集司钻操作台上的各 个开关，旋钮状态以模拟绞车的升降控制，转盘的转速控制，泥浆栗的调速控制；同时采集 绞车离合器位置、绞车档位、转盘离合器位置、转盘档位、栗调节器位置、柴油机功率调节器 位置；监测悬重、钻压、钻机气源压力、泥浆密度、泥浆粘度以及泥浆失水等参数，通过PLC 的控制使得司钻操作台实现对井架/底座的起升控制、对钻盘的转速控制以及对泥浆栗的 调速控制； 其中顶驱机械控制面板上设置有急停按钮、吊环中位按钮、复位/静音按钮、吊环 回转选择开关、内防喷器开关、液压栗开关、锁紧销开关、背钳选择开关、吊环倾斜选择开 关、刹车选择开关、辅助操作开关、风机选择开关、电机选择开关、操作选择开关、旋转方向 选择开关；缓冲液缸的控制面板上设置有左右液缸选择手柄、液缸压力选择手柄以及液缸 伸出/缩回控制手柄；其中司钻操作台的内部控制板的第二可编程控制器PLC2的CPU模块 通过A/D模块分别与急停按钮、吊环中位按钮、复位/静音按钮连接，通过PLC的开关量输 入端口分别与吊环回转选择开关、内防喷器开关、液压栗开关、锁紧销开关、背钳选择开关、 吊环倾斜选择开关、刹车选择开关、辅助操作开关、风机选择开关、电机选择开关、操作选择 开关、旋转方向选择开关进行连接以实现对顶驱进行控制； 其中缓冲液缸的控制面板上设置有左右液缸选择手柄、液缸压力选择手柄以及液 缸伸出/缩回控制手柄；其中司钻操作台的内部控制板的第二可编程控制器PLC2的CPU模 块通过A/D模块分别与左右液缸选择手柄、液缸压力选择手柄以及液缸伸出/缩回控制手 柄连接以对缓冲液缸进行控制； 参数计算机作为分布式的上位机完成整个系统的数据采集与控制，主控计算机和 图形计算机完成系统主程序的执行和环幕图形的处理和显示，各台计算机通过TCP/IP协 议互联；司钻操作台和钻机模型之间的前端数据采集及控制由SIEMENS S7-200 PLC完成， 并连接构成西门子PPI网络；PLC与参数计算机数据通信采用RS232协议；其中该参数计算 机具有完成从PLC获取前端硬件信息后，将信息发送给主控计算机的通信模块，其中通信 模块还将主控计算机发送过来的信息通过PLC传输给前端硬件加以显示； 钻机模拟器包括井架模拟器和底座模拟器，井架模拟器包括井架和井架核心控制 机，其中井架为前开口型井架，由主体、人字架及附件组成，附件主要有二层台、死绳稳定 器、笼梯，井架主体由左上段、右上段、左中上段、右中上段、左下段和右下段及背横梁、斜拉 杆、连接架组成一个前开口型钢架结构，主体的调整固定是由两个卡销完本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻机安装模拟系统，其特征在于，包括前端硬件部分和软件部分，前端硬件部分包括钻机模型、前端操作台、教师操作台、以及三通道环幕投影显示系统；司钻操作台包括机箱、内部控制板和参数计算机，所述的机箱的正面设有司钻操作台正面控制面板，机箱的一个侧面设有司钻操作台侧面控制面板，机箱的另一个侧面设有顶驱机械控制面板以及缓冲液缸的控制面板；其中在司钻操作台正面控制面板上设置有电源按钮、开机按钮、气喇叭开关、防碰释放按钮、悬重缓冲阀、钻压缓冲阀、吊钳扭矩阻尼器、立管压力阻尼器、捞刹滚筒离合、输入轴惯刹控制开关、换档控制开关、猫头控制开关、风动旋扣控制开关、滚筒高低速开关、油缸选择开关、底座液压开关、驻车制动开关以及紧急制动开关；还包括显示表组，其中所述显示表组包括气源压力表、冷却水压表、绞车油压表、转盘油压表、转盘扭矩表、泵压表、大钳扭矩表、左钳扭矩表、右钳扭矩表、安全钳压力表、猫头压力表、钻井扭矩表、转速表、转盘电流表、锁档压力表以及过卷压力表；司钻操作台侧面控制面板上设置指配开关、发电机急停按钮、整流急停按钮、测试急停按钮、PLC/旁路开关、电磁涡流刹车开关、转盘正反转选择开关、绞车正反转选择开关、1号泥浆泵开关、2号泥浆泵开关、3号泥浆泵开关、低压报警器开关；司钻操作台的内部控制板包括司钻操作台第一可编程控制器PLC(1)和第二可编程控制器PLC(2)，上述可编程控制器PLC与参数计算机数据通信采用RS232协议进行通信，其中第一可编程控制器PLC(1)的CPU模块通过A/D模块分别与电源按钮、开机按钮、气喇叭开关、防碰释放按钮、悬重缓冲阀、钻压缓冲阀、吊钳扭矩阻尼器、立管压力阻尼器、捞刹滚筒离合、输入轴惯刹控制开关、换档控制开关、猫头控制开关、风动旋扣控制开关、滚筒高低速开关、油缸选择开关、底座液压开关、驻车制动开关以及紧急制动开关连接，通过PLC的开关量输入端口分别与指配开关、发电机急停按钮、整流急停按钮、测试急停按钮、PLC/旁路开关、电磁涡流刹车开关、转盘正反转选择开关、绞车正反转选择开关、1号泥浆泵开关、2号泥浆泵开关、3号泥浆泵开关、低压报警器开关进行连接；通过PLC采集司钻操作台上的各个开关，旋钮状态以模拟绞车的升降控制，转盘的转速控制，泥浆泵的调速控制；同时采集绞车离合器位置、绞车档位、转盘离合器位置、转盘档位、泵调节器位置、柴油机功率调节器位置；监测悬重、钻压、钻机气源压力、泥浆密度、泥浆粘度以及泥浆失水参数，通过PLC的控制使得司钻操作台实现对井架/底座的起升控制、对钻盘的转速控制以及对泥浆泵的调速控制；其中顶驱机械控制面板上设置有急停按钮、吊环中位按钮、复位/静音按钮、吊环回转选择开关、内防喷器开关、液压泵开关、锁紧销开关、背钳选择开关、吊环倾斜选择开关、刹车选择开关、辅助操作开关、风机选择开关、电机选择开关、操作选择开关、旋转方向选择开关；缓冲液缸的控制面板上设置有左右液缸选择手柄、液缸压力选择手柄以及液缸伸出/缩回控制手柄；其中司钻操作台的内部控制板的第二可编程控制器PLC(2)的CPU模块通过A/D模块分别与急停按钮、吊环中位按钮、复位/静音按钮连接，通过PLC的开关量输入端口分别与吊环回转选择开关、内防喷器开关、液压泵开关、锁紧销开关、背钳选择开关、吊环倾斜选择开关、刹车选择开关、辅助操作开关、风机选 择开关、电机选择开关、操作选择开关、旋转方向选择开关进行连接以实现对顶驱进行控制；其中缓冲液缸的控制面板上设置有左右液缸选择手柄、液缸压力选择手柄以及液缸伸出/缩回控制手柄；其中司钻操作台的内部控制板的第二可编程控制器PLC(2)的CPU模块通过A/D模块分别与左右液缸选择手柄、液缸压力选择手柄以及液缸伸出/缩回控制手柄连接以对缓冲液缸进行控制；参数计算机作为分布式的上位机完成整个系统的数据采集与控制，主控计算机和图形计算机完成系统主程序的执行和环幕图形的处理和显示，各台计算机通过TCP/IP协议互联；司钻操作台和钻机模型之间的前端数据采集及控制由SIEMENS S7‑200 PLC完成，并连接构成西门子PPI网络；PLC与参数计算机数据通信采用RS232协议；其中该参数计算机具有完成从PLC获取前端硬件信息后，将信息发送给主控计算机的通信模块，其中通信模块还将主控计算机发送过来的信息通过PLC传输给前端硬件加以显示；钻机模拟器包括井架模拟器和底座模拟器，井架模拟器包括井架和井架核心控制机，其中井架为前开口型井架，由主体、人字架及附件组成，附件主要有二层台、死绳稳定器、笼梯，井架主体由左上段、右上段、左中上段、右中上段、左下段和右下段及背横梁、斜拉杆、连接架组成一个前开口型钢架结构，主体的调整固定是由两个卡销完成，人字架是由左、右前腿，左、右后腿及横梁组成的门形结构，用来起放和支靠井架，起升装置由起升大绳、...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程进，钱鹏超，滕茜，焦永丰，彭宝峰，祝新清，罗佳，吴绍平，谭晶，张静，
申请(专利权)人：中国石油技术开发公司，
类型：新型
国别省市：北京;11