基于總線(xiàn)方式的鉆井模擬器設計

一、系統結構及工作原理

鉆井模擬器是實(shí)際應用中某個(gè)型號的鉆井設備的模型，不同的鉆井模擬器從結構和組成上來(lái)看都是大同小異，一般由受教師控制臺控制的司鉆控制臺、防噴器控制臺、阻流器控制臺、高壓管匯、節流管匯、投影系統、聲光報警系統等分模塊組成。這些模塊的數據通過(guò)以太網(wǎng)與教師控制臺進(jìn)行交換，教師控制臺完成對采集到的數據進(jìn)行分析、處理和顯示，從而完成鉆井過(guò)程的模擬，鉆井模擬器結構框圖如圖1所示。

1. RS485總線(xiàn)設計

RS485總線(xiàn)標準是一種簡(jiǎn)易、廉價(jià)的通信技術(shù)，其收發(fā)器采用平衡驅動(dòng)和差分接收，具有抑制共模干擾的能力。采用RS485總線(xiàn)結構便于模塊和設備的擴充，使得不同模塊間互連將更容易實(shí)現。在分模塊中都有一個(gè)獨立的主控制器，該主控制器除完成設備內RS485總線(xiàn)控制外，還要通過(guò)自帶的以太網(wǎng)接口完成與教師控制臺之間的數據交換，從而形成了一種雙總線(xiàn)控制系統，系統結構框圖見(jiàn)圖2。

鉆井模擬器的各個(gè)模塊是由大量的開(kāi)關(guān)或調節最小單元構成。這些最小單元經(jīng)RS485轉換接口與RS485^[1～4]總線(xiàn)連接，每個(gè)最小單元有唯一地址編碼，同一模塊內部使用一條RS485總線(xiàn)，模塊內部最小單元只需要4條導線(xiàn)連接，主控制器通過(guò)地址訪(fǎng)問(wèn)最小單元。最小單元的數據采集和控制是由一塊單片機^[7]來(lái)完成的，單片機除具備基本的IO、UART和Timer功能外還將AD、比較器、時(shí)鐘、EEPROM、12C等外設集成在芯片內部，大幅度地簡(jiǎn)化了芯片外圍電路，縮短開(kāi)發(fā)周期和提高系統可靠性。最小單元數據采集與控制電路可分為開(kāi)關(guān)量采集單元、開(kāi)關(guān)量輸出單元、模擬量采集單元、模擬量輸出單元和數碼顯示單元5個(gè)種類(lèi)，功能如圖3所示。