Головна
Банківська справа  |  БЖД  |  Біографії  |  Біологія  |  Біохімія  |  Ботаніка та с/г  |  Будівництво  |  Військова кафедра  |  Географія  |  Геологія  |  Екологія  |  Економіка  |  Етика  |  Журналістика  |  Історія техніки  |  Історія  |  Комунікації  |  Кулінарія  |  Культурологія  |  Література  |  Маркетинг  |  Математика  |  Медицина  |  Менеджмент  |  Мистецтво  |  Моделювання  |  Музика  |  Наука і техніка  |  Педагогіка  |  Підприємництво  |  Політекономія  |  Промисловість  |  Психологія, педагогіка  |  Психологія  |  Радіоелектроніка  |  Реклама  |  Релігія  |  Різне  |  Сексологія  |  Соціологія  |  Спорт  |  Технологія  |  Транспорт  |  Фізика  |  Філософія  |  Фінанси  |  Фінансові науки  |  Хімія

Автоматизація процесу буріння - Технологія

Введення.

Автоматизація технологічного процесу становить важливу частину науково-технічного прогресу в проведенні геологорозвідувальних робіт. Теоретичні дослідження в галузі вдосконалення управління процесом буріння і його оптимізації отримали нові можливості практичної реалізації з появою керуючої мікропроцесорної техніки та створенням на її основі систем автоматизованого управління.

В галузі протягом ряду років проводяться дослідження зі створення мікропроцесорних систем автоматизованого управління геологорозвідувальним бурінням, що реалізують методи і засоби універсального, багатофункціонального управління, здатного на відміну від жорстких аналогових рішень здійснювати гнучку технологію буріння.

Різноманітні зразки систем автоматизованого управління процесом буріння розвідувальних свердловин на тверді корисні копалини дозволяють не тільки керувати процесом буріння в реальному часі за допомогою одного з відомих алгоритмів, але і збирати, накопичувати і обробляти інформацію про процес буріння, а також діагностувати працездатність окремих вузлів і механізмів.

Автоматизація технологічних процесів на основі сучасної техніки повинна забезпечити інтенсифікацію виробництва, підвищення якості та зниження собівартості продукції.

Необхідність цього випливає з аналізу виробничої діяльності геологорозвідувальних організацій з виконання планових завдань. Незважаючи на те, що впровадження сучасного обладнання, інструментів, прогресивної технології буріння, засобів механізації та автоматизації окремих операцій, вдосконалення організації праці в цілому забезпечило виконання цих завдань, в розвідувальному бурінні залишаються значні резерви підвищення продуктивності праці і поліпшення його техніко-економічних показників. Ці резерви полягають, насамперед, в оптимізації та автоматизації оперативного управління процесом буріння свердловин і в удосконаленні організації робіт.

Сьогодні, в умовах інтенсифікованого виробництва, збільшених швидкостей буріння різко підвищилася фізичне навантаження на буровій персонал. Враховуючи також і тенденцію до зростання глибин буріння розвідувальних пошукових свердловин, можна стверджувати, що зросли психологічне навантаження і відповідальність за рішення, що приймаються бурильником в процесі буріння. Вже зараз час простоїв через неправильні технологічних рішень в процесі буріння складає 5-7% загального балансу робочого часу.

Процес буріння, особливо глибоких свердловин, що протікає в умовах значної невизначеності, піддається сильним і непередбачуваним впливи, основа яких - як гірничо-геологічні, так і техніко-технологічні чинники. Буровики знають наскільки проектний геологічний розріз може відрізнятися від фактичного, а отже, проектна технологія буріння - від фактичної. Бурильника доводиться відступати від проектної технології, використовувати свій досвід, знання, інтуїцію, щоб вчасно виявити зміна категорії буримости порід, несприятливу технологічну ситуацію; хороші майстри працюють на межі мистецтва. Тому навчити бурити добре, не задавати проектні параметри режимів буріння, а варіювати ними в залежності від умов дуже складно. Набагато швидше і дешевше навчити бурильника користуватися системою автоматизованого управління процесом буріння, яка буде вибирати і підтримувати оптимальні режими буріння відповідно до заданих критеріїв оптимальності і в рамках встановлених обмежень. За допомогою систем автоматизованого управління можна більш жорстко нормувати процес буріння, широко впроваджувати передові технології буріння.

Пристрій збору та первинної обробки інформації про стан процесу буріння є невід'ємною частиною автоматизованої системи управління цим процесом. Завданням цього дипломного проекту є розробка такого пристрою. Вибір цієї проблеми обумовлюється специфікою спеціальності АТПіП.

Глава 1.Описание технологічного процесу буріння.

1.1. Свердловина і її елементи.

Свердловиною називається циліндрична гірнича виробка в земній корі, яка характеризується відносно малим діаметром в порівнянні з її глибиною.

Основні елементи бурової свердловини (рис. ZZZZ).

Гирлі свердловини 1 - місце перетину свердловиною земної поверхні, дна акваторії або елементів гірничої виробки при бурінні в підземних умовах.

Забій свердловини 8 - дно свердловини поглиблюється в процесі буріння; він може бути кільцевої 6 з керном 7 або суцільний 8.

Стінки свердловини 9 - бокова поверхня свердловини.

Стовбур свердловини 2,5 - простір, обмежений стінками свердловини. У нестійких породах стінки свердловини закріплюються обсадними колонами, при цьому ствол свердловини звужується.

Вісь свердловини 4 - геометричне місце точок центру забою, що переміщається при поглибленні свердловини, т. Е. Уявна лінія, що з'єднує центри поперечних перерізів бурової свердловини.

Глибина скважіни- відстань між гирлом і забоєм свердловини по її осі.

Діаметр свердловини - умовний діаметр рівний номінальному діаметру породоразрушающего інструменту. Фактичний діаметр свердловини, як правило більше номінального породоразрушающего інструменту за рахунок розробки свердловини.

Існує також поняття "конструкція свердловини". Під конструкцією свердловини на увазі її характеристику, визначальну зміна

1 лютому

/

9

3

/

4

5

А - А 6

7 серпня

Ріс.ZZZZ. Елементи бурової свердловини:

1 - гирло свердловини; 2 - стовбур свердловини, обсаджений трубами; 3 - обсадні колони; 4 - вісь свердловини; 5 -ствол свердловини, які не обсаджений трубами; 6 - кільцевої забій; 7 - керн; 8 - суцільний забій; 9 - стінки свердловини; ,, - діаметри стовбура свердловини в різних інтервалах; ,,, - діаметри обсадних колон відповідно зовнішні, внутрішні; - діаметр керна;, - глибина інтервалів свердловини, закріплених трубами; - глибина свердловини

діаметра (,,) c глибиною, а також діаметри (,) і довжини (,) обсадних колон 3 (див. рис. ZZZZ).

Розрізняють стовбур свердловини, що не закріплений трубами, 5 і стовбур свердловини, закріплений трубами, 2.

Подальший діаметр свердловини зменшується після кожного закріплення.

Кожна обсадна колона виступає над гирлом свердловини, але може опускатися і впотай. При необхідності простір між стінками свердловини і обсадними трубами заповнюється цементним розчином.

1.2. Класифікація бурових свердловин

Всі свердловини, буря з метою регіональних досліджень, пошуків, розвідки та розробки родовищ поділяються на такі категорії і групи.

Геологорозвідувальні свердловини ділять на опорні, параметричні, структурно картіровочние, пошукові та розвідувальні.

Опорні свердловини бурят для вивчення геологічної будови і гідрогеологічних умов великих геоструктурного елементів (регіонів) для вибору найбільш перспективних напрямків геологорозвідувальних робіт.

Параметричні свердловини бурят для вимірювання параметрів геофізичних властивостей і температури порід в умовах їх природного залягання, вивчення та виявлення перспективних районів для детальних геологопоїськових робіт.

Структурно-картіровочние бурять свердловини для виявлення та вивчення геологічних структур, елементів залягання пластів порід, для контролю і уточнення даних геологічної та геофізичної зйомок.

Пошукові свердловини бурят для відкриття нових родовищ корисних копалин.

Розвідувальні свердловини бурят для оконтуривания і визначення запасів корисної копалини, встановлення гірничотехнічних умов і вибору методу його експлуатації.

Експлуатаційні свердловини бурят для видобутку нафти і газу, підземних вод, розсолів, що містять солі брому, йоду та інших компонентів; для підземної газифікації вугілля, виплавки сірки й озокериту, вилуговування заліза, марганцю, фосфоритів, міді та солей урану, сублімації ртуті, підземного спалювання сірки, свердловини гідровидобутку вугілля і фосфатів; використання тепла земних надр. Відповідно до видобувати корисні копалини експлуатаційні свердловини підрозділяють на нафтові, газові, гідрогеологічні, геотехнологічні, гідротермальні.

Технічні бурять свердловини для вирішення різних інженерних завдань.

1.3. Сутність і схема процесу буріння свердловин

Розрізняють поняття "буріння" і "споруда свердловини". Під бурінням розуміють комплекс наступних операцій, в результаті яких виконання яких створюється бурова свердловина.

1. Руйнування гірської породи на вибої.

2. Видалення зруйнованої породи (шламу) з вибою на поверхню.

3. Закріплення стінок свердловини в нестійких (обвалених) породах.

Породу можна руйнувати механічним, електричним, термічним (тепловим), вибуховим, хімічним та іншими способами.

Бурят зазвичай механічним способом різними породоруйнуючими інструментами. При цьому під впливом статичних та динамічних навантажень породоразрушающий інструмент зминає, розчавлює, ріже, сколює, дробить, стирає, ущільнює породи. Руйнування породи може відбуватися по всьому вибою або по кільцю з утворенням ненарушенного стовпчика породи (керна), як показано на малюнку ZZZZZ.

Існують наступні способи видалення часток зруйнованої породи:

- Гідравлічний, при якому продукти руйнування виносяться потоком промивної рідини (вода, глинистий розчин, спеціальні промивні рідини на основі нафти, полімерів та ін.);

- Пневматичний, при якому продукти руйнування виносяться потоком стисненого повітря або газів;

- Механічний, здійснюється буровим або спеціальним інструментом (бурової стакан, ложкових або спіральний бур, шнек, желонка), що визначається способом буріння;

- Комбінований використовує два або три перерахованих вище способів одночасно або послідовно.

Стінки свердловини в нестійких породах в процесі поглиблення найбільш часто закріплюють в'яжучими промивальним рідинами (глинисті, полімерні та ін.), А також цементом і цементосодержащіе матеріалами, синтетичними смолами, заморожуванням та ін. Для кріплення свердловин на більш тривалий час в основному застосовують сталеві обсадні труби , але можуть використовуватися труби з нержавіючої сталі, чавуну, азбестоцементу, пластмас та інших матеріалів.

Під спорудою свердловини розуміють комплекс робіт з її підготовки, буріння та підтримання в стійкому стані, проведення в ній необхідних досліджень, ліквідації або здачі її в експлуатацію.

Спорудження свердловини, крім буріння передбачає виконання таких видів робіт: монтаж бурової установки; випробування і дослідження в свердловині - каротаж; завмер викривлення і рівня рідини, відбір проб води, визначення дебіту за допомогою відкачок і т.п .; тампонування свердловини з метою роз'єднання та ізоляції водоносних і поглинаючих пластів; установка фільтру і водопод'емніка в гідрогеологічної свердловині; попередження та ліквідація аварій свердловини (ликвидационное тампонування); розбирання бурової установки і роботи з рекультивації грунту. Перераховані види робіт виконуються буровими, монтажними, каротажними, гідрогеологічними та іншими бригадами.

1.4. Класифікація способів буріння

Буріння свердловин може здійснюватися способами, принципово відрізняються по своїй фізичній природі руйнування гірських порід: механічними, фізичними і хімічними.

В основному застосовують механічне буріння, яке, залежно від способу впливу на руйнується породу, підрозділяється на обертальний, ударне і ударно обертальний (рис. ZZ11).

Найбільш поширене обертальне буріння, при якому породоразрушающий інструмент отримує обертання від спеціального механізму - шпинделя вращателя або ротора - через колону бурильних труб або від забійного двигуна (гідравлічного або електричного). У зв'язку з цим розрізняють буріння шпиндельні, роторне, забійними двигунами - турбобурами і електробурамі.

При бурінні зазначеними способами породи будь-якої твердості можна руйнувати по всій площі вибою або по кільцю з утворенням в центрі свердловини ненарушенного стовпчика породи - керна. Перший спосіб, званий бескерновим, широко застосовується при бурінні

експлуатаційних і технічних свердловин. Другий спосіб називається колонковим і застосовується при пошуках і розвідці родовищ корисних копалин.

Залежно від способу підйому керна з вибою свердловини на поверхню розрізняють колонкові буріння зі знімними керноприемника і гідротранспортом керна. У першому випадку керн піднімається в керноприемника на сталевому тонкому канаті всередині гладкостовольной колони бурильних труб, а в другому транспортується у внутрішній трубі подвійний колони труб потоком промивної рідини. Обертальний буріння ведеться з промиванням або продувкою.

При бурінні неглибоких свердловин у м'яких породах застосовують обертальний шнекове і повільно обертальний буріння буровими ложками і спіральними бурами без промивки.

Ударне буріння використовують при розвідці розсипних родовищ, буріння гідрогеологічних і різного призначення технічних свердловин великого діаметру в породах будь-якої твердості (в міцних породах воно мало продуктивно). Суть цього способу полягає в тому, що важкий ударний снаряд з долотом періодично скидається на канаті з невеликої висоти на забій, дроблячи і скаливая при цьому породу. Після кожного удару снаряд повертається на деякий кут за рахунок розкручування каната. Видалення зруйнованої породи проводиться желонками. Ударний спосіб, що застосовується при проходці нафтових і газових свердловин в деяких країнах, включаючи США, вже давно не застосовується на нафтових промислах Росії [Н.Г. Середа, Е.М. Соловйов - Буріння нафтових і газових свердловин - Москва "Надра"! 984г.].

При ударно-обертальному бурінні з обертовому під постійною осьовим навантаженням породоруйнуючих інструменту будь-якого типу наносяться часті удари. Міцні породи при цьому руйнуються більш ефективно. Для буріння ударно-обертальним способом застосовують спеціальні забійні механізми: гідроударнікі, пневмоударники, магнітостріктори і забійні вібратори.

Вібраційний спосіб застосовують при бурінні неглибоких свердловин у м'яких породах.

З фізичних способів руйнування порід при бурінні практично застосовуються термічний, термомеханічної, елетротерміческій і гідравлічний.

Інші способи руйнування порід не вийшли зі стадії експериментів.

1.5 Основні техніко-технологічні поняття процесу

буріння

Поняття про буровому інструменті. Інструмент, призначений для буріння свердловин називається буровим. Буровий інструмент за призначенням підрозділяється на технологічний, допоміжний, аварійний і спеціальний. Технологічний інструмент застосовують 7епомредственно при бурінні свердловин: породоразрушающий інструмент (коронки, долота, розширювачі), кернорвателі, колонкові труби і з'єднання, УБТ, желонки, ударні штанги, шнеки, провідні бурильні труби. Набір технологічного інструменту, сполученого в певній послідовності, називається буровим снарядом. Залежно від способу буріння розрізняють колонкові, ударні, вібраційні та інші бурові снаряди. Наприклад, до складу бурового снаряда при колонкового буріння входять колонковий набір, бурильна колона, ведуча труба.

Допоміжний інструмент призначений для закріплення стінок свердловини та обслуговування технологічного інструменту. До допоміжного інструменту відносяться обсадні труби і з'єднання, хомути, ключі елеватори, підкладні вилки і т.д.

Аварійний інструмент призначений для ліквідації аварій у свердловинах. До аварійного інструменту відносяться різні ловильні інструменти (мітчики, дзвони і т. Д.), Ріжучі інструменти (труборізи, фрези і т. Д.), Силові інструменти (вибивні баби, вібратори і т. Д.) Та ін.

Спеціальний інструмент служить для виконання спеціальних робіт у свердловинах, пов'язаних з виправленням викривлень, бурінням в заданому напрямку і т. Д.

Технологічні поняття. Параметр режиму буріння - це фактор, що впливає на показники буріння, задається, вимірюваний і підтримуваний бурильником або автоматом в процесі поглиблення свердловини. До основних параметрів відносяться: а) при обертальному бурінні: осьова навантаження на породоразрушающий інструмент; частота обертання бурового снаряда; витрата очисного агента; б) при ударному бурінні: маса ударного снаряда; висота скидання; частота ударів та ін.

Сукупність параметрів режиму буріння, що характеризують роботу породоразрушающего інструменту (швидкість буріння), називається технологічним режимом буріння. Технологічний режим буріння вибирається залежно від фізико-механічних властивостей гірських порід, глибини свердловини, виду породоразрушающего інструменту і технічних можливостей обладнання.

Розрізняють такі види технологічний режимів буріння: оптимальний, раціональний і спеціальний.

Оптимальний режим буріння забезпечує одержання найкращих техніко-економічних показників буріння.

Раціональний режим буріння встановлюється з урахуванням технічних можливостей бурового обладнання та інструменту. Наприклад, відомо, що в монолітних міцних породах буріння імпрегнованим алмазними коронками необхідно здійснювати на високих частотах обертання (> 700 - 1000 об / хв), але застосовуваний буровий верстат не має цих швидкостей або бурильна колона може обриватися, отже, доводитися це враховувати і встановлювати раціональну частоту обертання нижче можливостей коронки.

Спеціальний режим буріння застосовується для отримання заданих якісних показників буріння або рішення спеціальних завдань. Значення параметрів при цьому режимі відрізняються від значень оптимального режиму. Наприклад, спеціальний режим встановлюється при бурінні по корисного викопні, яке схильне руйнування від механічних впливів і потоку промивної рідини. При цьому зменшується частота обертання снаряда і витрата промивальної рідини.

Приробітку алмазних коронок проводиться також на спеціальному режимі, при якому осьова навантаження і частота обертання нижче оптимального або раціонального режимів. Іноді виділяють так званий форсований режим буріння.

Швидкості буріння

Технологічні режими впливають на показники буріння, під якими розуміють кількісні та якісні параметри спорудження свердловини, швидкість, вартість 1 м пробуреної свердловини, відсоток виходу керна, напрямок свердловини та ін.

Виконання окремих процесів при спорудженні свердловини може характеризуватися певною швидкістю буріння (механічна, рейсова, технічна, комерційна та циклова).

Механічна швидкість буріння -Величина поглиблення свердловини за одиницю часу чистого буріння і визначається (в м / ч) за формулою

,

де l - величина поглиблення свердловини за час чистого буріння, м; - час чистого буріння, ч.

Під чистим бурінням розуміють час, протягом якого руйнуються породи на вибої.

У практиці залежно від моменту визначення розрізняють початкову, кінцеву, середню, найбільшу механічну швидкості.

Механічна швидкість буріння - основний показник, що відображає ефективність способу буріння, якість застосовуваних породоруйнуючих інструментів, раціональність режимів їх експлуатації, досконалість застосовуваної бурової технології і т. Д.

Рейсова швидкість буріння - величина поглиблення свердловини за одиницю часу тривалості рейсу і визначається (в м / ч) за формулою

,

де- величина поглиблення свердловини за рейс; - час на виконання спуско-підйомних і допоміжних операцій, ч.

Рейсом називається комплекс робіт, що включає в себе спуск і підйом бурового снаряда, чисте буріння, витягання керна, заміну породоразрушающего інструменту та ін.

Рейсова швидкість залежить від механічної швидкості і глибини свердловини і додатково характеризує зносостійкість породоруйнуючих інструментів, досконалість бурових снарядів, що забезпечують високопроцентний відбір керна, а також ступінь комплексної механізації та автоматизації виконання спускної-підйомних і допоміжних операцій протягом рейсу.

Технічна швидкість буріння визначається обсягом буріння, пробурених однією бригадою (буровою установкою) за місяць з урахуванням часу, витраченого на чисте буріння, СПО та допоміжні операції, кріплення і цементування, всі види досліджень, планово-попереджувальні ремонти і т. Д. (В м /ст.-мес),

,

де L - обсяг буріння за 1 місяць, м;, і- час відповідно чистого буріння, СПО і додаткових витрат (кріплення, дослідження, планові ремонти і т. д.) за місяць, год; М - тривалість місяця, ч (застосовується М = 720 або 744 год).

Технічна швидкість буріння залежить від механічної та рейсовий швидкості і додатково відображає ефективність виконання всіх додаткових продуктивних робіт, пов'язаних із спорудженням свердловини (кріплення, цементування, гідрогеологічні та геофізичні дослідження і т. Д.).

Комерційна швидкість буріння Визначається об'ємом буріння за місяць з урахуванням також непродуктивних витрат (простої, ускладнення, аварії) (в м / ст.-міс.),

,

де- час непродуктивних витрат на місяць, ч.

Циклова швидкість буріння визначається відношенням глибини свердловини до витрат часу на місяць від перевезення бурового обладнання до ліквідації свердловини (м / ст.-міс.).

,

Де Н - глибина свердловини, м; - загальні витрати часу на спорудження свердловини (від перевезення до ліквідації), ст.-міс.

Циклова швидкість буріння характеризує рівень застосовуваних технічних засобів, технології буріння, організації праці при спорудженні свердловини, її ліквідації або здачі в експлуатацію.

1.6 Сутність і різновиди глибокого обертального буріння

Обертальне буріння без відбору керна є основним засобом спорудження свердловини при розвідці та експлуатації нафтових і газових родовищ. Крім цього воно застосовується при бурінні водозабірних, вибухових, гідротермальних і інших свердловин для різних інженерних цілей, а також під час буріння стовбурів шахт. Враховуючи вище сказане, опишемо докладніше саме глибоке обертальне буріння.

Буріння глибоких свердловин здійснюється тільки обертальним способом і підрозділяється на роторне, турбінне і електробурамі.

При роторному бурінні бурової снаряд обертають ротором, що встановлюються на поверхні землі над гирлом свердловини.

При турбінному бурінні породоразрушающий інструмент обертається турбобуром, який спускають на забій свердловини разом з долотом на колоні бурильних труб. Турбобур являє собою багатоступеневу гідравлічну турбіну, що працює від потоку промивної рідини. Колона бурильних труб при цьому не обертається, нерухомий ротор сприймає реактивний момент.

При бурінні електробуром породоразрушающий інструмент обертається Маслонаповнене забійним електродвигуном змінного струму, які мають малий діаметр і значну довжину. Колона бурильних труб при цьому нерухома. Завдяки цьому різко скорочується поводить момент на колоні, виключається знакозмінний вигин труб і майже повністю знімаються динамічні навантаження. Бурильна колона працює в більш сприятливих навантаженнях, в результаті чого збільшується стійкість труб. Електроенергія до електродвигуна підводиться по вмонтованим у бурильні труби відрізкам кабелю, які при згвинчення бурильних труб автоматично з'єднуються. Промивна рідина подається на вибій по зазору між внутрішніми стінками труб і кабелем.

При роторному і турбінному бурінні, там, де необхідне уточнення геологічного розрізу застосовується буріння з відбором керна колонковими долотами або турбодолотамі.

Роторне буріння і буріння електробурамі може вестися з промиванням або продувкою.

Глибини буріння обертальним способом досягають 10 км. Цим способом проектується пробурити свердловини глибиною 15 км. Діаметри свердловини коливаються від 76 до 590 км.

При всіх різновидах глибокого обертального буріння використовують одні й ті ж дуже складні бурові установки, загальна настановна потужність яких досягає 4000 кВт, а маса - 1000 т.

.Вращательное Буріння без відбору керна можливо в породах будь-якої твердості від I до XII категорії за буримости при відносно високих швидкостях углубки свердловин. У м'яких породах механічна швидкість буріння може досягати 100 м / год, а комерційна - 6 - 9 тис. М / ст.-міс. У твердих породах при великих глибинах механічна швидкість буріння зменшується до 1 м / ч, а комерційна до 200-300 м / ст.-міс.

У Росії близько 76% загального обсягу свердловин бурят турбінним способом, 22,5% - роторним і 1,5% - електробурамі.

Глава 2. Техніко-економічне обгрунтування розробки системи автоматизованого управління процесом буріння свердловин

2.1 Техніко-економічні передумови автоматизації управління процесом буріння

Автоматизація технологічних процесів на основі сучасної техніки повинна забезпечити інтенсифікацію виробництва, підвищення якості та зниження собівартості продукції.

Необхідність цього випливає з аналізу виробничої діяльності геологорозвідувальних організацій з виконання планових завдань. Незважаючи на те, що впровадження сучасного обладнання, інструментів, прогресивної технології буріння, засобів механізації та автоматизації окремих операцій, вдосконалення організації праці в цілому забезпечило виконання цих завдань, в розвідувальному бурінні залишаються значні резерви підвищення продуктивності праці і поліпшення його техніко-економічних показників. Ці резерви полягають насамперед в оптимізації та автоматизації оперативного управління процесом буріння свердловин і в удосконаленні організації робіт.

. Автоматизація процесу буріння стала практично можливою лише з появою відносно дешевих і надійних ЕОМ, здатних виконувати функції автоматизованого управління технологічним процесом буріння.

Ця глава присвячена обговоренню практичних питань, пов'язаних з виявленням необхідності і обгрунтування розробки систем автоматизованого управління процесом буріння. Оскільки в бурінні немає власного значного досвіду автоматизації управління технологічними процесами, тут використано досвід та інших галузях промисловості.

В результаті впровадження у виробництво нової техніки і прогресивної технології швидкості алмазного буріння за останні 10 років зросли в 1,5-2 рази і, на думку фахівців, зберегти надалі темпи зростання продуктивності тільки за рахунок технічних рішень навряд чи можливо. Але в умовах інтенсифікованого виробництва, збільшених швидкостей буріння різко підвищилася фізичне навантаження на буровій персонал. Враховуючи також і тенденції до зростання глибин буріння розвідувальних і пошукових свердловин, можна стверджувати, що зросли психологічне навантаження і відповідальна за рішення, що приймаються бурильником в процесі буріння. Вже сьогодні час простоїв через неправильні технологічних рішень в процесі буріння складає 5-7% загального балансу робочого часу.

Отже, з одного боку, є об'єктивна необхідність в автоматизації процесу буріння, з іншого - існують необхідні передумови для створення систем автоматизованого управління. Розглянемо докладніше деякі аспекти техніко-економічного об снования розробки систем управління.

2.2. Характеристики процесу буріння як об'єкта автоматизованого управління

Фахівці американської фірми IBM, що мають великий досвід в області створення управляючих систем з ЕОМ, для складних технологічних процесів, які потенційно необхідно автоматизувати, приводять наступні загальні характеристики і фактори:

- Необхідність приватних і значних перебудов робочих режимів;

- Потужність установки;

- Обурення, що діють на процеси;

- Складність процесу та ін.

Процес буріння геологорозвідувальних свердловин характеризується частими і значними перебудовами робочих режимів. Це пов'язано як з частим стохастическим зміною властивостей разбуріваемих порід, так і з іншими факторами, наприклад, зміною властивостей породоразрушающего інструменту в процесі буріння і очисного агента, подовженням бурильного валу; специфічними операціями, зумовленими постановкою інструменту на забою і його приработкой, підйомом керна, бурильних труб та ін.

На думку американських фахівців, потужність установки, виражена через розмір капіталовкладень, є одним із критеріїв для обґрунтування необхідності автоматизації технологічного процесу. При вартості системи, керуючої складним процесом, в среднем- рівною 300 тис. Дол. І дворічному терміні окупності вартість основних фондів повинна становити від 5 до 60 млн. Дол. (Дані 1996)

Інша спільна особливість багатьох процесів, для яких обгрунтовано застосування автоматизованого управління - часті і сильні що відшкодовують впливу, що призводять до економічних втрат.

Процес буріння, особливо глибоких свердловин, що протікає в умовах значної невизначеності, піддається сильним і непередбачуваним впливи, основа яких -як гірничо-геологічні, так і техніко-технологічні чинники.

Процес буріння є не тільки виробничим процесом з точки зору споживання матеріальних і трудових ресурсів і виробництва продукту праці у вигляді сформованого (пробуреного) стовбура свердловини та отриманого керна (за що, власне, і проводиться оплата буровій бригаді), але також і науково-дослідним процесом , якщо мати на увазі основну мету виробництва бурових робіт - отримання інформації про будову земних надр.

Виникає парадокс: плануючи, проектуючи і нормуючи процес буріння, ми тим самим стверджуємо, що знаємо предмет праці - земні надра. Але свердловини бурят, отже, ми не знаємо предмета праці і прагнемо отримати нові знання про будову земних надр. Поки підготовляється процес буріння, його проектування ми розглядаємо як детермінований процес. Після початку буріння і в ході буріння цей виробничий процес набуває характеру стохастичного, науково-дослідного, інформаційного процесу. Протиріччя між виробничим і науково-дослідним характером процесу буріння є його особливістю, яку необхідно враховувати при створенні системи автоматизованого управління.

З точки зору методики автоматичного керування процес буріння практично не досліджений. Аналіз діаграми запису параметрів режимів буріння, записаний з максимально допустимою частотою, показує практично безперервні зміни як параметрів, так і показників процесу буріння. З якою частотою потрібно управляти процесом буріння, як залежить його ефективність від частоти управління? При ручному управлінні ці питання не виникали. При автоматичному управлінні ця задача є принциповою.

Керуючі впливи від системи управління до керованого об'єкту повинні надходити вчасно і відповідно до зміненими умовами буріння. Від швидкодії управління багато в чому висять якість управління і кінцевий результат. А оскільки процес буріння динамічний і вимагає частої коригування керуючих впливів, принаймні в сильно переміжних породах, то очевидно, що автоматизована система управління володіє перевагою перед людиною.

Складні з технологічної або експлуатаційної точки зору процеси можуть бути об'єктом автоматизації управління із застосуванням ЕОМ. Технологічна складність процесу буріння зумовлена великою кількістю технологічних змінних, значення яких в тій чи іншій мірі визначають ефективність цього процесу, і безліччю взаємодій між ними, що вимагає додатки не завжди очевидних керуючих впливів. Це особливо проявляється в різних технологічних ситуаціях, від правильності розпізнавання яких залежать управляючі дії бурильників. Експлуатаційна складність зумовлена технологічною складністю і характеризується вимогою ведення процесу буріння на оптимальному рівні, в межах встановленої системи обмежень. Це посилюється й тим, що бурильника для вибору правильного рішення необхідно пам'ятати і передісторію процесу буріння за порівняно тривалий період часу.

Ручне управління навіть двома-трьома параметрами процесу буріння на оптимальному рівні в умовах частоперемежающіхся порід і глибокої свердловини навряд чи можливо.

Автоматизоване управління процесом буріння дозволяє успішно змінювати практично одночасно два-три параметри з недоступною людині частотою. Отже, джерелом ефективності автоматизованого управління є, принаймні, зменшення проміжку часу, пошук оптимального режиму, швидка перебудова з одного режиму на інший у зв'язку з зміненими умовами, а також практично повне виключення порушень процесу, що призводять до аварійних ситуацій. Крім того, стратегія управління процесом буріння може бути побудована на обліку обчислюваних показників (наприклад, поглиблення за оборот). Ці непрямі змінні розраховуються керуючої ЕОМ, що використовує інформацію про основні параметри процесу буріння, які вимірюються серійної контрольно-вимірювальною апаратурою.

3.3. Основні джерела ефективності розробки і впровадження систем автоматизованого управління процесом буріння

Один з основних джерел економічної ефективності -підвищення якості управління при його автоматизації.

Якщо управління процесом буріння розглядати як підтримку параметрів процесу (наприклад, механічної швидкості і т. П.) Можливо ближче до заданим режимом, який встановлюється бурильника інженером-технологом на основі його знань геолого-технічних умов буріння, то якістю управління буде те, наскільки точно протягом тривалого часу процес буріння відповідає заданим режимам, установкам і т.д. Як показує практика, зазвичай зусиль бурильника недостатньо, щоб підтримувати процес в межах заданого режиму або показника. Це пояснюється випадковим характером факторів, що впливають на процес буріння, і обмеженими можливостями людини.

Система автоматизованого управління забезпечує підвищення якості управління завдяки своїй особливості швидко реагувати на обурення і виробляти управляючі дії, в яких враховується взаємний вплив параметрів та показників процесса.Кроме того, система гарантує якість управління, що особливо важливо.

Крім описаного підходу до управління, що полягає в підтримці заданого стану процесу (так зване локальне регулювання), в системі повинні бути реалізовані перспективні методи управління, які не можна здійснити за допомогою традиційного ручного управління. До них можна віднести такі методи; реалізовані в процесі автоматизованого управління, як оперативна оптимізація, адаптивна настройка, регулювання по обуренню, управління у обчислюваним непрямим змінним, які не піддаються безпосередньому виміру (наприклад, досягнення мінімального відношення потужності на буріння до механічної швидкості буріння), і т.д.

Інше джерело ефективності систем автоматизованого управління - збільшення продуктивності праці в результаті зростання механічної швидкості буріння, зменшення кількості аварій та ускладнень, збільшення продуктивного часу за рахунок об'єктивного документованого контролю.

Очевидно, в найближчому майбутньому не передбачається скорочення обслуговуючого персоналу бурової установки, так як, принаймні з точки зору техніки безпеки, бурова установка повинна обслуговуватися не менше, ніж двома робітниками. Але можна говорити про умовне вивільнення чисельності при автоматизованому управлінні навіть в процесі буріння однієї свердловини. Оскільки система управління приймає на себе частину функцій обслуговуючого бурового персоналу, то в вивільнені час робітники можуть виконувати різні допоміжні роботи. Крім того, за рахунок підвищення швидкостей буріння можливо скорочення кількості бурових установок, а отже, і чисельності робітників.

Зниження собівартості 1 м буріння свердловини - наступний джерело ефективності систем автоматизованого управління процесом буріння. Це досягається з одного боку, за рахунок зростання продуктивності праці, а з іншого - за рахунок менших питомих витрат истирающих матеріалів, інструменту, енергії, збільшення міжремонтних термінів устаткування і т.д. Наприклад, відома система Вектор-1. розроблена в Севукргеологіі В. А. Флянтіковим і В. А. Бабишина. забезпечила зростання продуктивності праці на 46%, збільшення механічної швидкості і довжини рейсу на 30 і 43% відповідно, зниження витрат потужності при бурінні 1 м витрати истирающих матеріалів і собівартості бурових робіт на 6,50 і 19,3% відповідно.

Такі результати отримані при бурінні планових геологорозвідувальних свердловин загальним обсягом понад 10 тис. М. Слід врахувати, що названа система внаслідок жорсткої, апаратної, реалізації алгоритму управління має дуже обмеженими функціональними можливостями і по суті керує лише за одним параметром-навантаженні на породоразрушающий інструмент (долото).

До неявним джерелами економічної ефективності можна віднести функції контролю і реєстрації параметрів, а також показників процесу буріння, виконані системою управління. При цьому вивільняється певна частина інженерно-технічних працівників; які повинні хронометрувати процес і попередньо обробляти дані.

Отримані об'єктивні дані служать основою для оптимального проектування процесу буріння, нормування та ін.

У недалекому майбутньому з впровадженням гідрофіцірованних бурових установок нового покоління можливе зростання ефективності за рахунок розширення функціональних можливостей системи управління процесом буріння, таких як автоматизація спуско-підйомних операцій, діагностика стану верстата, оперативна обробка даних скважинной геофізики, облік витрат матеріалів і т. Д.

Впровадження систем автоматизованого управління має соціальне значення. Перш за все, це усунення відмінностей між розумовою і фізичною працею, поліпшення умов праці і техніки безпеки, оскільки в результаті автоматизації бурової персонал може бути видалений на безпечну відстань від рухомих і обертових частин, і створення комфортабельних умов роботи.

3.4. Стан розробок з автоматизації процесу буріння

За наявними даними, створенням систем автоматизованого управління процесом буріння останнім часом займаються також зарубіжні фірми.

Японська фірма "Кокен Борінг Машин Ко" розробляє бурові верстати з комп'ютерним управлінням з 1979 р Наприклад, в 1981 р був розроблений буровий верстат СВК-К-10А з програмним управлінням. Ця модель являє собою малогабаритний гідравлічний верстат з вбудованою мікро-ЕОМ, який призначений для геологічної зйомки і буріння цементувальних свердловин глибиною до 100 м при будівництві дамб і гребель. Розробники обґрунтовано вважають, що ефективність і безпеку буріння значно залежать від кваліфікації оператора-бурильника. Тому мета розробки бурового верстата з вбудованою ЕОМ полягає в забезпеченні високої надійності, ефективності та безпеки праці при бурінні верстатом незалежно від кваліфікації бурильника і, тим більше, у відкритті можливості автоматичного буріння верстатом свердловини заданої глибини в невідомих гірничо-геологічних умовах. Система управління збирає інформацію по шести параметрах і за заданою програмою виробляє оптимальне управління верстатом спускопідйомні операції також автоматизовані. Фахівці фірми стверджують, що застосування верстатів з програмним керуванням дозволило отримати великий економічний ефект.

У ФРН в 1989 р приступили до оптимізації процесів буріння на основі мікроелектроніки при розробці рудних родовищ свердловинами великого діаметра. Розпочаті науково-дослідні дослідно-конструкторські роботи показують, що їх результати можуть бути використані і при інших видах буріння.

Автори вважають, що автоматичне регулювання при бурінні свердловин великого діаметру дозволяє:

- Підвищити швидкість буріння при зниженні питомої зносу споживання енергії;

- Створити умови для обслуговування бурового верстата однією людиною, обслуговування однією бригадою декількох верстатів;

- Скоротити непродуктивне час на початку і кінці зміни;

- Максимально збільшити швидкість буріння при мінімізації витрат.

У розробці передбачається діагностика бурового верстата, реєстрація та індикація параметрів режимів буріння і деяких режимів роботи. Оптимізацію процесу буріння намічено здійснити шляхом адаптивного регулювання за допомогою обчислювальних пристроїв.

В огляді, присвяченому аналізу стану розвідувального буріння та напрямки його розвитку, зарубіжні фахівці стверджують, що подальший розвиток цього способу, ймовірно, призведе до підвищення | продуктивності, автоматизації бурового процесу з метою скорочення часу на спускопідйомні операції та забезпечення адаптивного регулювання параметрів буріння з пошуком оптимальних поєднань швидкості подачі, осьового навантаження, крутного моменту і частоти обертання бурильної колони [12]. У Спеціальному проектно-конструкторському бюро бурової автоматики (СПКББА) на базі ЕОМ середнього класу розроблена станція автоматичної оптимізації і геолого-технологічного контролю буріння глибоких свердловин (САОБ), призначена для оперативного керування процесом буріння з метою його оптимізації, розпізнавання і попередження ускладнень і аварійних ситуацій , ліквідації аварій, автоматичного збору, обробки, накопичення і видачі геолого-технологічної та техніко-економічної інформації про процес буріння глибоких свердловин на нафту і газ.

Основні функції станції наступні: оптимізація режимів буріння, що забезпечують досягнення екстремального значення критерію оптимальності (максимум рейсовий швидкості або проходки на долото, мінімум вартість 1 м проходки); коригування обраного оптимального режиму буріння при зміні умов буріння в процесі рейсу; розпізнавання на ранній стадії передаварійних і аварійних ситуацій і ймовірна оцінка моменту їх настання; накопичення, зберігання та подання в різній формі геолого-технологічної інформації про процес буріння, кратною 1 м буріння або рейсу.

Станція може працювати з будь-якими нафтовими буровими установками, укомплектованими необхідним набором технологічних датчиків і розрахованими на буріння експлуатаційних та пошуково-розвідувальних свердловин на нафту і газ глибиною 4000-6500 м. В першу чергу доцільно використовувати станцію на нових площах в умовах малої вивченості розрізів і недостовірності подібною геолого-технологічної інформації про умови буріння.

Друга найбільш значна розробка, що має реальний вихід у виробництво, автоматична система управління процесом поглиблення свердловини в оптимальному режимі (автобурільщік "Узбекистан 2А"), створена в Методичною експедиції геолого-економічних досліджень. Система включає кабіну бурильника з розміщеним в ній обчислювально-керуючим комплексом, датчики технологічних параметрів і виконавчий механізм для управління важелем гальма лебідки. Система призначена для ведення в автоматичному режимі процесу буріння роторним і турбінним способами глибоких свердловин на нафту і газ серійними буровими установками з використанням шарошечні доліт. Систему обслуговує один оператор. Обчислювально-керуючий комплекс включає в себе обчислювальний блок, виконаний на базі серійної мікроЕОМ "Електроніка С5-12", пульт управління, пристрої зв'язку з об'єктом і оператором, подання інформації, формування керуючих сигналів, стрічковий перфоратор ПЛ-150 і систему харчування. Комплекс призначений для прийому та аналізу інформації про процес буріння за сигналами датчиків технологічних параметрів, а також для логічної і математичної обробки її відповідно до алгоритму управління, формування інформаційних і керуючих сигналів і забезпечення всіх пристроїв системи електроживлення.

Відповідно до алгоритму управління система виробляє зважування бурового інструменту, приработку долота, пошук ефективного значення осьового навантаження на долото і підтримання її в процесі буріння. Якщо подальше буріння економічно недоцільно, то система виробляє сигнал про закінчення рейсу і припиняє подачу інструменту. Крім того, система забезпечує безаварійне буріння, своєчасно визначаючи знос опори шарошечного долота. Відомості про хід процесу буріння і режимах роботи устаткування видаються бурильника за допомогою стрілочних приладів, цифрової індикації, що світяться транспарантів, а також фіксуються на перфострічці, яка може бути вихідним документом для формування інформаційного банку і служить контрольним документом, об'єктивно представляє стан бурового інструменту та обладнання і що відображає роботу бурової бригади.

Система призначена для буріння свердловин глибиною 3500-4000 м. Потужність не більше 0,5 кВт. Як показали результати промислових випробувань, застосування системи дозволяє скоротити витрату доліт і час проводки свердловини на 15-20% при забезпеченні повної безаварійності.

Фірмою "Даймент Боарт" створена гидрофицированная установка з рухомим обертача і Трубодержатель, в управлінні якої використаний мікропроцесор [13]. За допомогою мікропроцесора координується функціонування елементів гідрокерування, виконуються розрахунки різних операцій і контролюється їх відповідність попередньо прийнятим завданням. При спускопод'емних операціях мікропроцесор синхронізує послідовність спрацьовування гідропатрона вращателя і трубодержателя, переміщення вгору і вниз і контролює інтервали часу між проходженням послідовних сигналів.

Можливе розширення функцій системи управління: повне відтворення різних програм, заздалегідь відпрацьованих експериментально; захист по максимальному крутному моменту при згвинчення і розгвинчування бурильних труб; обмеження щодо граничної осьової навантаженні під час буріння, що підвищує надійність бурильної колони і т. д. Передбачаються реєстрація та обробка інформації про процес буріння, яка потім буде використана для інтерпретації цього процесу і геологічного розрізу.

Для буріння геологорозвідувальних свердловин на тверді корисні копалини розроблена система автоматизованої оптимізації управління технологічним процесом буріння САОПБ-1. Система призначена для автоматичного управління технологічним процесом буріння свердловин алмазним породоразрушающим інструментом за заданою оптимальною поглиблення коронки за оборот або заданої механічної швидкості і може застосовуватися на всіх бурових верстатах з гідравлічною системою подачі, використовуваних при алмазному бурінні.

Практично система являє собою аналоговий регулятор і відрізняється від відомих високою надійністю та ефективністю, які залежать від правильного вибору в кожному конкретному випадку углубки коронки за оборот, що задається бурильником (технологом). При невідповідності заданої поглиблення (швидкості буріння) умовам буріння, тобто у разі перевищення заданої швидкості буріння, оптимальною для даних умов, спрацьовує захист по споживаної потужності або тиску бурового розчину в нагнетательной лінії промивного насоса і відбувається автоматичний "підрив" інструмента. Часте повторення описаної ситуації служить сигналом про необхідність зменшення заданої поглиблення за оборот.

Оптимальні величини задається поглиблення за оборот для кожної системи (гірська порода-коронка) вибирають за спеціальною, раніше розробленою, діаграмі або визначають дослідним шляхом за спеціальною методикою в процесі буріння.

Безумовною заслугою розробників є те, що вони першими на базі великого обсягу буріння довели переваги автоматизованого управління процесом алмазного буріння.

Недолік системи - обмежена здатність до вдосконалення, що притаманне всім аналоговим рішенням. Введення елементів адаптації, удосконалення алгоритмів керування спричинить за собою великі труднощі і, отже, подорожчання системи.

На початку 1999 Московське спеціальне конструкторське бюро геофізичного приладобудування та інформатики "Ореол" випустила систему технологічного контролю параметрів буріння "СГТ-мікро". Система рекомендована Госгортехнадзором РФ для впровадження в усіх бурових підприємствах, в першу чергу, як обладнання для забезпечення безпеки ведення бурових робіт та запобігання аварій.

Система "СГТ-мікро" за функціональними можливостями аналогічна подібним засобам, що випускається відомою фірмою "Мартін-Декер". Вартість "СГТ-мікро" в 4-6 разів менше, а з урахуванням витрат на навчання персоналу, профілактичні обслуговування та ремонт, виклик фахівців при виникненні нештатних ситуацій і т. П., Вартісне відношення ще більше зростає на користь "СГТ-мікро" .

Глава 3. Опис пристрої збору та первинної обробки інформації про стан процесу буреніяНеобходімое умова якісного вирішення задачі автоматичного керування процесом буріння - отримання інформації про стан процесу з необхідною оперативністю і точністю. Необхідна оперативність отримання інформації визначається необхідністю управління процесом у реальному масштабі часу, т. Е. Управляючі дії повинні сформуватися без запізнювання (або з допустимим запізненням) щодо змін стану керованого процесу. Це забезпечується тим, що технологічні параметри повинні вимірюватися з частотою, оптимальною для тимчасових характеристик процесу буріння, до яких відносяться тривалість перехідних процесів в приводі подачі бурового верстата, інерціальні властивості бурової колони, нестаціонарний характер процесу. Крім того, тимчасові характеристики істотно залежать від геолого-технічних умов буріння: глибини свердловини, фізико-механічних властивостей разбуріваемих порід, типів бурильних труб і компонування бурильної колони, властивостей очисного агента, режиму промивки свердловини і т.п. Розрахунок точних часових характеристик можливий лише на основі адекватного математичного опису процесу буріння (моделі), що визначає не тільки якісні, а й точні кількісні залежності вхідних і вихідних змінних, що характеризують процес буріння, для конкретних геолого-технічних умов.

Однак існуючі в даний час математичні описи процесу буріння мають якісний характер і дозволяють лише досить приблизно оцінити (від одиниць до декількох десятків секунд) тимчасові характеристики процесу буріння. Ця оцінка також підтверджується численними експериментальними даними. Таким чином, тимчасові характеристики процесу буріння, а отже, і частота опитування параметрів, не можуть бути точно визначені на підставі розрахунків. На даному етапі розвитку автоматизованого управління процесом буріння доцільно розглядати період опитування параметрів як технологічну константу, конкретне значення якої для певних умов встановлюють експериментальним шляхом за відповідними методиками.

За даними експериментальних досліджень і випробувань, при бурінні різними буровими установками (СКБ-4, 5, 8, ЗІФ-650) свердловин глибиною 100-300 м при періоді опитування параметрів собеспечіваются цілком задовільну якість стабілізації режимних параметрів буріння, своєчасна і ефективна реакція на зміни процесів і ліквідація аномальних технологічних ситуацій в початкових стадіях їх розвитку. При таких великих періодах опитування параметрів неможливий аналіз високочастотних процесів в бурінні, наприклад, вібрацій, діапазон яких становить, за різними оцінками, від сотень герц до десятків кілогерц. Для реалізації опитування параметрів з такими високими частотами необхідні спеціальні технічні засоби і складний математичний апарат обробки вимірів. Тому в даний час доцільно проводити спеціальні дослідження високочастотних процесів в бурінні і формувати за їх результатами рекомендації з управління режимами буріння, наприклад, у вигляді системи обмежень.

Для цілей управління режимами буріння в реальному масштабі часу можливо обмежитися вирішенням завдання формування тимчасового ряду вимірювань (тренду), який адекватний реальним закономірностям зміни стану процесу буріння, що дозволяє виявляти взаємозалежності зміни параметрів і прогнозувати тенденції зміни стану процесу. Якість формування тренда кожного параметра буріння також визначається точністю вимірювань окремих точок (миттєвих значень), що становлять тренд.

Процедура отримання миттєвого значення параметра, що представляє собою безперервний електричний сигнал, полягає в квантуванні цього сигналу за рівнем, яке полягає в тому, що в діапазоні безперервних значень функції l (t) вибирається кінцеве число дискретних значень функції, розподілених, наприклад, рівномірно по всьому діапазону . У момент вимірювання значення функції l (t) замінюється значенням найближчого дискретного рівня. Функція при цьому набуває ступінчастий вигляд (рис. Номер). При квантуванні виникає похибка квантування, обумовлена кроком квантування. При рівномірному квантуванні за рівнем максимальне значення наведеної похибки квантування

де- діапазон зміни параметра; (Q-1) - число інтервалів (кроків) квантування, q-1 = ().

Однак основна проблема полягає у виділенні корисного сигналу на тлі випадкових перешкод, джерело яких не вимірювальні тракти, а стохастичні обурення, що виникають в процесі буріння та є наслідком зміни умов буріння і нестабільності роботи бурового обладнання. Завдання полягає у формуванні вимірювання необхідного параметра буріння в певний момент часу таким чином, щоб сукупність цих вимірів відображала закономірне зміна даного параметра в межах аналізованого тимчасового інтервалу. У розробляється справжнім дипломі системі зазначена проблема вирішується таким чином:

Рис. Квантування безперервного сигналу по рівню.

Формування одного виміру кожного виду параметрів проводиться по певній кількості опитувань АЦП, яке розглядається як статистична вибірка n спостережуваних значень вимірюваної величини, ..., (під опитуванням АЦП розуміється одноразовий програмний запуск АЦП для вимірювання миттєвого значення заданого параметра в момент запускаю; швидкодію АЦП ADC0816 дозволяє виробляти опитування з частотою 10-30 Гц залежно від амплітуди вимірюваного сигналу). Як значення параметра обчислюється вибіркове середнє - перший момент вибіркового розподілу випадкової величини. Для одновимірних розподілів - це середнє арифметичне значення за елементами вибірки, ...,

(7/1)

При обробці статистичних вибірок середнє арифметичне є оцінкою математичного очікування, точність якого залежить від кількості елементів вибірки n. Так як n в разі формування вимірювань параметрів необхідно вибирати з міркувань отримання достатньої точності, то для оцінки цієї точності при невеликих обсягах вибірок можна скористатися найкращими лінійними оцінками S середнього квадратичного відхилення [2], наприклад,

для n = 2,

для n = 4,

для n = 8, (7,2)

де- варіаційний ряд, тобто значення, розташовані в порядку зростання.

Наприклад, при восьми опитуваннях АЦП каналу механічної скоростіполучени наступні значення:

 n 1 2 3 4 5 6 7 8

 , См / год 156 147 149 152 151 155 144 148

Обчислюючи x і S за формулами (7.1) і (7.2), для різних значень n, отримаємо наступні результати (табл. Xxx).

Таблиця xxx

 n Варіаційний ряд

S

 1 2 3 4 5 6 7 8

 2147156 --- --- --- --- --- --- 151,1 7,98

 4 147 149 152 156 --- --- --- --- 151 4,41

 8 144 147 148 149 151 152 155 156 150,25 3,36

Очевидно, зі збільшенням n точність формування вимірювання підвищується і при n = 4 і при n = 8 цілком задовільна. Крім того, для виявлення тенденцій у зміні стану процесу буріння точність формування вимірювань різних параметрів може бути неоднаковою. Наприклад, механічну швидкість і крутний момент (потужність), як найбільш інформативні параметри необхідно вимірювати з великою точністю (n = 8), ніж осьову навантаження і частоту обертання (n = 4).

Для параметрів витрати промивної рідини та тиску на насосі, зміни яких носять пульсуючий характер, можна обмежитися n = 2.

Параметри обробляються не в фізичних одиницях параметрів буріння, а в деяких абстрактних одиницях (кодах АЦП), пропорційних виміру напруги сигналу з відповідного датчика. Наступний етап формування вимірювання - масштабування, т. Е. Переклад значень вимірів, виражених в кодах АЦП, в фізичні одиниці. Таке перетворення здійснюється наступним чином:

,

де- значення i - го параметра буріння в фізичних одиницях; - масштабний коефіцієнт i - го параметра; - значення i - го параметра в кодах АЦП.

Для деяких параметрів потрібна додаткова математична обробка, пов'язана з особливостями їх виміру. Наприклад, при вимірюванні осьового навантаження на породоразрушающий інструмент необхідно враховувати вагу снаряда в залежності від того, як проводиться буріння: з додатковим навантаженням або розвантаженням. Така додаткова обробка здійснюється спеціальними підпрограмами, враховують конкретні характеристики бурових установок і датчиків технологічних параметрів. В системі автоматичного управління процесом буріння повинна бути реалізована можливість зміни певних характеристик підсистеми опитування та первинної обробки інформації шляхом введення в систему відповідних даних з пульта оператора системи. До таких характеристик відносяться період вимірювання параметрів, кількість опитувань у вимірі, Масштабні коефіцієнти, вибір необхідної підпрограми обробки. Дані зміни повинен проводити фахівець служби КВП експедиції або партії при проведенні налагоджувальних і перевірочних робіт.

Як зазначалося вище, оцінка та прогнозування змін стану процесу буріння здійснюється шляхом формування та аналізу часового ряду (тренду) кожного з вимірюваних параметрів. Безпосередньо аналіз трендів, оцінка і прогнозування змін стану процесу проводиться іншими підсистемами системи автоматичного керування процесом буріння. Завдання підсистеми збору та первинної обробки інформації - формування тренду, який, з точки зору програмної реалізації, повинен являти собою масив комірок пам'яті, в якому зберігаються значення параметрів, впорядковані в часі.

Такий масив пам'яті формується з використанням так званої стековой організації зберігання даних, суть якої полягає в тому, що в масиві пам'яті фіксованого обсягу N, що містить N значень певної змінної, нове (N + 1) значення даної змінної поміщається в цей масив (стек) за рахунок виключення з нього за певним правилом одного з N елементів. Правилами записи в стек можуть бути "першим прийшов - перший пішов", "перший прийшов - останній пішов" і т. П. У даному випадку стековая організація зберігання даних організована таким чином.

Частину обсягу ОЗУ ЕОМ, в якому організована оперативна інформаційна база, розділена на блоки, що включають по 64 комірки пам'яті. Число таких блоків одно максимальній кількості параметрів та показників процесу буріння, що використовуються в системі. Кожен з таких блоків є стеком відповідного параметра; запис інформації у всі стеки здійснюється за правилом "перший прийшов - перший пішов". Нехай в момент временив якому або стеку, наприклад стеку вимірювань, знаходилося 64 попередніх значень (рис. 7.2), (,, ...,).

У момент временібило сформовано чергове вимір, який необхідно помістити в стек, буде переміщено в 63-й елемент, - в 62-й елемент і таким чином до "вершини" стека, т. Е. До1-го елемента, в який буде поміщено значення , а значеніебудет видалено з стека. Отже, в стек буде міститися кожен новий вимір даного параметра.

Запис у всі стеки проводитися синхронно з періодом, т. Е. В момент часу (де K - номер циклу вимірювань) формуються вимірювання всіх параметрів і записуються значення вимірювань у відповідні стеки. У будь-який момент временив стеках

Очікування закінчення

Так

Немає

Немає

Так

Немає

Рис. XXX Блок-схема

Так алгоритму роботи

підсистеми

збору та первинної

обробки інформації

знаходяться по 64 вимірювання кожного з параметрів процесу буріння, упорядкованих у часі і дозволяють оцінити зміну параметрів в інтервалі часу отдо. Наприклад, прис інтервал оцінки вимірювання параметрів составітс.

Очевидно, що, маючи дані за такий відносно тривалий інтервал часу, можна досить надійно розпізнавати виникають зміни стану процесу і прогнозувати тенденції розвитку технологічних ситуацій. Аналіз формованих таким чином часових рядів проводиться іншими підсистемами системи з математичних методів і алгоритмами, відповідним завдань, що вирішуються кожної з підсистем.

Описані вище методи опитування, первинної обробки та зберігання інформації про параметри і показниках процесу буріння реалізуються програмним модулем САУ технологічним процесом, який отримує управління циклічно, з періодомДанний програмний модуль має в системі вищий пріоритет.

Вся необхідна для роботи інформація міститься в таблиці опитування параметрів (рис. Xxxx) і визначає необхідний режим і характеристики вимірювань. Блок схема алгоритму роботи модуля наведена на рис. xxxx.

Важлива перевага подібної структури даної підсистеми - можливість простого зміни або заміни підпрограми обробки вимірювань параметрів, і отже можливість роботи системи з різними датчиками і вимірювальними приладами.

Глава 4. Розробка принципової схеми пристрою зв'язку персонального комп'ютера з об'єктом автоматизації.

4.1 Опис автоматизованої системи управління процесом буріння Зоя 1.1.

Система Зоя 1.1 призначена для контролю технологічних параметрів буріння з метою оперативного управління та оптимізації режимів буріння свердловин на нафту і газ та забезпечує:

- Автоматичний збір та обробку з розрахунком похідних параметрів і уявлення поточної інформації в наочній формі на засобах відображення та реєстрації бурильника і бурового майстра;

- Документування результатів буріння в цифро-аналоговому і графічному вигляді, включаючи рапорт за зміну,

- Контроль виходу технологічних параметрів за встановлені користувачем межі зі світловою та звуковою сигналізацією цих подій;

- Аварійну сигналізацію при виході параметрів "Вага на гаку", "Тиск на вході" за граничні значення з видачею сигналів блокування на відповідне бурове устаткування;

- Автономне функціонування пульта бурильника при відключенні ЕОМ;

- Високу експлуатаційну надійність і довговічність при мінімальних витратах на технічне обслуговування та метрологічне забезпечення.

До необхідного типовому елементу будь-якої системи автоматичного управління відносяться датчики технологічних параметрів. Призначення датчика - перетворення контрольованої або регульованої величини у величину іншого роду, зручну для подальшого застосування.

В системі присутні наступні датчики:

- Датчик ваги на гаку встановлюється на нерухомій гілки талевого каната. В якості первинного перетворювача в датчику використовується тензометричний силовимірювальний елемент.

- Датчик контролю моменту на роторі (тензометричний) встановлюється на редукторі приводу ротора замість фіксуючою сережки-стяжки або фіксуючою опори. Контролюється чинне на датчик зусилля розтягування або стиснення.

- Датчик контролю ходів насоса (індуктивний датчик наближення) встановлюється на шківі приводу насоса.

- Датчик каналу контролю швидкості обертання ротора визначає швидкість обертання валу приводу ротора. В якості первинного перетворювача застосовується датчик наближення. Встановлюється на трансмісії.

- Датчик тиску (тензорезисторний) встановлюється в нагнетательной лінії.

- Датчик глибин дає вихідну інформацію для розрахунку глибини забою, подачі, положення тальблока. Датчик ланцюговою передачею пов'язаний з валом лебідки.

- Датчик-індикатор зміни витрати бурового розчину на виході (в жолобі) перетворює кут відхилення лопатки від вертикального положення в електричний сигнал в залежності від рівня та швидкості потоку.

- У суміщеному датчику щільності - рівня бурового розчину (БР) і щільності БР на виході в якості первинного перетворювача застосовується диференційний манометр. Вимірюється гідростатичний тиск в занурених у буровий розчин трубках, через які під тиском продувається повітря.

- Датчик сумарного вмісту горючих газів, виконаний на основі первинного термохімічного перетворювача, монтується разом з датчиком-індикатором зміни витрати на виході. Аналогічні датчики застосовуються для контролю газосодержания та сигналізації у вибухонебезпечній зоні.

- Датчик температури БР на вході і виході виконаний на основі спеціальної мікросхеми і встановлюється, відповідно, в робочій ємності і в жолобі.

- Датчик температури повітря (аналогічний) розміщений в кабельній розподільній коробці.

- Датчик моменту на ключі (тензометричний) встановлюється на приводному тросі ключа.

- Датчик моменту на турбобура (тензометричний) встановлюється на вузол стопора ротора.

Інформація від датчиків по кабелях передається в блок УКП, де здійснюється перетворення і обробка сигналів, і, потім, в куль бурильника і ЕОМ.

Інформаційно-метрологічні характеристики в повному обсязі наведені у поданій таблиці №.

Таблиця №.

 Контрольований параметр

 Найменування параметра, одиниця виміру Діапазон контролю

 1 Вага на гаку, кН

 0 - 5000; 0 - 4000

 0 - 3000; 0 - 2500

 0 - 2000; 0-1500

 2 Навантаження на долото, кН 0-500

 3. Крутний момент на роторі, кНм 0-60 0-30

 4. Тиск на вході, Мпа 0-40

 5 Витрата на вході, л / с 0-100

 6 Обороти ротора, об / хв 0-300

 7 Число ходів кожного насоса (до трьох), хід / хв 0-125

 8 Зміна витрати на виході,% 0-99

 9. Подача, м 0-99,9

 10. Положення талевого блоку, м 0-60 0-45

 11 Глибина забою, м 0 -9999

 12 Положення долота над забоєм, м 0 - 9999

 13 Поточний час, дата -

 14. Час буріння 1 м проходки, хв / м 0-1000

 15. Механічна швидкість проходки, м / годину 0-200

 16. Швидкість СПО, м / с 0-3

 17. Час буріння долотом, хв 0-999999

 18. Проходка на долото, м 0-999

 19. Густина бурового розчину (БР), г / смз 0,8-2,6

 20. Рівень БР, м

 0,4-2,0; 0,8-2,4

 1,2-2,8

 21 Сумарний обсяг БР, мЗ 0 - 999,9

 22. Зміна сумарного обсягу БР, мЗ 0-500

 23 Сумарний вміст горючих газів,% НКПР 0-50

 24. Момент на ключі, кНм 0-60

 25. Момент турбобура, кНм 0-30

 26 Температура на вході і виході, ° С 0-100

 27 Температура повітря, ° С 0-100

 28. Щільність промивної рідини в жолобі, г / смз 0,8-2,6

4.2 Місце УСО в АСУ процесу буріння

АСУ ТП повинна мати можливість і засоби зв'язку з об'єктом управління. Однак з головних відмінностей між системами обробки даних і АСУ ТП полягає в тому, що остання повинна бути здатна в реальному часі отримувати інформацію про стан об'єкта управління, реагувати на цю інформацію і здійснювати автоматичне керування ходом технологічного процесу. Для вирішення цих завдань ЕОМ, на базі якої будується АСУ ТП, повинна ставитися до класу керуючих обчислювальних машин (УВС), т. Е. Являти собою керуючий обчислювальний комплекс (НВК) НВК можна визначити як обчислювальну машину, орієнтовану на автоматичний прийом і обробку інформації , що надходить в процесі управління, і видачу управляючих впливів безпосередньо на виконавчі органи технологічного обладнання. Така орієнтація забезпечується пристроями зв'язку з об'єктом (УСО) (рис. Ммм) - набором спеціалізованих блоків для інформаційного обміну між керуючою ЕОМ і об'єктом управління. Розрізняють пасивні та активні УСО.

Пасивні пристрої виконують команди опитування датчиків і команди видачі керуючих впливів. Вони містять комплекти вхідних і вихідних блоків і блок управління. До складу вхідних і вихідних блоків, які забезпечують прийом аналогової та дискретної інформації, входять перетворювачі форми інформації типу аналог-код і код-аналог, комутатори, підсилювачі і т. П. Блок управління забезпечує необхідний обмін інформацією з керуючою ЕОМ і управління всіма блоками пристрою, розшифровує команди, що надходять від ЕОМ, і забезпечує необхідний обмін інформацією через блоки введення-виведення

Активні УСО здатні працювати в автономному режимі стеження за станом керованого об'єкта (процесу), а також виконують певні алгоритми перетворення інформації, наприклад, алгоритми реєстрації параметрів і сигналізації про відхилення їх від норми, регулювання по одному з відносно простих законів та ін. Побудова УСО по активному принципом дозволяє підвищити надійність АСУ ТП в цілому і ефективність використання керуючої обчислювальної машини в результаті скорочення потоку інформації, що надходить від об'єкта управління в керуючу ЕОМ.

Рис. Типова структура АСУ ТП на базі керуючої ЕОМ.

У цьому дипломі розробляється конструкція функціонально закінченого пристрою зв'язку з об'єктом в системі збору та первинної обробки інформації про стан процесу буріння (ріс.ццц). Система збору та первинної обробки інформації про стан процесу буріння є найважливішою функціональною підсистемою АСУ ТП ЗОЯ.

В основному схема розроблена на інтегральних мікросхемах ТТЛ серії К555 і К155. Дана модель є практичною, недорогий і простий і дозволяє зв'язати датчик будь-якого типу з IBM PC або еквівалентним комп'ютером. Докладно розглядаються принципи функціонування системної шини IBM PC і базовий апаратний інтерфейс, з яким пов'язана вищевказана конструкція, а також робота системи переривань, лічильників і таймерів.

4.1 Опис роботи схеми

У розробляється схемою можна використовувати до 64 портів - 32 вхідних і 32 вихідних. У таблиці ххх дається розподіл портів плати.

Таблиця ххх.

 Лінія

 вибору порту

 Номер порту

 (16-ковий)

 Наймену-

 вання Функція Мікросхема

 E0 300 PORTA

 Паралл.ВВ

 порт А Intel 8255

 E1 301 PORTB

 Паралл.ВВ

 порт В Intel 8255

 E2 302 PORTC

 Паралл.ВВ

 порт З Intel 8255

 E3 303 PCNTRL

 Паралл.ВВ

 Управління Intel 8255

 E4 304 CNT0 Лічильник 0 Intel 8253

 E5 305 CNT1 Лічильник 1 Intel 8253

 E6 306 CNT2 Лічильник 2 Intel 8253

 E7 307 TCNTRL

 Таймер / лічильник

 Управління Intel 8253

 E8 308 ADC

 АЦП

 Адреса, дані

 E9 309 STAT

 АЦП

 Стан

 E10 30A START

 АЦП

 запуск

 E11 30B DACO

 ЦАП

 адреса

 E12 30C GATE

 Таймер / лічильник

 стрибає

 E13 30D

 Порт ручки

 Управління

 E14 30E Чи не задіюється.

 E15 30F Чи не задіюється.

 E16 310 Чи не задіюється.

 E17 311 Чи не задіюється.

 E18 312 Чи не задіюється.

 E19 313 Чи не задіюється.

 E20 314 Чи не задіюється.

 E21 315 Чи не задіюється.

 E22 316 Чи не задіюється.

 E23 317 Чи не задіюється.

 E24 318 Чи не задіюється.

 E25 319 Чи не задіюється.

 E26 31A Чи не задіюється.

 E27 31B Чи не задіюється.

 E28 31C Чи не задіюється.

 E29 31D Чи не задіюється.

 E30 31E Чи не задіюється.

 E31 31F Чи не задіюється.

Паралельний порт введення-виведення

Хоча комп'ютер IBM PC і має дуже потужними засобами обробки даних, одного цього йому недостатньо. Він потребує також і в засобах взаємодії із зовнішнім світом. Для обміну даними між комп'ютером і периферійним пристроєм необхідні апаратні засоби вводу-виводу і відповідне програмне забезпечення.

Тимчасові діаграми

Ключем до успішного створення будь-якого інтерфейсу з системою є забезпечення сумісності часового розподілу його роботи з аналогічними параметрами системної шини. У тимчасових діаграмах і таблицях, наведених на рис. 3.5, представлена детальна інформація про тимчасовий розподіл шинних циклів запису і читання для ВВ.

Шинний цикл зазвичай складається з чотирьох робочих періодів тривалістю Т (машинний такт), проте комп'ютер автоматично вводить в цей цикл додатковий період очікування (TW). Таким чином, в комп'ютері весь шинний цикл ВВ містить як мінімум п'ять періодів Т, тобто його тривалість дорівнює приблизно 1,05 мкс. Шинний цикл може бути додатково збільшений шляхом регулювання тривалості сигналу готовності (10 СН RDY) на системній шині. Зверніть увагу на те, що висновки А16-А19 адресної шини комп'ютера не перекладаються в активний стан під час шинних циклів ВВ.

Шинний цикл читання ВВ ініціюється кожен раз, коли мікропроцесор 8088 виконує команду IN. Під час періоду Т1 в активний стан перемикається лінія сигналу ALE, по зрізу якого видається ознака того, що розряди АО-А15 адресної шини містять дійсну адресу порту ВВ. Під час періоду Т2 в активний стан перекладається сигнал управління IOR, який вказує, що відгук адресуемого вхідного порту повинен укладатися у виведенні їм свого вмісту на шину даних. На початку періоду Т4 процесор зчитує інформацію з шини даних, а потім лінія сигналу IOR переводиться в неактивний стан.

Шинний цикл записи ВВ ініціюється кожен раз, коли процесор 8088 виконує команду OUT. Під час періоду Т1 в активний стан перекладається керуючий сигнал ALE, по зрізу якого видається ознака того, що розряди АО-А15 адресної шини (містять дійсну адресу порту. Потім під час періоду Т2 в активний стан перемикається сигнал IOW, який вказує вибраному вихідного порту, що йому слід вважати вміст шини даних. Далі протягом цього ж періоду процесор 8088 виводить на шину дані, які повинні надходити на вихідний порт. На початку періоду Т4 сигнал IOW переходить в неактивний стан і процесор 8088 видаляє дані з шини.

У таблицях, представлених на рис 3.5, наводиться інформація про тимчасові співвідношеннях у вигляді даних для найгіршого випадку по максимуму і мінімуму. Отже, ці дані справедливі для всіх умов навантаження шини і всіх рівнів напруг живлення в межах заданих допусків.

Рис. 3.5. Тимчасові діаграми роботи порту введення виведення. Часовий розподіл шинного циклу читання для порту введення (а) Тимчасове розподіл шинного циклу запису для порту виведення (б).

Сполучення комп'ютера РС з мікросхемою порту вводу-виводу типу Intel 8255

Програмований таймер / лічильник

Програмований таймер ІС КР580ВІ3 містить три незалежних 16-розрядних лічильника, що виконують рахунок у зворотному напрямку. Попередній установка дозволяє задавати двійковий або двійковій-десятковий алгоритм рахунку, причому кожен з лічильників може працювати в одному з шести режимів:

0. Переривання термінального рахунку;

1. Режим мультівібратор;

2. Генератор імпульсний;

3. Генератор меандру;

4. Одиночний програмно формований стробірующій сигнал;

5. Одиночний апаратно стробірующій сигнал.

Частота проходження синхроімпульсів може бути в межах до 2,5 МГц.

У розробляється пристрої на основі таймера-лічильника ІС 8253 реалізована рахункова схема. Джерело напруги 5 В підключається між точками Vccі GND. Лінії D0-D7 підведені до буферізіровать шині даних.

Цифро-аналоговий перетворювач

На ріс.ррр показана внутрішня схемотехнічна організація 8-розрядного ЦАП AD 558 фірми Analog Devices. Коли обидві керуючі лінії вибору кристала знаходяться в активному стані, на 8-розрядний фіксатор надходить байт даних від шини даних. Це 8-розрядне двійкове число зберігається в фіксаторі до тих пір, поки не вибирається наступний кристал. Кожен розряд фіксатора контролює стан транзисторного ключа, чинного на R = 2R резисторную матрицю з лазерною підгонкою, що складається з 16 резисторів. До кінцевого ОУ підключена резисторного ланцюг, за допомогою якої користувач може встановлювати діапазон зміни вихідного сигналу.

На рис. ллл показана схема підключення висновків ЦАП при використанні на інтерфейсній платі. Лінія вибору порту Е11 (порт зовн) инициализирует вибір ЦАП як порту виводу. При перемиканні лінії управління вихідна напруга змінюється в діапазоні 0 ... 2,56 В.

Наявність двох загальних (земляних) висновків у мікросхеми AD558 типово для пристроїв, що реалізують як аналогові, так і цифрові функції. Ці висновки призначені для мінімізації резистивной зв'язку і шуму в ланцюгах проходження аналогового сигналу.

Для зменшення шуму (перешкод) в системі, яка містить як аналогові, так і цифрові компоненти, хороші практичні результати дає використання усюди усередині системи роздільних загальних проводів для аналогових і цифрових схем і з'єднання цих загальних проводів один з одним тільки в одній точці.

Аналого-цифровий перетворювач

Обгрунтування вибору АЦП

4.2 Розрахунок продуктивності

Продуктивність системи розраховується шляхом оцінки повного часу, що витрачається на одне перетворення. Список всіх тимчасових затримок, званих тимчасовим бюджетом, полегшує розрахунок продуктивності.

 Тимчасової бюджет

 Час захоплення ПВЗ 6 мкс

 Час встановлення вихідного сигналу ПВЗ 1мкс

 Час перетворення АЦП 110 мкс

 Затримка, пов'язана з виконанням команди виводу (OUT) і введення (IN) 40 мкс

 Повний час одного перетворення 157 мкс

 Максимальна продуктивність 6369 відлік / c

.

4.3 Розрахунок точності

Для розрахунку точності системи використовується список основних джерел похибок в системі, починаючи від її аналогового входу і закінчуючи цифровим виходом. Інші похибки, не зазначені у таблиці бюджету похибок (похибка, що виникає в результаті спаду напруги на виході ПВЗ в режимі зберігання і т.д.) зневажливо малі (не перевищують 0.01%)

 Бюджет похибок

 Невизначеність напруги ПВЗ 0,2%

 Похибка посилення ПВЗ 0,01%

 Невизначеність квантування в АЦП 0,2%

 Похибки зсуву, посилення і нелінійність АЦП 0,3%

 Похибка АЦП, пов'язана з дрейфом опорного сигналу 0,1%

 Максимальна повна похибка (алгебраїчна сума) 0,81%

 Повна статична похибка (среднеквадратическая) 0,42

Таким чином, гарантується точність не гірше 1%.

Глава5. Розробка програмного забезпечення

Методика розробки ПЗ передбачає кілька етапів, які багато в чому збігаються з етапами розробки системи в цілому

1) точна постановка проблеми;

2) вибір алгоритмів і вираз їх в термінах і поняттях конкретних операційних і апаратних засобів системи,

3) вибір мови програмування,

4) специфікація структури програм,

5) кодування (програмування),

6) налагодження програм і тестування на контрольних прикладах,

7) перегляд попередніх етапів за результатами налагодження,

8) документальний супровід.

Програмне забезпечення підрозділяється на загальне та спеціальне. Загальне програмне забезпечення АСУ ТП являє собою ту частину ПО, яку зазвичай поставляють в комплекті із засобами обчислювальної техніки. Найважливіша частина загального ПО - операційна система, яка являє собою комплекс програм, які здійснюють управління обчислювальним процесом і реалізують найбільш загальні алгоритми обробки інформації та управління стандартними УВВ для конкретної ЕОМ. Потреба в операційній системі в разі застосування керуючих ЕОМ обумовлена двома основними факторами: ефективним використанням обчислювальних ресурсів, зокрема, часу і пам'яті ЕОМ, а також швидкістю реакції на події, що відбуваються в технологічному процесі. Операційна система складається з деякої головної програми, званої супервизором чи монітором, і набору спеціальних системних підпрограм, що працюють під управлінням головної програми. Операційна система в програмному забезпеченні АСУ ТП є тією «обчислювальним середовищем», в якій існують спеціальні програми, що реалізують власне автоматизоване управління технологічним процесом. Операційна система забезпечує виконання загальносистемних процедур, а також всіх стандартних операцій, використовуваних при роботі програмних модулів спеціального програмного забезпечення.

До загальносистемних процедур відносяться:

- Розподіл ресурсів процесора між програмними модулями відповідно до їх пріоритетів;

- Робота з системою переривань і запуск або зупинка окремих модулів відповідно до стану системи переривань;

- Синхронізація роботи програмних модулів засобами операційної підсистеми синхронізації подій з метою реалізації необхідних причинно-наслідкових зв'язків і послідовностей в процесі управління;

- Організація єдиної служби часу в рамках даної системи і виконання всіх необхідних операцій, пов'язаних з використанням абсолютних або відносних значень часу (інформація про поточний час доби, відлік інтервалів часу, хронометрирование заданих технологічних операцій і т. П.);

- Контроль і діагностика працездатності керуючого обчислювального комплексу.

Розробка програми виведення інформації про параметри процесу на екран ЕОМ.

Використовуючи розроблену справжнім дипломом плату і відеокарту персонального комп'ютера, можна перетворити ЕОМ в цифровий осцилограф для збору і обробки аналогових даних про стан процесу буріння.

Програма для цифрового осцилографа написана на мові Сі. Цей продукт призначений для візуалізації знімаються з датчиків параметрів, що значно полегшує їх подальший аналіз. Програма дозволяє приймати по одному каналу і відтворювати аналоговий сигнал з обраної швидкістю дискретизації. Реалізовані тут функції дають можливість маніпулювати даними самими різними способами, зокрема здійснювати фільтрацію нижніх частот, диференціювання та інтегрування. При розробці використовувався компілятор Сі фірми Microsoft. Лістинг програми представлений у додатку 1.

Розробка Бейсік-програми для керування роботою АЦП

Цикл команд OUT і INP виконується в Бейсік приблизно за 5 мс, так що частота вибірки обмежена величиною, трохи меншою 200 відлік / c. Програма представлена в додатку 2.

Розробка програми для вибірки даних від АЦП

Програма написана на мові Сі для вибірки від АЦП каналу 1 з інтервалом в 5 мс і посилки кожного вибраного значення в ЦАП. Лістинг програми представлений в додатку 3.
Двовісний індикаторний стабілізатор телекамер на ВО
МГТУ ім. Баумана. Факультет Інформатики та систем управління. Кафедра ІУ-2. Розрахунково-пояснювальна записка до дипломної роботи на тему: "Двохвісний індикаторний гіростабілізатора телекамери на ВОГ" Студент (Носов Н.А.) Керівник проекту (Фатєєв В.В.) 1996 Введення Телевізійна техніка

Датчики потоку
Міністерство освіти і науки Республіки Білорусь Білоруська державна політехнічна академія Кафедра "Інформаційно-вимірювальна техніка " Курсовий проект з дисципліни "Первинні вимірювальні перетворювачі ІВС" на тему "Конструкція і схема застосування датчика температури

Гідросистема причіпного скрепера
Українська державна будівельна корпорація Українська державна будівельна "Укрбуд" миколаївський будівельний коледж Курсова робота по предмету: "гідравліка й гідропривід" на тему: "гідросистема причіпного скрепера". 2.1.3.090214 120 КР 005 46000 Керівник проекту:

Газоперекачувальні агрегати
Транспортування газу Газ повинен бути доставлений споживачам найоптимальнішим і економічно ефективним шляхом з дотриманням все зростаючих вимог щодо підвищення надійності та безпеки поставок. Він транспортується по магістральних газопроводах під високим тиском (від 50 до 75 кг / см2). Для

Високовольтний елегазовий баковий вимикач ВГБ-35
ЗАВДАННЯ НА ПРОЕКТУВАННЯ На підставі технічних даних високовольтного елегазового вимикача (Uном = 35 кВ, Iном = 630 А, Iном.о = 12,5 кА), виконати наступні роботи: Ознайомитися з техніко-економічною характеристикою апарату. Провести розрахунок електричної ізоляції. Провести розрахунок токоведущего

Вибір оптимального варіанту підвищення потужності турбообводом у складі енергоблоку ВВЕР-640
Санкт-Петербурзький Державний Технічний Університет Енергомашинобудівний факультет Кафедра Атомних і теплових енергетичних установок Курсова робота Дисципліна: Режими роботи та експлуатації атомних електричних станцій Тема: Вибір оптимального варіанту підвищення потужності турбообводом у складі

Можливості радіолокаційного тренажера NMS-90 і його використання для вирішення завдань розбіжності судів в умовах обмеженої видимості
ГЛАВА 2. Можливості РЛТ NMS-90 для вирішення задач розбіжності в умовах обмеженої видимості. 2.1 Програмування вправи Програмування вправи полягає в наборі з ПІ даних по ньому в наступних режимах: - TIME DATA - MODEL SPEC - SHIP ENVIR - RADAR SPEC - SHIP ROUTE - SHIP SPEC - AREA SPEC - MAP

© 2014-2022  8ref.com - українські реферати