[0078] 图13为本发明的下钻遇阻工艺流程图
[0079] 图14为本发明的正常起钻工艺流程图
[0080] 图15为本发明的起钻遇卡工艺流程图
[0081] 图16为本发明的正常钻进接立柱流程图
[0082] 图17为本发明的憋跳下的钻进流程图
[0083] 图18为本发明的高压地层钻进流程图
[0084] 图19为本发明的低压地层钻进流程图
[0085] 图20为本发明的粘附卡钻模拟流程图
[0086] 图21为本发明的沉砂卡钻模拟流程图
[0087] 图22为本发明的泥包卡钻模拟流程图
[0088]图23为本发明的公锥打捞模拟流程图
[0089] 图24为本发明的落物磨铣模拟流程图
[0090] 实施方式
[0091] 下面结合附图具体介绍本发明的原理和工作过程：
[0092]如图1所示，一种钻机安装模拟系统的PLC控制系统，它包括钻机模型、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SIEMENSS7-200PLC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；
[0093] 其中前端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8、开机按钮7、气喇叭开关6、防碰释放按钮5、悬重缓冲阀19、钻压缓冲 阀17、吊钳扭矩阻尼器14、立管压力阻尼器15、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 2、冷却水压表、绞车油压表3、转盘油压表4、转盘扭矩表13、泵压表、吊钳扭矩表16、左钳压 力表9、右钳扭矩表10、安全钳压力表12、猫头压力表1、钻井扭矩表、转速表、指重表18、转 盘电流表、锁档压力表以及过卷压力表，具体结构布置如附图3所示；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，具体结构布置如附图4所示；
[0094]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。
[0095]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。
[0096]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。
[0097]教师操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。 [0098]教师操作台主要用于教师对学员操作情况进行监控，对操作结果进行自动评判， 打分。其中主控计算机用于完成上述系统主程序的执行，其包括用于存储和设置模拟参数 的模块、用于模拟工艺程序的模块、用于控制图形、计算并绘制压井曲线的模块、用于成绩 评定及学员管理的模块、采集前端设备参数的模块、控制前端控制台上显示仪表的模块以 及执行机构。图形计算机用于环幕图形的处理和显示，两者间通过TCP/IP协议互联。
[0099] 工作时：首先使前端工作台、钻机模型、教师操作台、以及三通道环幕投影显示系 统均上电，使得陆地钻机安装操作模拟系统启动工作，在参数计算机启动后，自动运行设置 其中的"陆地钻机安装操作模拟系统参数程序"，上述参数程序负责接收前端硬件的状态， 进行处理后通过网络传输给主控程序，在参数程序中实现优选包括"钻压"、"悬重"、"排量" 等钻进实时参数的外显，并可由程序进入到操作设置运行界面以实现模拟作业的设备初始 化工作以及操作设置。在图形计算机启动完成后，运行其中的图形程序，分别进入以下培训 项目进行选择：钻机安装动画、井架起升模拟、虚拟装配操作、钻进模拟操作以及电子图册， 通过操作员在图形计算机上进行选择，可进入不同的培训项目模块进行培训。
[0100] 如图2所示，选用西门子S7-200系列可编程控制器作为控制核心，由S7-200直接 控制操作台上的各个物理量，以参数机作为上位机，由教师控制机对绞车控制台及前端各 PLC模块进行统一管理。整个系统构成一个资源共享、任务分担的分布式控制系统。各控制 台之间的通信采用西门子专用PPI通讯协议。
[0101] PLC的参数包括四个部分，开关量输入、开关量输出、模拟量输入和模拟量输出，这 些参数分别涉及整个模拟系统的不同变量，下面以钻机井架/底座模型为例，对控制方式 进行解释。
[0102] 钻机井架/底座模型按实际钻机按比例缩小，钻机井架/底座模型中的S7-200 (PU模块通过检查井架天车防碰装置、防钻机井架过度起升装置、防钻机井架过度下放装 置、防钻机底座过度起升装置、防钻机底座过度下放装置、防钻机大钩过度下放装置的状态 来实现相应的功能，以防止学员误操作时损坏钻机井架/底座模型。
[0103] 为实现井架/底座的起升和下放并受控于司钻台，系统采用步进电机来实现绞车 功能，PLC系统内设计了以高速受控的步进脉冲。在S7-200中设计了两个PT0/PWM发生 器，可以产生一个高速脉冲串或者一个脉宽调制波形。一个发生器是数字输出点Q0. 0,另一 个发生器是数字输出点Q0. 1。一个指定的特殊寄存器（SM)位置为每个发生器存储下列数 据：一个控制字节（8位），一个计数值（32位无符号数）和一个周期或脉宽值（16位无符号 数）。PT0/PWM发生器与过程映像寄存器共用Q0. 0和Q0. 1。当在Q0. 0或Q0. 1上激活PT0 或PWM功能时，PT0/PWM发生器对输出拥有控制权，同时普通输出点功能被禁止。输出波形 不受过程映象区状态、输出点强制值或者立即输出指令执行的影响。当不使用PT0/PWM发 生器功能时，对输出点的控制权交回到过程映象寄存器。过程映象寄存器决定输出波形的 起始和结束状态，以高低电平产生波形的启动和结束。脉冲串PT0操作按照给定的PT0脉冲 个数和周期输出一串方波（占空比50% )。PT0可以产生单段脉冲串或者多段脉冲串（使 用脉冲包络），可以指定脉冲数和周期。PT0功能允许脉冲串"链接"或者"排队"，当前脉冲 串输出完成时，会立即开始输出一个新的脉冲串，以保证多个输出脉冲串之间的连续性。
[0104] 井架前开口型，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 等。井架主体由四段八片（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、连接架等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等组成。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、大钩等拉动起升大绳，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。
[0105] 底座以DZ450/10. 5-S15底座（DZ710316-00)为原型，主要由底座主体、起升装置、 液压缓冲装置等组成，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