[实用新型]一种陆地钻机安装操作模拟系统

摘要

本实用新型公开了一种的陆地钻机安装操作模拟系统，其基于计算机仿真技术并参照钻井作业现场的实际操作流程，对ZJ70D陆地钻机的钻进工艺过程进行逼真模拟，用于钻井现场操作员的技术技能培训，增强了教学培训的可视性和浸入感，缩短了培训周期，提高了培训效果，降低了培训成本。

主权项

一种陆地钻机安装操作模拟系统，其特征在于包括钻机模型、前端操作台、教师操作台、以及三通道环幕投影显示系统；其中前端操作台中包括参数计算机，其中该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；前端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；其中前端操作台包括机箱和内部控制板，所述的机箱的正面设有司钻台正面控制面板，机箱的一个侧面设有司钻台侧面控制面板，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；前端操作台的内部控制板包括前端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、泥浆黏度以及泥浆失水这些参数，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；其中前端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；其中前端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；前端操作台中还具有参数计算机，其中该参数计算机具有完成从PLC获取前端硬件信息后，将信息发送给主控机的通信模块，其中通信模块还将主控机发送过来的信息通过PLC传输给前端硬件加以显示；钻机模型包括钻机井架和底座模拟器，其中井架为前开口型，由主体、人字架及附件组成，附件主要包括二层台、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、高支架、低支架和游车大钩支架组成；井架采用人字架起升方式，依靠钻台面绞车的动力，通过快绳、大钩拉动起升大绳，实现井架起升，井架起升时为了能够使井架平稳的靠放在人字架上，同时下放井架时又能使井架重心前移，从而依靠井架本身自重下落，在人字架上设有缓冲装置，通过缓冲装置的伸缩来实现；底座主要由底座主体、起升装置、液压缓冲装置组成，底座采用平行四边形机构的运动原理，从而实现了高台面设备的低位安装；采用绞车动力，利用游车大钩使底座从低位整体起升到工作位置；底座主体分为上、中、下三层：上层为钻台面部分，用来安装钻台面的设备，通过销子连接组成，下层为底座基座部分，由左前基座与左后基座、右前基座与右后基座分别用销子连接成左、右两个部分；左、右两个部分之间的连接构件有连接梁、连接架和斜撑；中间层为支撑部分，位于上、下层之间，起支撑钻台面和起放底座作用；中间层分别由人字架前腿、人字架后腿、前立柱、后立柱、斜立柱组成，用销子与上、下层连接；人字架由前腿及后腿两部分组成，起升大绳的一端固定在人字架后腿上，人字架在整个底座起升的过程中起到支撑的作用；起升大绳两端装有套环，另有参与起升的1组滑轮固定在人字架后腿上；所述陆地钻机安装操作模拟系统还包括防护装置组，其中防护装置组包括实现钻机井架天车防碰功能的钻机井架天车防碰装置、实现防钻机井架过度起升功能的防钻机井架过度起升装置、实现防钻机井架过度下放功能的防钻机井架过度下放装置、实现防钻机底座过度起升功能的防钻机底座过度起升装置、实现防钻机底座过度下放功能的防钻机底座过度下放装置、实现防钻机大钩过度下放功能的防钻机大钩过度下放装置；教师工作台具有主控计算机和图形计算机，其中该主控计算机具有主控模块，该主控模块用于与通信模块进行通信，实时获得硬件设备状态；所述主控计算机还包括如下多个钻机模型的模拟装置：钻机模型钻进工艺模拟装置、钻机模型溢流模拟装置、钻机模型气体膨胀模拟装置、钻机模型循环压力计算模拟装置、钻机模型钻具提升模拟装置以及钻机模型的钻机井架/底座的起升/下放模拟装置，其中主控模块还包括有如下多个模拟系统：用于模拟陆地钻机井架/底座的起升/下放操作的装置、用于模拟陆地钻机起钻和下钻操作的装置、用于模拟陆地钻机钻进操作的装置、用于模拟陆地钻机事故应急操作的装置；三通道环幕投影显示系统包括：投影机、工程环形投影幕和图像融合机；其中所述投影机为三台正投投影机，所述三台正投投影机与工程环形投影幕组合图像融合机形成边沿融合投影系统；图像融合机中包括有几何矫正模块、边沿融合模块、颜色校正模块；其中图像融合机将图形计算机产生的图像信息分配给三台投影仪，并进行边沿融合。