并進(jìn)行投影；
[0352] 其中顏色矯正模塊包括：使用智能相機測量出不同投影儀在投射相同亮度顏色時 所產(chǎn)生的實際亮度的模塊，對不同亮度下拍攝的照片進(jìn)行處理以得出每臺投影儀的顏色映 射關(guān)系的模塊；在每臺投影儀投影顯示前，設(shè)置不同屏幕的顏色表，產(chǎn)生顏色值的映射以使 不同投影儀投射出的同一種顏色盡量相似的模塊。
[0353] 其中，上述投影機為高分辨率投影機，上述工程環(huán)形投影幕可以為LED/LCD環(huán)形 顯示屏。
[0354] 陸地鉆機安裝操作模擬系統(tǒng)還可以對事故及復(fù)雜情況進(jìn)行模擬，主要模擬鉆井過 程中常見的故障及復(fù)雜情況。主控計算機產(chǎn)生事故，要求培訓(xùn)學(xué)員通過模型反應(yīng)出的現(xiàn)象 判斷事故類型，并正確處理事故。主要模擬的事故有：粘附卡鉆模擬流程、沉砂卡鉆模擬流 程、泥包卡鉆模擬流程、公錐打撈模擬流程、落物磨銑模擬流程。其工藝流程如下所示。
[0355] 根據(jù)上述陸地鉆機安裝操作模擬系統(tǒng)的主要部件，其三維動畫模型的生成方法如 下：
[0356] 第一步，素材采集，前期在鉆機安裝工地現(xiàn)場進(jìn)行視屏及照片素材的采集，鉆機實 際安裝的每個步驟都通過攝像機進(jìn)行全程拍攝；
[0357] 第二步，建模，通過采集到的素材進(jìn)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(jìn)行細(xì)化；
[0358] 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(jìn)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；
[0359] 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；
[0360] 第五步，背景設(shè)置，動畫中鉆機安裝地點選擇在荒漠進(jìn)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；
[0361] 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(xì)小的物體時，鏡頭拉近 給予特寫；
[0362] 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；
[0363] 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(xì)圖片192000張；
[0364] 第十步，配音、背景音樂及音效，配音聘請專業(yè)配音演員進(jìn)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；
[0365] 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 ;
[0366] 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(hù)。
[0367] 表1開關(guān)量輸入



【主權(quán)項】
1. 一種鉆機安裝模擬系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)，其特征在于：包括鉆機模擬器、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)， 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、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)；還包括顯示表組，其中所述顯示表組包括氣源壓力表、冷卻水壓表、絞車油壓表、轉(zhuǎn)盤 油壓表、轉(zhuǎn)盤扭矩表、栗壓表、大鉗扭矩表、左鉗扭矩表、右鉗扭矩表、安全鉗壓力表、貓頭壓 力表、鉆井扭矩表、轉(zhuǎn)速表、轉(zhuǎn)盤電流表、鎖檔壓力表以及過卷壓力表；司鉆操作臺側(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)； 司鉆操作臺的內(nèi)部控制板包括司鉆操作臺第一可編程控制器PLC(l)和第二可編程控 制器PLC(2)，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(jìn)行通信，其 中第一可編程控制器PLC(l)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(jìn)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； 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；其中司鉆操作臺的內(nèi)部控制板的第二可編程控制器PLC(2)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(jìn)行連接以實現(xiàn)對頂驅(qū)進(jìn)行控制； 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；其中司鉆操作臺的內(nèi)部控制板的第二可編程控制器PLC(2)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(jìn)行控制； 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)；司鉆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；其中該參數(shù)計算機具 有完成從PLC獲取前端硬件信息后，將信息發(fā)送給主控計算機的通信模塊，其中通信模塊 還將主控計算機發(fā)送過來的信息通過PLC傳輸給前端硬件加以顯示； 鉆機模型包括井架模型和底座模型，井架模型包括井架和井架核心控制機，其中井架 為前開口型井架，由主體、人字架及附件組成，附件有二層臺、死繩穩(wěn)定器、籠梯，井架主體 由左上段、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)， 底座模型包括底座和底座核心控制機，其中底座由底座主體、起升裝置、液壓緩沖裝置 組成，底座采用平行四邊形機構(gòu)的運動原理，從而實現(xiàn)了高臺面設(shè)備的低位安裝；采用絞車 動力，利用游車大鉤使底座從低位整體起升到工作位置；底座主體分為上、中、下三層：上 層為鉆臺面部分，用來安裝鉆臺面的設(shè)備，通過銷子連接組成，下層為底座基座部分，由左 如基座與左后基座、右肖U基座與右后基座分別用銷子連接成左、右兩個部分；左、右兩個部 分之間的連接構(gòu)件有連接梁、連接架和斜撐；中間層為支撐部分，位于上、下層之間，起支撐 鉆臺面和起放底座作用；分別由人字架前腿、人字架后腿、前立柱、后立柱、斜立柱組成，用 銷子與上、下層連接；人字架由前腿及后腿兩部分組成，起升大繩的一端固定在人字架后腿 上，人字架在整個底座起升的過程中起到支撐的作用，起升大繩兩端裝有套環(huán)，另有參與起 升的1組滑輪固定在人字架后腿上，所述鉆機安裝模擬系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)還包括防護(hù)裝 置組，其中防護(hù)裝置組包括實現(xiàn)鉆機井架天車防碰功能的鉆機井架天車防碰裝置、實現(xiàn)防 鉆機井架過度起升功能的防鉆機井架過度起升裝置、實現(xiàn)防鉆機井架過度下放功能的防鉆 機井架過度下放裝置、實現(xiàn)防鉆機底座過度起升功能的防鉆機底座過度起升裝置、實現(xiàn)防 鉆機底座過度下放功能的防鉆機底座過度下放裝置、實現(xiàn)防鉆機大鉤過度下放功能的防鉆 機大鉤過度下放裝置， 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； 選用西門子系列可編程控制器作為控制核心，由S7-200直接控制鉆機井架/底座模擬 器的各個物理量，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(jìn) 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。2. 根據(jù)權(quán)利要求1的控制系統(tǒng)，其特征在于，鉆機井架/底座模擬器按實際鉆機按比例 縮小，鉆機井架/底座模擬器中的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/底座模擬器。3. 根據(jù)權(quán)利要求1的控制系統(tǒng)，其特征在于，采用步進(jìn)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(jìn)脈沖，在S7-200中設(shè)計了兩個PTO/PWM發(fā)生器，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. 〇,另一個發(fā)生器是數(shù)字輸出 點Q0. 1，一個指定的寄存器位置為每個發(fā)生器存儲下列數(shù)據(jù)：一個控制8位字節(jié)，一個32 位無符號數(shù)計數(shù)值和一個16位無符號數(shù)周期或脈寬值，PTO/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PWM功能時，PTO/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PTO/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PT0操作按照給定的PT0脈沖個數(shù)和周期輸出一串占空比50 %的方波， PT0可以產(chǎn)生單段脈沖串或者多段使用脈沖包絡(luò)的脈沖串，可以指定脈沖數(shù)和周期，PT0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。
【專利摘要】本實用新型涉及一種鉆機安裝模擬系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)，其特征在于：包括鉆機模擬器、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？S7-200？PLC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；用西門子系列可編程控制器作為控制核心，由S7-200直接控制鉆機井架/底座模擬器的各個物理量，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PL2000模擬機進(jìn)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。
【IPC分類】G09B25/02
【公開號】CN204965890
【申請?zhí)枴緾N201520044765
【發(fā)明人】高京建, 林忠志, 袁勝, 楊寶剛, 李 杰, 趙毓, 趙學(xué)峰, 韓關(guān)懷, 都亞男, 賈月樂
【申請人】中國石油技術(shù)開發(fā)公司
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年1月22日