专利名称：一种石油钻机的可视化操纵液压控制系统的制作方法
技术领域：
本发明属于石油钻机的技术领域，具体涉及ー种石油钻机的可视化操纵液压控制系统。
背景技术：
液压系统是石油钻机的ー个关键动カ机构，为钻机的液压大钳、防喷移动装置、钻机移动装置、液压倒绳机、液压套管扶正台和液压盘刹系统提供动力。传统的石油钻机液压控制方法是通过手动开关操作，即手动操作液压多路换向阀、溢流阀等。在实际操作过程中，由于手动操作开关众多，步骤繁琐，存在误操作，并且开关时间长短以及操作精确度对操作员经验要求较高，因而亟待开发ー套操作人性化、交互方便，并且能够精确操作的可视化操纵液压控制系统。
发明内容
本发明的目的在于提供ー种石油钻机的可视化操纵液压控制系统，可以以可视化的方式对石油钻机液压系统实行人性化的精确控制动作。本发明的石油钻机的可视化操纵液压控制系统包括可视化人机交互设备、可编程数字信号处理设备和液压执行设备。可视化人机交互设备通过串行通讯总线和可编程数字信号处理设备相连，可编程数字信号处理设备通过通电触发导线和液压执行设备相连。其中可视化人机交互设备，其提供交互界面以选择操作对象、设置參数并选择操作动作，并对所选择和设置的信息进行编码及纠错处理；可编程数字信号处理设备，用于从可视化人机交互设备接收经编码和纠错处理后的信息，并进行验错、解码和数模转换处理，生成模拟电触发信号；液压执行设备，用于根据所述模拟电触发信号对所述石油钻机的液压进行控制。所述可视化人机交互设备进一歩包括触摸屏，用于在其上选择操作对象、设置參数并选择动作，将选择和设置的信息发送到上位机设备；上位机设备，用于对从触摸屏接收的信息进行编码和纠错处理；电源，一端通过导线和触摸屏连接，另一端通过稳压器与上位机设备连接；串行通讯总线，用于将上位机设备处理后信息发送至可编程数字信号处理设备。上位机设备进一歩包括交互界面単元，用于在触摸屏上显示交互界面，该交互界面包括用于选择执行目标的菜单栏，用于设置參数的參数框，以及用于选择动作的动作框；液压參数设置单元，用于根据在触摸屏中选择和设置的信息生成执行目标、目标类型、目标动作类型和目标动作时间；液压指令编码单元，用于对所述执行目标、目标类型、目标动作类型和目标动作时间进行编码形成液压动作指令码；通讯协议处理单元，用于对所述液压动作指令码进行纠错编码并发送给可编程数字信号处理设备的通讯器。所述可编程数字信号处理设备包括下位机设备，用于接收上位机设备发送的液压动作指令码，用于对液压动作指令码进行验错纠错、解码，并生成可执行的机器码，用于将可执行的机器码转换成模拟触发信号；电源，用于为下位机设备供电；通电触发导线，用于传送下位机设备生成的模拟触发信号。所述液压执行设备包括多个电磁先导阀、电磁逻辑阀以及控制开关。所述执行目标为液压控制节点，是多个电磁先导阀、电磁逻辑阀以及控制开关其中的一个。所述目标类型为电磁先导阀、电磁逻辑阀以及控制开关其中的一种。所述目标动作类型包括全开、四分之三开、半开、四分之一开以及全关；目标类型为电磁逻辑阀或控制开关的液压执行节点支持全开、全关两种目标动作类型；目标类型为电磁先导阀的液压执行节点支持全部目标动作类型。所述目标动作时间为该液压执行节点处于某目标动作类型的持续时间。所述模拟电触发信号通过触发导线对液压执行设备的控制开关、电磁先导阀、电磁逻辑阀进行触发。控制开关通过通电导线对马达进行开关控制，电磁先导阀通过液压管道对电液换向阀进行换向控制，电磁逻辑阀通过液压管道对溢流阀进行开关控制。本发明通过可编程数字信号处理器和开关对石油钻机液压系统进行控制，并利用触摸屏可视化操作方式，避免手动控制的误操作，操作方便，动作灵敏，控制精确。另外，本发明的液压控制参数都可以通过触摸屏界面输入上位机设备，通过上位机设备中的指令编码程序进行编码并发送给可编程数字信号处理系统，控制执行机构，实现液压系统的精确控制。
图1是本发明石油钻机的可视化操纵液压控制系统的结构示意图；图2是本发明的可视化人机交互设备结构示意图；图3是本发明的可视化人机交互设备显示界面示意图；图4是本发明的可编程数字信号处理设备结构示意图；图5是本发明的石油钻机的可视化操纵液压控制系统的原理框图；图6是本发明的液压动作指令码示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。图1为本发明石油钻机的可视化操纵液压控制系统的总体结构示意图。如图1所示，该系统包括可视化人机交互设备1、可编程数字信号处理设备2和液压执行设备3。可视化人机交互设备I通过串行通讯总线14和可编程数字信号处理设备2相连，可编程数字信号处理设备2通过通电触发导线26和液压执行设备3相连。其中可视化人机交互设备I其提供交互界面以选择操作对象、设置参数并选择操作动作，并对所选择和设置的信息进行编码及纠错处理。可编程数字信号处理设备2，用于从可视化人机交互设备接收经编码和纠错处理后的信息，并进行验错、解码和数模转换处理，生成模拟电触发信号。液压执行设备3，用于根据所述模拟电触发信号对所述石油钻机的液压进行控制。如图2为可视化人机交互设备I的结构框图。參照图2，可视化人机交互设备I主要包括触摸屏11、上位机设备12、电源13和串行通讯总线14。上位机设备12是一台エ控机，用于在触摸屏11上显示可视化人机交互界面，根据在触摸屏中选择和设置的信息生成执行目标、目标类型、目标动作类型和目标动作时间，进ー步编码形成液压动作指令码，井对所述液压动作指令码进行纠错编码并发送给可编程数字信号处理设备。触摸屏4用于显示由上位机设备执行的交互界面。电源6可采用24V直流电或者220V交流点，电源6 —端通过导线和触摸屏连接，另一端通过稳压器与上位机设备5连接。如图3所示，触摸屏11显示的可视化人机交互界面4主要包括菜单栏41、动作框42、參数框43。菜单栏41用于选择不同操作对象及功能设 置，动作框42用于对操作对象执行动作，包括打开、关闭、转动等，參数框43用于对操作对象设置动作參数，包括方向、流量、压カ等。如图4所示，可编程数字信号处理设备2主要包括下位机设备21、电源22和通电触发导线26。下位机设备21是一片集成有数字信号处理芯片及附属芯片的嵌入式系统，用于接收上位机设备发送的液压动作指令码，用于对液压动作指令码进行验错纠错、解码，井生成可执行的机器码，用于将可执行的机器码转换成模拟触发信号。电源22采用12V稳压直流电，为下位机设备21供电。通电触发导线26用于传送下位机设备生成的模拟触发信号。下位机设备21进ー步包括数字信号处理器23、下位机通讯器24和数模转换器25。下位机通讯器24、数模转换器25通过数字总线与数字信号处理器23连接。数字信号处理器23进ー步包括液压指令解码器27和液压指令执行单元28。图5为本发明所述石油钻机的可视化操纵液压控制系统的原理框图。如图5所示，上位机设备12进ー步包括交互界面単元15、液压參数设置单元16、液压指令编码器17、上位机通讯器18。下位机设备21进ー步包括下位机通讯器24、液压指令解码器27、液压指令执行单元28和数模转换器25。交互界面単元15，用于在触摸屏上显示交互界面，该交互界面包括用于选择操作对象的菜单栏，用于设置參数的參数框，以及用于选择动作的动作框；液压參数设置单元16，用于根据在触摸屏中选择和设置的信息生成执行目标、目标类型、目标动作类型和目标动作时间；液压指令编码器17，用于对所述执行目标、目标类型、目标动作类型和目标动作时间进行编码形成液压动作指令码；上位机通讯器18，用于对所述液压动作指令码进行纠错编码并经由串行通讯总线14发送给下位机设备21。下位机通讯器24，用于根据通讯协议对从串行通讯总线14接收的信息进行验错纠错处理获得液压动作指令码；液压指令解码器27用于对所述液压动作指令码进行解码获得执行目标、目标类型、目标动作类型和目标动作时间；液压指令执行单元28用于将所述执行目标、目标类型、目标动作类型和目标动作时间翻译成可执行的机器码；数模转换器25用于将所述可执行的机器码进行数模转换，用于将转换成的模拟电触发信号通过触发导线26发送给液压执行设备3 ；图6为所述液压动作指令码5示意图。如图6所示,液压指令编码器17产生的液压动作指令码5由24位ニ进制数组成，主要包括动作编码51、目标编码52、目标类型编码53、目标动作类型编码54、目标动作时间编码55。动作编码51包括4位，支持包含15个液压动作指令码的动作流程，如0001表示该液压动作指令码为动作流程的第I个动作，0100表示该液压动作指令码为动作流程的第4个动作；目标编码52包括6位,支持对石油钻机液压系统中63个执行目标，如000001表示液压执行设备中编号为01的执行目标，000100表示液压执行设备中编号为04的执行目标；目标类型编码53包括3位，支持7种类型液压部件，其中001表示该执行目标的目标类型为电磁先导阀，010表示该液压执行节点的目标类型为控制开关，011表示该执行目标的目标类型为电磁逻辑阀，其余状态缺省；目标动作类型编码54包括3位，支持7种动作类型，其中001表不全关,010表不四分之一开，011表不半开，100表不四分之三开，101表不全开，其余状态缺省；目标动作时间编码55包括8位，支持I至127秒精度为I秒、0.1至12. 7秒精度为0.1秒的时间控制，首位为0表示控制精度为I秒，首位为I表示控制精度为0.1秒，如00001000表示动作时间为8秒，10001100表示动作时间为1. 2秒。本实施例采取单动作操作方式说明当石油钻机作业时，如某一动作流程的第10个动作，需对液压油路目标编码为“04”的控制开关进行时间为6秒的全开操作，通过可视化人机交互界面4在菜单栏41中选择操作对象“04”，在參数框43中设置时间为“6秒”，然后在动作框42中选择动作为“全开”。该输入通过上位机设备5中的液压參数设置单元16生成执行目标、目标类型、目标动作类型和目标动作时间。上述信息通过液压指令编码器17进行编码形成液压动作指令码5 :1010 000100 010 10100000110，由上位机通讯器18纠错编码并经串行通讯总线14发送给下位机通讯器24。下位机通讯器24按照通讯协议对指令码进行验错纠错，再次获得液压动作指令码5 :1010 000100 010 101 00000110，液压指令解码器27对上述液压动作指令码进行解码获得执行目标、目标类型、目标动作类型和目标动作时间，并通过调用液压指令执行单元28将信息翻译成可执行的机器码并经总线发送给数模转换器25。数模转换器25选通连接“04”控制开关31的触发导线26，并生成持续时间6秒的高电位信号对目标编码为“04”的控制开关31进行触发。控制开关31触发后全开，通过通电导线开动马达34，提高液压油路的流量。本发明中液压指令编解码程序以及可编程数字信号处理系统2的总线位数支持对石油钻机液压系统中63个执行目标进行操作，可视化界面即可对某一执行目标单独操作也可对整套动作流程进行编程，操作方便，控制精确。本发明适用于多个执行目标组成的石油钻机液压系统中。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进ー步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种石油钻机的可视化操纵液压控制系统，包括可视化人机交互设备、可编程数字信号处理设备和液压执行设备，可视化人机交互设备通过串行通讯总线和可编程数字信号处理设备相连，可编程数字信号处理设备通过通电触发导线和液压执行设备相连，其中 可视化人机交互设备，其提供交互界面以供用户选择操作对象、设置参数并选择操作动作，并对所选择和设置的信息进行编码及纠错处理； 可编程数字信号处理设备，用于从可视化人机交互设备接收经编码和纠错处理后的信息，并进行验错、解码和数模转换处理，生成模拟电触发信号； 液压执行设备，用于根据所述模拟电触发信号对所述石油钻机的液压进行控制。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述可视化人机交互设备进一步包括 触摸屏，用于在其上选择操作对象、设置参数并选择动作，将选择和设置的信息发送到上位机设备，并且； 上位机设备，用于对从触摸屏接收的信息进行编码和纠错处理； 电源，一端通过导线和触摸屏连接，另一端通过稳压器与上位机设备连接； 串行通讯总线，用于将上位机设备处理后信息发送至可编程数字信号处理设备。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，上位机设备进一步用于在触摸屏上显示交互界面，根据在触摸屏中选择和设置的信息生成执行目标、目标类型、目标动作类型和目标动作时间，对生成的这些信息进行编码形成液压动作指令码，并对所述液压动作指令码进行纠错编码并发送给可编程数字信号处理设备。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，上位机设备进一步包括 交互界面单元，用于在触摸屏上显示交互界面，该交互界面包括用于选择执行目标的菜单栏，用于设置参数的参数框，以及用于选择动作的动作框； 液压参数设置单元，用于根据在触摸屏中选择和设置的信息生成执行目标、目标类型、目标动作类型和目标动作时间； 液压指令编码器，用于对所述执行目标、目标类型、目标动作类型和目标动作时间进行编码形成液压动作指令码; 上位机通讯器，用于对所述液压动作指令码进行纠错编码并发送给可编程数字信号处理设备。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于所述可编程数字信号处理设备包括 下位机设备，用于接收上位机设备发送的液压动作指令码，用于对液压动作指令码进行验错纠错、解码，并生成可执行的机器码，用于将可执行的机器码转换成模拟触发信号； 电源，用于为下位机设备供电； 通电触发导线，用于传送下位机设备生成的模拟触发信号。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于所述液压执行设备包括多个电磁先导阀、电磁逻辑阀以及控制开关。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述模拟电触发信号通过触发导线对液压执行设备进行触发。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，控制开关通过通电导线对马达进行开关控制，电磁先导阀通过液压管道对电液换向阀进行换向控制，电磁逻辑阀通过液压管道对溢流阀进行开 关控制。
全文摘要
一种石油钻机的可视化操纵液压控制系统，包括可视化人机交互设备，其提供交互界面以选择操作对象、设置参数并选择操作动作，并对所选择和设置的信息进行编码及纠错处理；可编程数字信号处理设备，用于从可视化人机交互设备接收经编码和纠错处理后的信息，并进行验错、解码和数模转换处理，生成模拟电触发信号；液压执行设备，用于根据所述模拟电触发信号对所述石油钻机的液压进行控制。本发明通过交互界面输入对石油钻机的液压系统进行精确控制，并利用触摸屏进行可视化操作方式，避免手动控制的误操作，操作方便，动作灵敏，控制精确。
文档编号F15B21/02GK103015966SQ20121056048
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者王敏, 乔红, 戴相富, 苏建华, 郑碎武, 王鹏, 任冬淳 申请人:中国科学院自动化研究所