的素材進行3D建模工作；模型的尺寸完全按照實際鉆 機物件的尺寸等比例制作；為了確保動畫質(zhì)量，對模型進行細化；
[0056] 第三步，模型動作，3D模型制作完成后，根據(jù)安裝步驟及流程，開始進行3D模型的 動作調(diào)整工作，從第一步畫基線圖開始，之后每一個物件的安裝包括吊車的動作調(diào)整，物件 安裝到位的動畫以及上銷子的動作調(diào)整；
[0057] 第四步，模型貼圖及材質(zhì)，模型的貼圖及材質(zhì)完全按照真實鉆機的光澤與色彩制 作，保證動畫中每個物件都與實際情況相同，然后將這些材質(zhì)賦予已經(jīng)建好的模型；
[0058] 第五步，背景設(shè)置，動畫中鉆機安裝地點選擇在荒漠進行，所以選用了低矮的巖石 及沙漠作為背景；第六步，燈光設(shè)置，為了模擬真實環(huán)境下的光照，讓整個鉆機安裝場景的 光影效果更加真實，在整個場景中制作了上百展的燈光整列，用來模擬天空的光照及太陽 的照射；
[0059] 第七步，鏡頭設(shè)置，鏡頭對準(zhǔn)的位置既為動畫展現(xiàn)到屏幕上的部分，為了保證看清 每個部件的安裝過程，鏡頭設(shè)置為對準(zhǔn)正在安裝的部件，上銷子等細小的物體時，鏡頭拉近 給予特寫；
[0060] 第八步，整合，在完成素材采集，建模，模型動作，模型貼圖及材質(zhì)，背景設(shè)置，燈光 設(shè)置，鏡頭設(shè)置之后，將整個場景整合到一起，既包括從畫基線開始，每一個部件的安裝，到 最后底座的起升完畢的全過程；
[0061] 第九步，渲染，將整合好的場景根據(jù)設(shè)置好的鏡頭開始渲染成圖片，一秒鐘的動畫 設(shè)置為25張圖片，圖片分辨率設(shè)置為2560X768 ;渲染機為60臺服務(wù)器組成的渲染農(nóng)場，通 過24小時不間斷的渲染，耗時45天渲染完畢，總計渲染高精細圖片192000張；
[0062] 第十步，配音、背景音樂及音效，配音聘請專業(yè)配音演員進行錄制，包括每一步安 裝步驟及井架起升時的解說，背景音樂配合不同的安裝步驟，選用不同調(diào)子的背景音樂；并 在部件吊裝到位，大錘敲銷子等位置配以相應(yīng)的音效；
[0063] 第^ 步，后期合成，將植染好的192000張圖片導(dǎo)入合成機，合成完整的視屏動 畫，添加解說的中英文字幕，并將配音，背景音樂及音效同時合成到視頻中；為了保證質(zhì)量， 合成后輸出的視頻格式為無壓縮的avi文件，整個文件為I. 3TB ;
[0064] 第十二步，轉(zhuǎn)壓為發(fā)布格式，為了方便播放，需要將I. 3TB大的原始視頻文件轉(zhuǎn) 壓；設(shè)置為32000Kbps碼率，WMV8格式，編碼器為FFmpeg ;轉(zhuǎn)壓之后的最終文件為29G ;播放 流暢，畫質(zhì)得到最大程度的保護。
[0065] 根據(jù)本實用新型的陸地鉆機安裝的說明書演示方法，能夠大幅度改善培訓(xùn)的效 果，提高培訓(xùn)效率，并且打破了不同國家標(biāo)準(zhǔn)和格式的局限，方便學(xué)員理解。
【附圖說明】
[0066]圖1為鉆機安裝模擬系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
[0067] 圖2為PLC硬件系統(tǒng)
[0068] 圖3為本實用新型的司鉆操作臺正面控制面板主視圖 [0069] 圖4為本實用新型的司鉆操作臺側(cè)面控制面板主視圖
[0070] 圖5為本實用新型的頂驅(qū)機械控制面板主視圖
[0071] 圖6為本實用新型的操作臺控制關(guān)系示意圖
[0072] 圖7為本實用新型的控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖
[0073] 圖8為本實用新型的井架起升工藝流程圖
[0074] 圖9為本實用新型的底座起升工藝流程圖
[0075] 圖10為本實用新型的底座下放工藝流程圖
[0076] 圖11為本實用新型的井架下放工藝流程圖
[0077] 圖12為本實用新型的正常下鉆工藝流程圖
[0078] 圖13為本實用新型的下鉆遇阻工藝流程圖
[0079] 圖14為本實用新型的正常起鉆工藝流程圖
[0080] 圖15為本實用新型的起鉆遇卡工藝流程圖
[0081] 圖16為本實用新型的正常鉆進接立柱流程圖
[0082] 圖17為本實用新型的憋跳下的鉆進流程圖
[0083] 圖18為本實用新型的高壓地層鉆進流程圖
[0084] 圖19為本實用新型的低壓地層鉆進流程圖
[0085] 圖20為本實用新型的粘附卡鉆模擬流程圖
[0086] 圖21為本實用新型的沉砂卡鉆模擬流程圖 [0087] 圖22為本實用新型的泥包卡鉆模擬流程圖
[0088] 圖23為本實用新型的公錐打撈模擬流程圖
[0089] 圖24為本實用新型的落物磨銑模擬流程圖
【具體實施方式】
[0090] 下面結(jié)合附圖具體介紹本實用新型的原理和工作過程：
[0091] 如圖1所示，一種鉆機安裝模擬系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)，它包括鉆機模型、前端操作 臺、教師操作臺、以及三通道環(huán)幕投影顯示系統(tǒng)。其中前端操作臺中包括參數(shù)計算機，其中 該參數(shù)計算機作為分布式的上位機完成整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與控制，主控計算機和圖形計 算機完成系統(tǒng)主程序的執(zhí)行和環(huán)幕圖形的處理和顯示，各臺計算機通過TCP/IP協(xié)議互聯(lián)。 前端操作臺和鉆機模型之間的前端數(shù)據(jù)采集及控制由SIEMENS S7-200PLC完成，并連接構(gòu) 成西門子PPI網(wǎng)絡(luò)。PLC與參數(shù)計算機數(shù)據(jù)通信采用RS232協(xié)議；
[0092] 其中前端司鉆操作臺包括機箱、內(nèi)部控制板和參數(shù)計算機，所述的機箱的正面設(shè) 有司鉆操作臺正面控制面板，機箱的一個側(cè)面設(shè)有司鉆操作臺側(cè)面控制面板，機箱的另一 個側(cè)面設(shè)有頂驅(qū)機械控制面板以及緩沖液缸的控制面板。其中在司鉆操作臺正面控制面板 上設(shè)置有電源按鈕8、開機按鈕7、氣喇叭開關(guān)6、防碰釋放按鈕5、懸重緩沖閥19、鉆壓緩沖 閥17、吊鉗扭矩阻尼器14、立管壓力阻尼器15、撈剎滾筒離合、輸入軸慣剎控制開關(guān)、換檔 控制開關(guān)、貓頭控制開關(guān)、風(fēng)動旋扣控制開關(guān)、滾筒高低速開關(guān)、油缸選擇開關(guān)、底座液壓開 關(guān)、駐車制動開關(guān)以及緊急制動開關(guān)；還包括顯示表組，其中所述顯示表組包括氣源壓力 表2、冷卻水壓表、絞車油壓表3、轉(zhuǎn)盤油壓表4、轉(zhuǎn)盤扭矩表13、栗壓表、吊鉗扭矩表16、左鉗 壓力表9、右鉗扭矩表10、安全鉗壓力表12、貓頭壓力表1、鉆井扭矩表、轉(zhuǎn)速表、指重表18、 轉(zhuǎn)盤電流表、鎖檔壓力表以及過卷壓力表，具體結(jié)構(gòu)布置如附圖3所示；司鉆臺側(cè)面控制面 板上設(shè)置指配開關(guān)、發(fā)電機急停按鈕、整流急停按鈕、測試急停按鈕、PLC/旁路開關(guān)、電磁 渦流剎車開關(guān)、轉(zhuǎn)盤正反轉(zhuǎn)選擇開關(guān)、絞車正反轉(zhuǎn)選擇開關(guān)、1號泥漿栗開關(guān)、2號泥漿栗開 關(guān)、3號泥漿栗開關(guān)、低壓報警器開關(guān)，具體結(jié)構(gòu)布置如附圖4所示；
[0093] 前端操作臺的內(nèi)部控制板包括前端操作臺第一可編程控制器PLCl和第二可編程 控制器PLC2,上述可編程控制器PLC與參數(shù)計算機數(shù)據(jù)通信采用RS232協(xié)議進行通信，其中 第一可編程控制器PLCl的CPU模塊通過A/D模塊分別與電源按鈕、開機按鈕、氣喇叭開關(guān)、 防碰釋放按鈕、懸重緩沖閥、鉆壓緩沖閥、吊鉗扭矩阻尼器、立管壓力阻尼器、撈剎滾筒離 合、輸入軸慣剎控制開關(guān)、換檔控制開關(guān)、貓頭控制開關(guān)、風(fēng)動旋扣控制開關(guān)、滾筒高低速開 關(guān)、油缸選擇開關(guān)、底座液壓開關(guān)、駐車制動開關(guān)以及緊急制動開關(guān)連接，通過PLC的開關(guān) 量輸入端口分別與指配開關(guān)、發(fā)電機急停按鈕、整流急停按鈕、測試急停按鈕、PLC/旁路開 關(guān)、電磁渦流剎車開關(guān)、轉(zhuǎn)盤正反轉(zhuǎn)選擇開關(guān)、絞車正反轉(zhuǎn)選擇開關(guān)、1號泥漿栗開關(guān)、2號 泥漿栗開關(guān)、3號泥漿栗開關(guān)、低壓報警器開關(guān)進行連接；通過PLC采集司鉆操作臺上的各 個開關(guān)，旋鈕狀態(tài)以模擬絞車的升降控制，轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速控制，泥漿栗的調(diào)速控制；同時采集 絞車離合器位置、絞車檔位、轉(zhuǎn)盤離合器位置、轉(zhuǎn)盤檔位、栗調(diào)節(jié)器位置、柴油機功率調(diào)節(jié)器 位置；監(jiān)測懸重、鉆壓、鉆機氣源壓力、泥漿密度、泥漿粘度以及泥漿失水等參數(shù)，通過PLC 的控制使得司鉆操作臺實現(xiàn)對井架/底座的起升控制、對鉆盤的轉(zhuǎn)速控制以及對泥漿栗的 調(diào)速控制。
[0094] 其中頂驅(qū)機械控制面板上設(shè)置有急停按鈕、吊環(huán)中位按鈕、復(fù)位/靜音按鈕、吊環(huán) 回轉(zhuǎn)選擇開關(guān)、內(nèi)防噴器開關(guān)、液壓栗開關(guān)、鎖緊銷開關(guān)、背鉗選擇開關(guān)、吊環(huán)傾斜選擇開 關(guān)、剎車選擇開關(guān)、輔助操作開關(guān)、風(fēng)機選擇開關(guān)、電機選擇開關(guān)、操作選擇開關(guān)、旋轉(zhuǎn)方向 選擇開關(guān)；緩沖液缸的控制面板上設(shè)置有左右液缸選擇手柄、液缸壓力選擇手柄以及液缸 伸出/縮回控制手柄；其中前端操作臺的內(nèi)部控制板的第二可編程控制器PLC2的CPU模塊 通過A/D模塊分別與急停按鈕、吊環(huán)中位按鈕、復(fù)位/靜音按鈕連接，通過PLC的開關(guān)量輸 入端口分別與吊環(huán)回轉(zhuǎn)選擇開關(guān)、內(nèi)防噴器開關(guān)、液壓栗開關(guān)、鎖緊銷開關(guān)、背鉗選擇開關(guān)、 吊環(huán)傾斜選擇開關(guān)、剎車選擇開關(guān)、輔助操作開關(guān)、風(fēng)機選擇開關(guān)、電機選擇開關(guān)、操作選擇 開關(guān)、旋轉(zhuǎn)方向選擇開關(guān)進行連接以實現(xiàn)對頂驅(qū)進行控制。
[0095] 其中緩沖液缸的控制面板上設(shè)置有左右液缸選擇手柄、液缸壓力選擇手柄以及液 缸伸出/縮回控制手柄；其中前端操作臺的內(nèi)部控制板的第二可編程控制器PLC2的CPU模 塊通過A/D模塊分別與左右液缸選擇手柄、液缸壓力選擇手柄以及液缸伸出/縮回控制手 柄連接以對緩沖液缸進行控制。
[0096] 教師操作臺具有主控計算機和圖形計算機，其中該主控計算機具有主控模塊，該 主控模塊用于與通信模塊進行通信，實時獲得硬件設(shè)備狀態(tài)；所述主控計算機還包括如下 多個鉆機模型的模擬裝置：鉆機模型鉆進工藝模擬裝置、鉆機模型溢流模擬裝置、鉆機模 型氣體膨脹模擬裝置、鉆機模型循環(huán)壓力計算模擬裝置、鉆機模型鉆具提升模擬裝置以及 鉆機模型的鉆機井架/底座的起升/下放模擬裝置，其中主控模塊還包括有如下多個模擬 系統(tǒng)：用于模擬陸地鉆機井架/底座的起升/下放操作的裝置、用于模擬陸地鉆機起鉆和下 鉆操作的裝置、用于模擬陸地鉆機鉆進操作的裝置、用于模擬陸地鉆機事故應(yīng)急操作的裝 置。
[0097] 教師操作臺主要用于教師對學(xué)員操作情況進行監(jiān)控，對操作結(jié)果進行自動評判， 打分。其中主控計算機用于完成上述系統(tǒng)主程序的執(zhí)行，其包括用于存儲和設(shè)置模擬參數(shù) 的模塊、用于模擬工藝程序的模塊、用于控制圖形、計算并繪制壓井曲線的模塊、用于成績 評定及學(xué)員管理的模塊、采集前端設(shè)備參數(shù)的模塊、控制前端控制臺上顯示儀表的模塊以 及執(zhí)行機構(gòu)。圖形計算機用于環(huán)幕圖形的處理和顯示，兩者間通過TCP/IP協(xié)議互聯(lián)。
[0098] 工作時：首先使前端工作臺、鉆機模型、教師操作臺、以及三通道環(huán)幕投影顯示系 統(tǒng)均上電，使得陸地鉆機安裝操作模擬系統(tǒng)啟動工作，在參數(shù)計算機啟動后，自動運行設(shè)置 其中的"陸地鉆機安裝操作模擬系統(tǒng)參數(shù)程序"，上述參數(shù)程序負(fù)責(zé)接收前端硬件的狀態(tài)， 進行處理后通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給主控程序，在參數(shù)程序中實現(xiàn)優(yōu)選包括"鉆壓"、"懸重"、"排量" 等鉆進實時參數(shù)的外顯，并可由程序進入到操作設(shè)置運行界面以實現(xiàn)模擬作業(yè)的設(shè)備初始 化工作以及操作設(shè)置。在圖形計算機啟動完成后，運行其中的圖形程序，分別進入以下培訓(xùn) 項目進行選擇：鉆機安裝動畫、井架起升模擬、虛擬裝配操作、鉆進模擬操作以及電子圖冊， 通過操作員在圖形計算機上進行選擇，可進入不同的培訓(xùn)項目模塊進行培訓(xùn)。
[0099] 如圖2所示，選用西門子S7-200系列可編程控制器作為控制核心，由S7-200直接 控制操作臺上的各個物理量，以參數(shù)機作為上位機，由教師控制機對絞車控制臺及前端各 PLC模塊進行統(tǒng)一管理。整個系統(tǒng)構(gòu)成一個資源共享、任務(wù)分擔(dān)的分布式控制系統(tǒng)。各控制 臺之間的通信采用西門子專用PPI通訊協(xié)議。
[0100] PLC的參數(shù)包括四個部分，開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、模擬量輸入和模擬量輸出，這 些參數(shù)分別涉及整個模擬系統(tǒng)的不同變量，下面以鉆機井架/底座模型為例，對控制方式 進行解釋。
[0101] 鉆機井架/底座模型按實際鉆機按比例縮小，鉆機井架/底座模型中的S7-200CPU 模塊通過檢查井架天車防碰裝置、防鉆機井架過度起升裝置、防鉆機井架過度下放裝置、防 鉆機底座過度起升裝置、防鉆機底座過度下放裝置、防鉆機大鉤過度下放裝置的狀態(tài)來實 現(xiàn)相應(yīng)的功能，以防止學(xué)員誤操作時損壞鉆機井架/底座模型。
[0102] 為實現(xiàn)井架/底座的起升和下放并受控于司鉆臺，系統(tǒng)采用步進電機來實現(xiàn)絞車 功能，PLC系統(tǒng)內(nèi)設(shè)計了以高速受控的步進脈沖。在S7-200中設(shè)計了兩個PT0/PWM發(fā)生 器，可以產(chǎn)生一個高速脈沖串或者一個脈寬調(diào)制波形。一個發(fā)生器是數(shù)字輸出點Q0. 0,另一 個發(fā)生器是數(shù)字輸出點Q0. 1。一個指定的特殊寄存器（SM)位置為每個發(fā)生器存儲下列數(shù) 據(jù)：一個控制字節(jié)（8位），一個計數(shù)值（32位無符號數(shù)）和一個周期或脈寬值（16位無符號 數(shù)）。PT0/PWM發(fā)生器與過程映像寄存器共用Q0. 0和Q0. 1。當(dāng)在Q0. 0或Q0. 1上激活PTO 或PffM功能時，PT0/PWM發(fā)生器對輸出擁有控制權(quán)，同時普通輸出點功能被禁止。輸出波形 不受過程映象區(qū)狀態(tài)、輸出點強制值或者立即輸出指令執(zhí)行的影響。當(dāng)不使用PT0/PWM發(fā) 生器功能時，對輸出點的控制權(quán)交回到過程映象寄存器。過程映象寄存器決定輸出波形的 起始和結(jié)束狀態(tài)，以高低電平產(chǎn)生波形的啟動和結(jié)束。脈沖串PTO操作按照給定的PTO脈沖 個數(shù)和周期輸出一串方波（占空比50%)。PTO可以產(chǎn)生單段脈沖串或者多段脈沖串（使 用脈沖包絡(luò)），可以指定脈沖數(shù)和周期。PTO功能允許脈沖串"鏈接"或者"排隊"，當(dāng)前脈沖 串輸出完成時，會立即開始輸出一個新的脈沖串，以保證多個輸出脈沖串之間的連續(xù)性。
[0103] 井架前開口型，由主體、人字架及附件組成，附件主要有二層臺、死繩穩(wěn)定器、籠梯 等。井架主體由四段八片（左上段、右上段、左中上段、右中上段、左下段和右下段）及背橫 梁、斜拉桿、連接架等組成一個前開口型鋼架結(jié)構(gòu)，主體的調(diào)整固定是由兩個卡銷完成。人 字架是由左、右前腿，左、右后腿及橫梁等組成的門形結(jié)構(gòu)，用來起放和支靠井架。起升裝置 由起升大繩、高支架、低支架和游車大鉤支架等組成。井架采用人字架起升方式，依靠鉆臺 面絞車的動力，通過快繩、大鉤等拉動起升大繩，實現(xiàn)井架起升，井架起升時為了能夠使井 架平穩(wěn)的靠放在人字架上，同時下放井架時又能使井架重心前移，從而依靠井架本身自重 下落，在人字架上設(shè)有緩沖裝置，通過緩沖裝置的伸縮來實現(xiàn)。
[0104] 底座以DZ450/10. 5-S15底座（DZ710316-00)為原型，主要由底座主體、起升裝置、