一种用于模拟陆地钻机井架及底座的起升下放操作的方法

摘要

本发明设计一种用于模拟陆地钻机井架及底座的起升/下放操作的方法其中包括用于模拟陆地钻机的模拟装置，所述模拟装置包括钻机模拟器、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，所述方法包括井架/底座的起升/下放四个子方法。通过上述方法模拟陆地钻机安装的关键步骤，能够极大地改善钻机安装培训的效果，提高培训效率。

主权项

一种用于模拟陆地钻机井架及底座的起升下放操作的方法，其中包括用于模拟陆地钻机的模拟装置，所述模拟装置包括钻机模型、司钻操作台、教师操作台、以及三通道环幕投影显示系统，其中司钻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，所述方法包括井架/底座的起升/下放四个子方法，其中，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PLC1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PLC1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 S7‑200PLC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；钻机模型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、右后腿及横梁等组成的门形结构，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，井架的起升方法包括如下步骤：按开始按钮，开始操作，操作绞车，缓慢绷紧起升大绳，提升井架0.2m，然后进行首次检查，下方井架至坐稳于支架上，再次提升井架0.2m，二次检查，下放井架坐稳于支架上，正式起升井架，起升井架于地面呈60度角，操作液压缓冲油缸，伸出0.48m，起升至井架与地面呈大约80度角，操作液压缓冲油缸收回，使井架依靠自重缓慢靠稳于人字架上，井架立直后，打U型卡，按结束按钮，完成本次作业；底座起升方法包括如下步骤：按开始按钮，开始操作，起升底座人字架，在底座人字架下端打入销轴，拆掉上座与基座之间的销轴，起升底座，至上座离基座约0.2m，进行安全检查，然后下放上座，至坐稳于基座上，然后正式起升底座，在起升底座过程中，操作液压缓冲油缸伸出0.6m，当上座与地面呈大约80度角的时候，操作液压缓冲油缸缩回，使上座依靠自重缓慢坐稳于底座人字架上，在上座与底座人字架上打入销轴，按结束按钮，完成本次作业；底座下放方法包括如下步骤：按开始按钮，开始操作，拆掉上座与底座人字架上端的销轴，利用缓冲油缸，将上座推离垂直位置，上座依靠自身重力不断下降，控制下降速度，使上座坐稳在基座上，在上座与基座间穿入销轴，拆掉底座人字架下端销轴，利用绞车缓慢下放底座人字架到初始位置，按结束按钮，完成本次作业；井架下放方法包括如下步骤：按开始按钮，开始操作，拆掉人字架与井架之间的U型卡，利用缓冲油缸，将井架推离垂直位置，井架利用自身重力不断下降，当井架下降至0.5m时，刹车停留5分钟，缓慢下放至井架坐稳于支架上，按结束按钮，完成本次作业。