本發(fā)明屬于自動化控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種互為冗余的石油鉆機雙司鉆集成操控終端。

背景技術(shù)：

石油鉆機司鉆操控臺是現(xiàn)代石油鉆探系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分，傳統(tǒng)的司鉆控制臺由多個儀表盤、物理開關(guān)、按鈕、手輪、氣控閥手柄等組成，隨著司鉆操控對象的增加，需要不斷的增大操控臺的尺寸，并增加相應的控制開關(guān)和表盤，使得司鉆臺布置凌亂，后期擴展升級困難，并且各個子系統(tǒng)相互獨立，缺乏統(tǒng)一的協(xié)調(diào)和管理。因此如何優(yōu)化鉆井作業(yè)任務(wù)，提高鉆井作業(yè)的靈活性和人性化顯得尤為重要。為此，有必要開發(fā)一套集成化的司鉆操控終端，適用自動化、智能化的鉆井作業(yè)，實現(xiàn)各設(shè)備間的協(xié)同作業(yè)，提高作業(yè)安全性和作業(yè)效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種互為冗余的石油鉆機雙司鉆集成操控終端，解決了現(xiàn)有技術(shù)鉆機操作分散、可靠性差、缺乏統(tǒng)一監(jiān)管、司鉆無法按操作習慣分配任務(wù)、系統(tǒng)不具備冗余容錯能力的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種互為冗余的石油鉆機雙司鉆集成操控終端，包括主司鉆操控終端、副司鉆操控終端、公共操作臺三部分；

主司鉆操控終端和副司鉆操控終端兩者的機械接口及控制部分完全相同，互為冗余，互為備用，通過模式切換多位開關(guān)及后臺的控制部分實現(xiàn)切換；

主司鉆操控終端用于絞車、頂驅(qū)、泥漿泵、貓頭、吊卡的操控；副司鉆操控終端用于貓道、鐵鉆工、排管機的操控；公共操作臺為兩個司鉆共用的操作臺，包括語音通話設(shè)備及司鉆房雨刮器控制旋鈕。

本發(fā)明的互為冗余的石油鉆機雙司鉆集成操控終端，其特征還在于：

所述的主司鉆操控終端的外部操控設(shè)備沿座椅兩側(cè)布置，包含左側(cè)觸控式一體機、左側(cè)多點觸控式鍵盤、左側(cè)多功能手柄、模式切換多位開關(guān)、聲光報警器、一級急停按鈕和二級急停按鈕，以及右側(cè)觸控式顯示屏、右側(cè)多點觸控式鍵盤、右側(cè)多功能手柄；

主司鉆操控終端的座椅還配套有機械部分，包括在座椅下部設(shè)置有控制盒和旋轉(zhuǎn)和限位機構(gòu)；在座椅兩邊設(shè)置有扶手盒支撐管架，每邊的扶手盒支撐管架上安裝有屏幕支撐架及扶手盒；屏幕支撐架上安裝有左側(cè)觸控式一體機和屏幕遮陽架；扶手盒上安裝有左側(cè)多點觸控式鍵盤、左側(cè)多功能手柄、右側(cè)多點觸控式鍵盤、右側(cè)多功能手柄及語音通話機構(gòu)。

所述的控制部分結(jié)構(gòu)是，左側(cè)觸控式一體機、左側(cè)多點觸控式鍵盤、左側(cè)多功能手柄、模式切換多位開關(guān)、聲光報警器、一級急停按鈕、二級急停按鈕及左扶手電源模塊一起稱為左扶手單元；左扶手電源模塊分別與左側(cè)觸控式一體機、左側(cè)多點觸控式鍵盤、左側(cè)多功能手柄、模式切換多位開關(guān)、聲光報警器、一級急停按鈕及二級急停按鈕連接；

右側(cè)觸控式顯示屏、右側(cè)多點觸控式鍵盤、右側(cè)多功能手柄、右扶手電源模塊一起稱為右扶手單元；右扶手電源模塊分別與右側(cè)觸控式顯示屏、右側(cè)多點觸控式鍵盤及右側(cè)多功能手柄連接；

還包括急?？刂颇K、中央控制器、通訊模塊、控制盒電源模塊，該四個部件一起稱為控制盒單元；控制盒電源模塊分別與急停控制模塊、中央控制器和通訊模塊連接；

急?？刂颇K分別與一級急停按鈕、二級急停按鈕及中央控制器相連；

中央控制器分別與左側(cè)多功能手柄、右側(cè)多功能手柄、模式切換多位開關(guān)、聲光報警器、急?？刂颇K及通訊模塊連接；

通訊模塊分別與中央控制器、左側(cè)觸控式一體機、左側(cè)多點觸控式鍵盤、右側(cè)多點觸控式鍵盤及中央通訊單元連接；中央通訊單元與通訊模塊相連。

所述的左側(cè)觸控式一體機、右側(cè)觸控式顯示屏分別安裝于左右扶手箱兩側(cè)，兩者之間通過dvi-d和usb信號線互聯(lián)。

所述的左側(cè)多點觸控式鍵盤與左側(cè)觸控式一體機對應配置、右側(cè)多點觸控式鍵盤與右側(cè)觸控式顯示屏對應配置；所述的工業(yè)監(jiān)視控制器與左側(cè)觸控式一體機相連。

所述的主司鉆操控終端和副司鉆操控終端中的通訊模塊均與中央通訊單元相連，服務(wù)器一、服務(wù)器二均與中央通訊單元相連，并且同時與下位機各個二級子站相連；

服務(wù)器一和服務(wù)器二互為冗余，互為備份。

本發(fā)明的有益效果是，將傳統(tǒng)基于物理開關(guān)和機械式儀表的鉆機操控模式變革為全數(shù)字化操作和顯示，解決了傳統(tǒng)鉆機操作分散、可靠性差、司鉆無法按操作習慣分配任務(wù)的問題；提出了“一鍵多能、功能復用”的全新操作理念，實現(xiàn)了多個設(shè)備的集成化協(xié)調(diào)和管控，提高了作業(yè)的安全性；兩套配置完全一致的雙司鉆集成操控終端互為冗余，互為備用，大大提高了系統(tǒng)作業(yè)的適用性和冗錯能力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明裝置執(zhí)行部分的布局圖(座椅俯視)；

圖2是本發(fā)明裝置機械部分的布置圖(座椅后視)；

圖3是本發(fā)明裝置控制部分的模塊連接框圖；

圖4是本發(fā)明裝置控制部分的對外接口框圖。

圖中，1.左側(cè)觸控式一體機，2.右側(cè)觸控式顯示屏，3.左側(cè)多點觸控式鍵盤，4.右側(cè)多點觸控式鍵盤，5.左側(cè)多功能手柄，6.右側(cè)多功能手柄，7.模式切換多位開關(guān)，8.聲光報警器，9.一級急停按鈕，10.二級急停按鈕，11.急停控制模塊，12.中央控制器，13.通訊模塊，14.左扶手電源模塊，15.右扶手電源模塊，16.控制盒電源模塊，17.中央通訊單元，18.工業(yè)監(jiān)視控制器，19.主司鉆通訊模塊，20.副司鉆通訊模塊，21.服務(wù)器一，22.服務(wù)器二，23.二級子站，24.公共操作臺，25.控制盒，26.扶手盒支撐管架，27.屏幕支撐架，28.扶手盒，29.屏幕遮陽架，30.座椅，31.旋轉(zhuǎn)和限位機構(gòu)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。

本發(fā)明裝置包含外設(shè)的執(zhí)行部分和后臺的控制部分，

參照圖1、圖2，執(zhí)行部分包括主司鉆操控終端(圖中左側(cè)集成一體化座椅)、副司鉆操控終端(圖中右側(cè)集成一體化座椅)、公共操作臺24三部分；

主司鉆操控終端主要用于絞車、頂驅(qū)、泥漿泵、貓頭、吊卡等鉆井設(shè)備的操控；副司鉆操控終端主要用于貓道、鐵鉆工、排管機等管柱處理設(shè)備的操控；公共操作臺24為兩個司鉆共用的操作臺，包括語音通話設(shè)備及司鉆房雨刮器控制旋鈕等。

本發(fā)明通過主副雙司鉆的協(xié)調(diào)配合實現(xiàn)整套鉆井設(shè)備的集成管控，革新了傳統(tǒng)鉆機“單司鉆外加多人室外人工操作配合”作業(yè)的模式，降低了室外多人作業(yè)的勞動強度，解放了勞動力。

主司鉆操控終端和副司鉆操控終端兩者的機械接口及控制部分完全相同，通過模式切換多位開關(guān)7及后臺的控制部分實現(xiàn)角色的切換，即主司鉆操控終端(圖中左側(cè)集成一體化座椅)上的模式切換多位開關(guān)7切換到“副司鉆”模式時，該主司鉆操控終端即轉(zhuǎn)變?yōu)楦彼俱@操控終端，能夠完成對應副司鉆設(shè)備的操控；同理副司鉆操控終端也可以切換到“主司鉆”模式，實現(xiàn)對應主司鉆設(shè)備的操控。從而使得雙司鉆操控終端具備了互為冗余、互為備用的功能；當然，兩個操控終端不能同時切換為同一種模式，后臺程序具備模式互鎖邏輯保護功能，根據(jù)先觸發(fā)先占用此模式的原則實現(xiàn)設(shè)備的管理策略。

通過成功開發(fā)的該模式切換功能，使得兩套配置完全一致的雙司鉆集成操控終端互為冗余，互為備用，顯著提升了系統(tǒng)的冗余容錯能力，減少作業(yè)過程中非計劃停機時間，提高了作業(yè)效率。在使用中，除了建立根和起下鉆作業(yè)過程中需要主副雙司鉆協(xié)同配合外，其他大部分作業(yè)過程均為主司鉆操控鉆井設(shè)備；此時，當主司鉆操控終端出現(xiàn)故障，通過模式切換，可使得副司鉆操控終端具備和主司鉆操控終端完全一致的操控功能，接管已出現(xiàn)故障的主司鉆操控終端，實現(xiàn)正常鉆井作業(yè)。而傳統(tǒng)的單司鉆不具備此功能，出現(xiàn)故障只能停機進行故障排查和維修。

以下選用主司鉆操控終端為例對集成操控終端布局進行說明。

參照圖1，主司鉆操控終端的外部操控設(shè)備沿(司鉆)座椅30兩側(cè)布置，包含左側(cè)觸控式一體機1、左側(cè)多點觸控式鍵盤3、左側(cè)多功能手柄5、模式切換多位開關(guān)7、聲光報警器8、一級急停按鈕9和二級急停按鈕10，以及右側(cè)觸控式顯示屏2、右側(cè)多點觸控式鍵盤4、右側(cè)多功能手柄6；

參照圖2，主司鉆操控終端的座椅30還配套有機械部分，包括在座椅30下部設(shè)置有控制盒25和旋轉(zhuǎn)和限位機構(gòu)31；在座椅30兩邊設(shè)置有扶手盒支撐管架26，每邊的扶手盒支撐管架26上安裝有屏幕支撐架27及扶手盒28；屏幕支撐架27上安裝有左側(cè)觸控式一體機1和屏幕遮陽架29；扶手盒28上安裝有左側(cè)多點觸控式鍵盤3、左側(cè)多功能手柄5、右側(cè)多點觸控式鍵盤4、右側(cè)多功能手柄6及語音通話機構(gòu)；

公共操作臺24分為上下兩個箱體，上箱體面板上布置有共用的開關(guān)、按鈕、指示燈、儀表以及語音通話機構(gòu)的話筒；下箱體作為文件箱，用于存儲說明書、操作維護手冊、圖紙等文件資料。

通過司鉆操控終端模塊化和數(shù)字化設(shè)計，將傳統(tǒng)鉆機司鉆基于物理開關(guān)和機械式儀表的操作及顯示模式變革為全數(shù)字化操作和顯示，徹底解決了傳統(tǒng)鉆機操作分散、可靠性差、司鉆無法按操作習慣分配任務(wù)的問題，提高了系統(tǒng)的靈活性，更易于后期的擴展和升級，操作界面也更加人性化。

參照圖3，單個司鉆集成操控終端的控制部分(功能單元)結(jié)構(gòu)是，包括三個電控單元，即左扶手單元、控制盒單元和右扶手單元，

上述的左側(cè)觸控式一體機1、左側(cè)多點觸控式鍵盤3、左側(cè)多功能手柄5、模式切換多位開關(guān)7、聲光報警器8、一級急停按鈕9、二級急停按鈕10及左扶手電源模塊14一起稱為左扶手單元；左扶手電源模塊14分別與左側(cè)觸控式一體機1、左側(cè)多點觸控式鍵盤3、左側(cè)多功能手柄5、模式切換多位開關(guān)7、聲光報警器8、一級急停按鈕9及二級急停按鈕10連接，提供供電；

還包括急停控制模塊11、中央控制器12、通訊模塊13、控制盒電源模塊16，該四個部件一起稱為控制盒單元；控制盒電源模塊16分別與急停控制模塊11、中央控制器12和通訊模塊13連接，提供供電；

右側(cè)觸控式顯示屏2、右側(cè)多點觸控式鍵盤4、右側(cè)多功能手柄6、右扶手電源模塊15一起稱為右扶手單元；右扶手電源模塊15分別與右側(cè)觸控式顯示屏2、右側(cè)多點觸控式鍵盤4及右側(cè)多功能手柄6連接，提供供電；

急停控制模塊11分別與一級急停按鈕9、二級急停按鈕10及中央控制器12相連，實現(xiàn)兩個不同安全管控級別的急?？刂疲灰患壖蓖０粹o9為動力急停級別，緊急情況下拍下此按鈕，控制部分所有動力切斷，為最高級安全保護；二級急停按鈕10為設(shè)備急停級別，緊急情況下拍下此按鈕，對應被控設(shè)備停止動作并處于保壓(針對液控加持系統(tǒng))、關(guān)斷(針對液氣供給系統(tǒng))和(或)懸停剎車狀態(tài)(針對變頻傳動系統(tǒng))；

中央控制器12分別與左側(cè)多功能手柄5、右側(cè)多功能手柄6、模式切換多位開關(guān)7、聲光報警器8、急?？刂颇K11及通訊模塊13連接，采集和接收各個單元發(fā)送來的指令及狀態(tài)信號；

通訊模塊13分別與中央控制器12、左側(cè)觸控式一體機1、左側(cè)多點觸控式鍵盤3、右側(cè)多點觸控式鍵盤4及中央通訊單元17連接，用于建立各個單元之間的通訊聯(lián)系，實現(xiàn)控制指令的相互傳遞和信號的共享，搭建集成操控終端內(nèi)部設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)平臺；中央通訊單元17與通訊模塊13相連，實現(xiàn)司鉆操控終端與下位鉆井系統(tǒng)的通訊；

左側(cè)觸控式一體機1、右側(cè)觸控式顯示屏2分別安裝于左右扶手箱兩側(cè)，用于所有管控設(shè)備的畫面顯示、設(shè)定以及控制，兩者之間通過dvi-d和usb信號線互聯(lián)，實現(xiàn)信號的傳輸；

左側(cè)多點觸控式鍵盤3與左側(cè)觸控式一體機1對應配置、右側(cè)多點觸控式鍵盤4與右側(cè)觸控式顯示屏2對應配置，各自實現(xiàn)對應設(shè)備的操控；

工業(yè)監(jiān)視控制器18與左側(cè)觸控式一體機1相連，把多個設(shè)備監(jiān)視的視頻信號送至左側(cè)觸控式一體機1運行軟件的畫面中顯示。

通過司鉆集成操控終端控制部分的模塊連接框圖可以看出，系統(tǒng)通過中央控制器12、通訊模塊13、急?？刂颇K11及控制盒電源模塊16建立起了司鉆操控終端上的其他所有控制及顯示元器件的電氣連接關(guān)系，依靠中央控制器12及通訊模塊13即可實現(xiàn)所有指令下發(fā)，也可實現(xiàn)所有信號的接收，從而實現(xiàn)了鉆井設(shè)備管控的集成化、信息化和智能化。

其中集成化體現(xiàn)在通過中央控制器12和通訊模塊13實現(xiàn)對所有操控設(shè)備的集成管理，通過“一鍵多能、功能復用”的全新操作理念，根據(jù)不同工況和操作界面，給對應的左側(cè)多點觸控式鍵盤3、右側(cè)多點觸控式鍵盤4、左側(cè)多功能手柄5及右側(cè)多功能手柄6分配不同功能和任務(wù)。

信息化體現(xiàn)在通過開發(fā)數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)把所有參數(shù)以指示燈、柱狀圖、電子表盤、顯示文本框等的方式在左側(cè)觸控式一體機1、右側(cè)觸控式顯示屏2上進行展示。

智能化體現(xiàn)在通過開發(fā)安全保護系統(tǒng)(例如斷電保護、多設(shè)備聯(lián)動防碰保護、互鎖保護等)，提高系統(tǒng)的作業(yè)安全性，規(guī)避了常見的誤操作及人員疏忽引起的安全隱患，確保設(shè)備安全、人員安全和工程安全。

參照圖4，主司鉆通訊模塊19(即前述主司鉆操控終端中的通訊模塊13)、副司鉆通訊模塊20(即前述副司鉆操控終端中的通訊模塊13)與中央通訊單元17相連，服務(wù)器一21、服務(wù)器二22均與中央通訊單元17相連，并且同時與下位機各個二級子站23相連，從而建立起了上位機和下位機之間的連接，通過報文實現(xiàn)了雙司鉆操控終端與服務(wù)器、以及與各個二級子站之間的通訊，從而實現(xiàn)在司鉆房內(nèi)遠程管控各個現(xiàn)場設(shè)備，即實現(xiàn)了主司鉆操控終端、副司鉆操控終端與下位機各個二級子站23之間的指令下發(fā)和信息上傳。

服務(wù)器一21和服務(wù)器二22互為冗余，互為備份，提高了上位機與下位機之間通訊的冗余容錯能力，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運行。