(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドローワークスシステムを制御するための方法であって、
ロードピンを用いて、ドローワークスシステムのフックにかかる荷重を測定するステップと、
前記ロードピンを用いて、前記測定された荷重を前記測定された荷重を表すデジタル値に変換するステップであって、前記デジタル値は、前記測定された荷重の値を工学単位で表す、ステップと、
前記ロードピンから、前記測定された荷重を表すデジタル値をデリックに位置する制御システムに転送するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
少なくとも部分的に、前記測定された荷重を表す前記転送されたデジタル値に基づいて、前記制御システムを用いて、前記ドローワークスシステムの動作を調節するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記変換するステップは、
前記ロードピンの変換器歪みゲージを用いて、前記測定された荷重を前記測定された荷重を表すアナログ電圧に変換するステップと、
前記ロードピンのアナログ／デジタルコンバータを用いて、前記測定された荷重を表すアナログ電圧をデジタル値に変換するステップと、
前記ロードピンのＭＣＵを用いて、前記荷重の測定値における既知の変動を考慮するために、前記デジタル値を補償し、前記測定された荷重を表すデジタル値を得るステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記測定された荷重は、張力値として表される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ロードピンは、前記ドローワークスシステムのトラベリングブロック、掘削フック、およびトップドライブのうちの少なくとも１つに結合される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記転送するステップは、物理的通信バスおよび無線通信システムのうちの少なくとも１つを介して、前記デジタル値を転送するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ロードピンであって、
ドローワークスシステムのフックにかかる荷重を測定するための歪みセンサと、
前記歪みセンサに結合された電子回路であって、
測定された荷重を前記測定された荷重を表すデジタル値に変換するステップであって、前記デジタル値は、前記測定された荷重の値を工学単位で表す、ステップと、
前記ロードピンから、前記測定された荷重を表すデジタル値をデリックに位置する制御システムに転送するステップと、
を含むステップを行うように構成される、電子回路と、
を備える、ロードピン。
【請求項８】
前記電子回路は、
前記歪みセンサに結合される演算増幅器と、
前記演算増幅器に結合されるアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）と、
を備える、請求項７に記載のロードピン。
【請求項９】
前記電子回路はさらに、前記アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）の出力のスケーリングおよびオフセット変換を含むステップを行うように構成される、請求項８に記載のロードピン。
【請求項１０】
前記電子回路は、
前記ロードピンの変換器歪みゲージを用いて、前記測定された荷重を前記測定された荷重を表すアナログ電圧に変換するステップと、
前記ロードピンのアナログ／デジタルコンバータを用いて、前記測定された荷重を表すアナログ電圧をデジタル値に変換するステップと、
前記ロードピンのＭＣＵを用いて、前記荷重の測定値における既知の変動を考慮するために、前記デジタル値を補償し、前記測定された荷重を表すデジタル値を得るステップと、
を含むステップを行うように構成される、請求項７に記載のロードピン。
【請求項１１】
前記ロードピンは、前記ドローワークスシステムのトラベリングブロック、掘削フック、およびトップドライブのうちの少なくとも１つに結合されるように構成される、請求項７に記載のロードピン。
【請求項１２】
前記転送するステップは、物理的通信バスおよび無線通信システムのうちの少なくとも１つを介して、前記デジタル値を転送するステップを含む、請求項７に記載のロードピン。
【請求項１３】
コンピュータプログラム製品であって、
コンピュータ可読媒体であって、
ドローワークスシステムのフックにおいて測定された荷重に関するデータを受信するステップと、
前記測定された荷重を前記測定された荷重を表すデジタル値に変換するステップであって、前記デジタル値は、前記測定された荷重の値を工学単位で表す、ステップと、
前記測定された荷重を表すデジタル値をデリックに位置する制御システムに転送するステップと
を含むステップを行うためのコードを備える、コンピュータ可読媒体
を備える、コンピュータプログラム製品。
【請求項１４】
前記測定された荷重は、張力値として表される、請求項１３に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１５】
前記張力値は、前記ドローワークスシステムのトラベリングブロック、掘削フック、およびトップドライブのうちの少なくとも１つから測定される、請求項１４に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１６】
前記転送するステップは、物理的通信バスおよび無線通信システムのうちの少なくとも１つを介して、前記デジタル値を転送するステップを含む、請求項１３に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１７】
前記媒体はさらに、前記測定された荷重のスケーリングおよびオフセット変換を含むステップを行うためのコードを備える、請求項１３に記載のコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連特許出願の相互参照）
本特許出願は、２０１５年２月２３日に出願され“Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｌｏａｄ  Ｐｉｎ  ｆｏｒ  Ｄｒａｗ−ｗｏｒｋｓ”と題されたＭａｒｔｉｎらに対する米国特許仮特許出願第６２／１１９，３９７の優先権の利益を主張するものであり、該仮特許出願は、参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
（開示の分野）
本開示は、油井およびガス井における掘削動作のために使用される機器に関する。より具体的には、本開示は、知的様式においてドローワークスのフックにかかる荷重を測定するための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
フック荷重を測定および報告する従来の方法は、１９２６年以降、あまり変化していない。本分野における１つの有意な変化は、ダイヤフラムタイプの荷重インジケータの使用から荷重軸受ピンと統合される歪みセルへの移行であった。時間と共にいくらかの漸進的な改良がされてきたが、それ以降、有意な変化はない。従来の歪み測定に関する１つの問題は、工学単位への変換までの歪み測定の長い通信経路である。経路内の各構成要素は、データが工学単位となるまで、新しい雑音源および新しい可能性として考えられる誤差の進入点を作り出す。図１は、先行技術による、制御システムへの測定値からのフック荷重信号のための従来の経路および処理ステップを図示する、ブロック図である。特に、図１は、２つの処理経路１４０および１５０を図示する。経路１４０および１５０は両方とも、ピン１１０、デリックキャビネット１１２、および制御キャビネット１１４内に異なるように配列される、類似機器（センサ１２２、コンバータ１２４、障壁１２６、障壁１２８、コンバータ１３０、スケーラ１３２、およびコントローラ１３４）を含む。機器はそれぞれ、測定された歪みを最終工学単位測定（キップ等）に変換するように配列される。
【０００４】
図１は、変換器からＨＭＩディスプレイに導出されるフック荷重測定値のための信号の異なるプロセスフローを図示する。ピン内の歪みゲージは、本質的に安全な障壁内で受け取られる、ミリボルト信号を出力する。障壁は、次いで、本ミリボルト信号をミリアンペア信号に変換し、次いで、信号を観測所（例えば、接続箱）から制御キャビネットに駆動する。制御キャビネットの内側では、制御システムが、電流信号を受け取るか、またはある場合には、制御システムＩ／Ｏデバイス上のアナログ入力へと終端される、０〜１０ボルト信号に信号を変換する、別の本質的に安全な障壁に本信号を提示するかのいずれかを行うであろう。本信号は、ここでは、オリジナル歪みゲージの最小および最大出力を表す。ＰＬＣは、一般に、トンまたはキップで表される、荷重を測定するための「実際」値を求めるように命令が与えられる。ＰＬＣ内のアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータは、既知の最小および最大値をとる公式に基づいて、ユーザにデータを提示するための値を割り当て、デルタ間の差異に基づいて、傾きを生成する。要するに、実際値は、歪みゲージに印加される力の量に基づいて、ユーザに表示される。
【０００５】
従来のフック荷重測定は、現在、トップドライブをトラベリングブロックに接続するピン内に据え付けられたロードセル、クラウンブロック上のピン内に据え付けられたロードセル、デッドライン内に据え付けられたロードセル、および鋼鉄製ワイヤロープ（ＳＷＲ）上に据え付けられた歪み測定センサを含む、いくつかの異なる方法から導出される。最初の３つの方法は、掘削請負業者の所有物に関わる一方、４つ目は、第三者泥水検層サービス提供業者によって据え付けられる。第４のタイプの据付の魅力は、任意のリグベースの器具類に依存せず、ブロックを運転休止することなく、容易に据え付けられることができることである。欠点は、破損、湿潤を被りやすく、その正確度が疑わしいことである。
【０００６】
荷重測定がデッドラインから行われる、第３の方法も、従来の方法であって、ステップダウンピストンと、表示されるべき電気信号に変換するであろう、機械的ゲージまたは圧力センサに直接接続される、油圧ホースとから成る。本方法の利点として、単純性、アクセスの容易性、および問題解決が簡単であることが挙げられる。不利点は、測定点から非常に離れて位置するため、付随する湿潤、遅延、および測定における全体的正確度の懸念である。ＷＯＢおよびＨＬの変動は、直接、制御プロセスならびに掘削プロセスに影響を及ぼし得る。
【０００７】
第２の方法は、測定場所を測定されることが意図されるものにはるかに近接して設け、歪みゲージセンサを使用することによって、油圧回路および圧力変換器の問題を除去することによる、第３の改良版である。１つまたはそれを上回る歪みゲージセンサが、クラウンブロックをその位置に係止するために要求される、各耐荷重クレビスピン内に位置する。ある従来の据付は、４つのロードピンを含み、４つの荷重測定を提供する。海洋環境における正確な測定のために、４つのピンを横断する荷重分散が均質でないことが予期されるため、全４つのセンサが動作する必要がある。
【０００８】
製造プロセスの間、歪みゲージロードセルは、油圧プレスにかかるその意図される荷重の全範囲に暴露される。また、本プレスの中には、ＮＩＳＴ（米国国立標準技術研究所）まで追跡可能である較正ロードセルも組み込まれる。較正証明書には、ロードセルとともに、２つまたはそれを上回る（典型的には、約１０の）較正値対が付随されるであろう。歪みゲージロードセルは、本来、ｍＡ（電流ループ）を出力しないため、特殊信号調整器（例えば、ＫＦＤ２−ＷＡＣ−Ｖｘ１ｄ）が、要求される。歪み測定は、励起電圧をホイートストンブリッジ上の２つの点を横断するように供給し、次いで、他側の得られた電圧を測定することによって遂行される。歪みセルに特有の信号は、励起電圧および測定区分の抵抗のその変動に比例する。信号単位は、結果として、ｍＶ／Ｖとなる。本形態における信号は、直接、制御システムによって使用されることができない。前述の信号調整器が、ｍＶ／Ｖ測定値を電流ループ信号（４〜２０ｍＡ）に変換する。本得られた信号は、制御システムによって使用されることができるが、しかしながら、本信号および工場較正を使用するために、歪みゲージセルおよび信号調整器は、常時、接続され、回路内の具体的ロードセルと対合されなければならない。信号調整器は、「ゼロ」および「スパン」調節（ポテンショメータまたはデジタルで構成される）を有し、これらが現場で調節される、または異なる調整器が使用される場合、工場較正を無効にする。
【０００９】
据付プロセスの間に本産業において時として見られる欠点は、いったんロードセルが現場に据え付けられると、同一係数を導出する別の努力が行われるが、これは、大まかに推定される荷重を用いて行われる。本現場内較正を遂行するために、現場技術者は、リグ作業員が可能な限りの最大荷重をフックに印加することを要求するであろう。印加される荷重は、概算値であって（基準セルが船上で利用可能でない限り）、通常、ロードセルの全範囲は、動作中ではない限り、海上で完全に実現されることはできない。本方法に関する問題は、使用される基準荷重がＮＩＳＴまたは既知の規格に対して較正されず、印加される荷重が全範囲にわたるものではなく、ロードセルまたは障壁を取り替えるとき、動作がドローワークスの再較正を要求し、かつ測定が現場誤差を被ることである。
【００１０】
前述の問題に対する明白な回答は、オリジナル較正を使用することである。これが現在常時行われていない理由は、明確ではない。かつては使用されていたが、測定荷重および実際の荷重が合致しなかった場合、現場での最も単純な解決策が、測定値を調節し、リグ搭載の試験荷重と整合させることであったのであろうと推測され得る。これは、次いで、現場内「再較正」が行われることを要求するであろう。前述のように、デッドラインに据え付けられるロードセルもまた、存在する。これらのロードセルは、測定点からより離れているため、あまり正確ではないであろう。ロードピンおよびデッドラインロードセルが両方とも据え付けられ、測定が相互に協働し得ることを確実にする場合、システム内の摩擦損失が、考慮される必要がある。これらの損失の一部を推定するために典型的に使用される、単純モデルは、以下の方程式に示される。
【数１】
0006506420.tif 000002
式中、ｅｔ−ｍｅｃｈ＝索具効率＝１．０１５であって、Ｎｌ＝ライン数であって、Ｆｈｌ＝観察されるフック荷重であって、Ｆｆｓ＝ファストラインにかかる荷重であって、以下となる。
【数２】
0006506420.tif 000003
【００１１】
前述の計算は、索具効率のみに対処し、他の摩擦損失も、考慮される必要があるであろう。２０１２年、フック荷重が、Ｕ．ＭＭＥ（ＮＴＮＵ）によって、「フックに取り付けられるドリルストリングに作用する力の垂直成分の和」として定義された。バケットピン式ロードセル据付に関してさえ、他の摩擦損失が予期される。比較的に小さいことが予期されるが、それらの損失は、定量化されるべきである。制御システム内のフック荷重測定の重要性は、種々の動作の間のフック荷重のある偏差に基づいて、構成される応答を実行することである。フック荷重値の信頼性がない場合、これは、システムが予測可能様式で応答し得ないため、ユーザに課題を呈する。
【００１２】
まず、一部のシステム供給者は、実際には較正ではないにもかかわらず、荷重測定の現場内再スケーリングを較正と称していることを認識することが重要である。現場内再スケーリングは、十分ではなく、その結果、不必要な誤差を荷重測定に導入している。本誤差は、過去に複数の据付の再較正の必要性に寄与したように、十分に有意であると言える。工場試験の際、これらのロードセルは、一連の試験に合格している。ピンは、その使用可能範囲を受けさせられ、製造業者は、ピンの歪み測定回路からの電気信号を実作業荷重にマップする、テーブルを作成する。本マッピングは、ＮＩＳＴ追跡可能ロードセルを使用することによって、ある程度の正確度を伴って遂行される。
【００１３】
従来、２回またはそれを上回る「較正」が、ドローワークスロードセルのために行われ得る。第１の較正は、工場で生じ、そこでロードセルは、その力の範囲に暴露される。これらの力の測定は、工場に恒久的に常駐する、ＮＩＳＴ（米国国立標準技術研究所）の追跡可能ロードセルを用いて行われる。具体的ピンおよび電気信号に関して、これらの力は、工場較正プロセスの間に捕捉され、ロードセルの証明書とともに、テーブルとして提供される。いったんロードセルが搭載されて据え付けられると生じる、第２の較正は、現場手順を使用した現場較正である。手順を要約すると、既知の荷重（例えば、ＮＩＳＴ）とは対照的に、推定される荷重を用いて、ドローワークス内に嵌合された状態でロードセルを暴露するように試みる。別の欠点は、ロードセルがその全範囲ではなく、一部のみに暴露されることである。クラウンまたはトラベリングブロックピンによって被られる荷重は、全ロードセルを横断して等しくないであろう。これは、滑車輪の荷重分散および機械的結合からの非対称摩擦損失に起因する。本不均等性は、オリジナル設計との相違を生じさせ得ることになり、現場較正を設けることが定着した。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
トラベリングブロックにおける荷重の測定は、正確な結果を生成することができる。処理のためのセンサによって生成されるミリボルト（ｍＶ）信号から工学単位への変換の様式は、直接、本正確度に影響を及ぼす。システムは、改良された変換プロセスおよび増加された正確度を提供する、従来のロードピンを含む、ロードピンと併用するために適合されることができる。そのようなシステムは、「スマートロードピン」を含んでもよい。
【００１５】
スマートロードピンは、制御ソフトウェアが故障を検出可能であるような知的自己診断、それが動作するために要求される外部構成要素が殆どないこと、既知の規格に対して工場較正を制御条件下で行うこと等によって一定の再較正を要求しないこと、ヒステリシス凹形率誤差を最小限にし、過剰な複雑性を導入することなく、フック荷重における最大測定限界の少なくとも１％正確度を改良すること、加速度計およびレートジャイロ等のピン内に統合される付加的センサを含み、ピンおよびトップドライブ自体についてのより多くの動きデータを提供すること、温度補償を箔歪みゲージ設計のものを上回る測定値に適用すること、フィールドバスプロトコルを経由して本情報を通信し、全補償が適用された工学単位における荷重の報告を促進すること、フィールドバスプロトコル内の誤差チェックを通してデータの完全性を改良すること、ロードピンを取り替えるとき、制御システムコードを更新する要件を除去すること、現在設置されているものと同一配線（サービスループ）を活用すること、ロードセルからのロバストな無線通信技術の代わりに、またはそれに加えてのいずれかにおいて同様に使用され得る、フィールドバス通信を提供すること、および／または付加的電子機器が、ロードセルの既存の空洞内に嵌合される、または据え付けられる、またはロードセルのすぐ外側かつそれに隣接して据え付けられることを可能にすることによって、現在使用中のものと同一ロードピン筐体設計を使用することを含む、１つまたはそれを上回る特徴を含み得る。
【００１６】
一実施形態によると、ドローワークスシステムを制御するための方法は、ロードピンを用いて、ドローワークスシステムのフックにかかる荷重を測定するステップ、ロードピンを用いて、測定された荷重を測定された荷重を表すデジタル値に変換するステップであって、デジタル値は、測定された荷重の値を工学単位で表す、ステップと、ロードピンから、測定された荷重を表すデジタル値をデリックに位置する制御システムに転送するステップ、および／または少なくとも部分的に、測定された荷重を表す受信されたデジタル値に基づいて、制御システムを用いて、ドローワークスシステムの動作を調節するステップを含んでもよい。
【００１７】
前述は、続く発明を実施するための形態がより深く理解され得るようにするために、本発明の実施形態のある特徴および技術的利点を非常に広義に概略している。本発明の請求項の主題を形成する、付加的特徴および利点も、以下に説明されるであろう。開示される概念および具体的実施形態は、同一または類似目的を実施するために、修正または他の構造の設計のための基礎として容易に利用され得ることが、当業者によって理解されるはずである。また、そのような均等物構造は、添付の請求項に記載の本発明の精神および範囲から逸脱しないことが、当業者によって認識されるはずである。付加的特徴は、付随の図と併せて検討されるとき、以下の説明からより深く理解されるであろう。しかしながら、図はそれぞれ、例証および説明のみを目的として提供され、本発明を限定することを意図するものではないことは、はっきりと理解されたい。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
ドローワークスシステムを制御するための方法であって、
ロードピンを用いて、ドローワークスシステムのフックにかかる荷重を測定するステップと、
前記ロードピンを用いて、測定された荷重を前記測定された荷重を表すデジタル値に変換するステップであって、前記デジタル値は、前記測定された荷重の値を工学単位で表す、ステップと、
前記ロードピンから、前記測定された荷重を表すデジタル値をデリックに位置する制御システムに転送するステップと、
を含む、方法。
（項目２）
少なくとも部分的に、前記測定された荷重を表す受信されたデジタル値に基づいて、前記制御システムを用いて、前記ドローワークスシステムの動作を調節するステップをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記変換するステップは、
前記ロードピンの変換器歪みゲージを用いて、前記測定された荷重を前記測定された荷重を表すアナログ電圧に変換するステップと、
前記ロードピンのアナログ／デジタルコンバータを用いて、前記測定された荷重を表すアナログ電圧をデジタル値に変換するステップと、
前記ロードピンのＭＣＵを用いて、前記荷重の測定値における既知の変動を考慮するために、前記デジタル値を補償し、前記測定された荷重を表すデジタル値を得るステップと、
を含む、項目１に記載の方法。
（項目４）
前記測定された荷重は、張力値として表される、項目１に記載の方法。
（項目５）
前記ロードピンは、前記ドローワークスシステムのトラベリングブロック、掘削フック、およびトップドライブのうちの少なくとも１つに結合される、項目１に記載の方法。
（項目６）
前記転送するステップは、物理的通信バスおよび無線通信システムのうちの少なくとも１つを介して、前記デジタル値を転送するステップを含む、項目１に記載の方法。
（項目７）
ロードピンであって、
ドローワークスシステムのフックにかかる荷重を測定するための歪みセンサと、
前記歪みセンサに結合された電子回路であって、
測定された荷重を前記測定された荷重を表すデジタル値に変換するステップであって、前記デジタル値は、前記測定された荷重の値を工学単位で表す、ステップと、
前記ロードピンから、前記測定された荷重を表すデジタル値をデリックに位置する制御システムに転送するステップと、
を含むステップを行うように構成される、電子回路と、
を備える、ロードピン。
（項目８）
前記電子回路は、
前記歪みセンサに結合される演算増幅器と、
前記演算増幅器に結合されるアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）と、
を備える、項目７に記載のロードピン。
（項目９）
前記電子回路はさらに、前記アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）の出力のスケーリングおよびオフセット変換を含むステップを行うように構成される、項目８に記載のロードピン。
（項目１０）
前記電子回路は、
前記ロードピンの変換器歪みゲージを用いて、前記測定された荷重を前記測定された荷重を表すアナログ電圧に変換するステップと、
前記ロードピンのアナログ／デジタルコンバータを用いて、前記測定された荷重を表すアナログ電圧をデジタル値に変換するステップと、
前記ロードピンのＭＣＵを用いて、前記荷重の測定値における既知の変動を考慮するために、前記デジタル値を補償し、前記測定された荷重を表すデジタル値を得るステップと、
を含むステップを行うように構成される、項目７に記載のロードピン。
（項目１１）
前記ロードピンは、前記ドローワークスシステムのトラベリングブロック、掘削フック、およびトップドライブのうちの少なくとも１つに結合されるように構成される、項目７に記載のロードピン。
（項目１２）
前記転送するステップは、物理的通信バスおよび無線通信システムのうちの少なくとも１つを介して、前記デジタル値を転送するステップを含む、項目７に記載のロードピン。
（項目１３）
コンピュータプログラム製品であって、
非有形コンピュータ可読媒体であって、
ドローワークスシステムのフックにかかる荷重に関するデータを受信するステップと、
測定された荷重を前記測定された荷重を表すデジタル値に変換するステップであって、前記デジタル値は、前記測定された荷重の値を工学単位で表す、ステップと、
前記測定された荷重を表すデジタル値をデリックに位置する制御システムに転送するステップと
を含むステップを行うためのコードを備える、非有形コンピュータ可読媒体
を備える、コンピュータプログラム製品。
（項目１４）
前記測定された荷重は、張力値として表される、項目１３に記載のコンピュータプログラム製品。
（項目１５）
前記張力値は、前記ドローワークスシステムのトラベリングブロック、掘削フック、およびトップドライブのうちの少なくとも１つから測定される、項目１４に記載のコンピュータプログラム製品。
（項目１６）
前記転送するステップは、物理的通信バスおよび無線通信システムのうちの少なくとも１つを介して、前記デジタル値を転送するステップを含む、項目１３に記載のコンピュータプログラム製品。
（項目１７）
前記媒体はさらに、前記測定された荷重のスケーリングおよびオフセット変換を含むステップを行うためのコードを備える、項目１３に記載のコンピュータプログラム製品。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
開示されるシステムおよび方法のより完全な理解のために、ここで、付随の図面と関連して検討される以下の説明を参照する。
【００１９】
【図１】図１は、先行技術による、制御システムへの測定値からのフック荷重信号のための従来の経路および処理ステップを図示する、ブロック図である。
【図２】図２は、本開示の一実施形態による、スマートロードピンから、測定値からのフック荷重信号を制御システムに伝送するための処理経路およびステップを図示する、ブロック図である。
【図３】図３Ａおよび３Ｂは、本開示の一実施形態による、歪みセンサを表す正方形を含む、スマート器具類を伴うバケットピンロードセルの３次元レンダリングであって、概算であるが、限定ではない、位置を示す。
【図４】図４は、本開示の一実施形態による、ロードピンからの測定値を伴う信号処理のための電気レイアウトを図示する、回路図である。
【図５】図５は、本開示の一実施形態による、プロセッサが歪み測定デバイスとインターフェースをとるための一次インターフェースを図示する、ブロック図である。
【図６】図６は、本開示の一実施形態による、スマートロードピンからの入力を用いて、掘削作業システムを制御する方法を図示する、フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
スマートピンは、デジタルデータを介して、事前にスケーリングされ、事前に較正された荷重信号を送信することによって（フィールドバス等を経由して）、フック荷重を解釈する制御システムに代わる。本信号は、ここでは、「パススルー」値となり、標準的変換方法を使用して、フック荷重を表示することができる。歪み測定に加え、付加的器具類も、ロードピン内に据え付けられ、歪み測定値を用いて通信プロトコル上で多重化される。一実施例は、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）の含有である。ブロック動きの空間測定におけるＩＭＵの多くの用途が存在するが、歪み感知の視点から、これはさらに、ロードピンの対を横断する非対称荷重を識別およびモデル化することに役立つであろう。報告されるピン荷重が合理的に均等ではない場合、これは、ピン上の機器の非対称荷重に起因し得る。この原因の１つは、ラベリング機器の不整合の結果であり得る。
【００２１】
図２は、掘削用途のための内部に設けられたロードピンの実施例を図示する。図２は、本開示の一実施形態による、スマートロードピンから、測定値からのフック荷重信号を制御システムに伝送するための処理経路およびステップを図示する、ブロック図である。ロードピン２１０は、歪みセンサ２１２と、演算増幅器２１４と、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）２１６と、スケーリングおよびオフセット変換ブロック２１８とを含んでもよい。ロードピン２１０は、図３Ａおよび３Ｂにより詳細に示される。図３Ａおよび３Ｂは、本開示の一実施形態による、歪みセンサを表す正方形を含む、スマート器具類を伴うバケットピンロードセルの３次元レンダリングであって、概算であるが、限定ではない、位置を示す。図２に戻って参照すると、歪みは、センサ２１２によってミリボルト信号に変換され、ロードピン２１０において工学単位（キップ等）に対応する信号に処理されてもよい。この工学単位信号は、デリックキャビネット２２０の障壁２２２ならびに制御キャビネット２３０の障壁２３２およびコントローラ２３４において処理されてもよい。他の実施形態では、増幅器２１４、ＡＤＣ２１６、ならびにスケーリングおよびオフセット変換ブロック２１８が、演算増幅器２１４、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）２１６、ならびにスケーリングおよびオフセット変換ブロック２１８と類似タスクを遂行するステップを行うように構成されるコードを実行するために、プロセッサ内に実装されてもよい。
【００２２】
図２のピン２１０のようなスマートピンのための１つの回路設計は、図４に図示される。電圧調整器４０４が、スマートピン搭載集積回路（ＩＣ）のための源電力のために安定した電圧を提供するために使用されてもよい。演算増幅器４０８Ａ−Ｄ（器具類演算増幅器）が、ホイートストンブリッジ４０６Ａ−Ｄから受信された信号の増幅のためにｍＶ／Ｖ信号に適用されてもよく、基準電圧も同様に、測定されてもよい。熱電対４１４は、スマートロードピンの温度を監視し、プロセッサ（コントローラ等）４１２に、これらの熱変動を補償する能力を提供してもよい。慣性動きユニット（ＩＭＵ）４１６は、姿勢測定のための多自由度を提供してもよい。フィールドバス通信インターフェース４１８は、プロセッサ４１２によって、データを制御システムに、または直接器具類デバイス／ネットワークに転送するために使用されてもよい。
【００２３】
スマートロードピンのための１つの場所は、信号に最も影響を及ぼさない、サービスループ内のケーブル上である。さらに、ロードピンは、環境に基づいて、種々の遮蔽体および絶縁体を含んでもよい。加えて、種々のボーレートが、データパケットを伝送し、十分な正確度を見出すために使用されてもよい。さらに、前方誤り訂正またはチャネルコーディングが、データに適用され、データ伝送における誤差を制御してもよい。
【００２４】
一実施形態では、プロセッサ４１２は、ＭＣＵであってもよい。ＭＣＵ４１２に提供される臨界測定の多くは、専用ＡＤＣを通してパスされ得るが、代替として、補助測定のための集積ＡＤＣが、含まれてもよい。一実施形態では、ＭＣＵのためのボードの寸法は、約１９ｍｍより小さく、温度範囲４０Ｃ〜１００Ｃ内で動作可能であってもよい。さらに、ＭＣＵ４１２への通信は、Ｉ２Ｃおよび／またはＳＰＩプロトコルを使用してもよく、ＪＴＡＧ等のデバッギングポートが、含まれてもよい。
【００２５】
図５は、本開示の一実施形態による、プロセッサが歪み測定デバイスとインターフェースをとるためのインターフェースを図示する、ブロック図である。プロセッサ５０２は、スマートロードピン内に統合され得る、１つまたはそれを上回る歪みゲージ回路からデータを受信してもよい。プロセッサ５０２はまた、ＩＭＵまたは他の構成要素から、Ｉ２Ｃインターフェースを経由して、Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚ、Ｗｘ、Ｗｙ、およびＷｚベクトル値等のデータを含む、データを受信してもよい。プロセッサ５０２は、値を算出し、別のプロセッサまたはコントローラを用いた試験またはさらなる処理のためのＵＡＲＴレベルシフト出力シリアルデータを出力し、Ｐｒｏｆｉｃｈｉｐとの統合のためのＳＰＩ−出力を出力してもよい。さらに、プロセッサ５０２は、ＵＳＢバス等を経由して、デバッグ情報を伝送し、新しいフラッシュプログラミングを受信するためのインターフェースを含んでもよい。
【００２６】
図６は、本開示の一実施形態による、スマートロードピンからの入力を用いて、掘削作業システムを制御する方法を図示する、フロー図である。方法６００は、ブロック６０２から開始し、ロードピンを用いて、ドローワークスシステムのフックにかかる荷重を測定する。次いで、ブロック６０４では、方法６００は、ロードピンを用いて、測定された荷重を測定された荷重を表すデジタル値に変換するステップに進み、デジタル値は、測定された荷重の値を工学単位で表す。次に、ブロック６０６では、方法６００は、ロードピンから、測定された荷重を表すデジタル値をデリックに位置する制御システムに転送するステップに進む。次いで、ブロック６０８では、方法６００はさらに、少なくとも部分的に、測定された荷重を表す受信されたデジタル値に基づいて、制御システムを用いて、ドローワークスシステムの動作を調節するステップを含んでもよい。
【００２７】
図２および６の概略フロー図は、概して、論理フロー図として記載される。したがって、描写される順序および標識されたステップは、開示される方法の側面を示す。図示される方法の１つもしくはそれを上回るステップまたはその一部と機能、論理、または効果が同等である、他のステップおよび方法も、想起され得る。加えて、採用される形式および記号は、方法の論理ステップを説明するために提供され、方法の範囲を限定するものと理解されない。種々の矢印タイプおよび線タイプが、フロー図内で採用され得るが、それらは、対応する方法の範囲を限定するものと理解されない。実際、いくつかの矢印または他のコネクタは、方法の論理フローのみを示すために使用され得る。例えば、矢印は、描写される方法の列挙されたステップ間の規定されていない持続時間の期間の待機または監視を示してもよい。加えて、特定の方法が生じる順序は、示される対応するステップの順序に厳密に準拠してもよい、またはそうではなくてもよい。
【００２８】
ファームウェアおよび／またはソフトウェア内に実装される場合、前述の機能は、１つまたはそれを上回る命令またはコードとしてコンピュータ可読媒体上に記憶されてもよい。実施例として、データ構造でエンコードされた非一過性コンピュータ可読媒体およびコンピュータプログラムでエンコードされたコンピュータ可読媒体が挙げられる。コンピュータ可読媒体は、物理的コンピュータ記憶媒体を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされ得る、任意の利用可能な媒体であってもよい。一例として、限定ではないが、そのようなコンピュータ可読媒体として、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的に消去可能なプログラマブル読取専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、コンパクトディスク読取専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）もしくは他の光ディスク記憶、磁気ディスク記憶もしくは他の磁気記憶デバイス、または所望のプログラムコードを命令もしくはデータ構造の形態で記憶するために使用され得、コンピュータによってアクセスされ得る、任意の他の媒体が挙げられ得る。ディスク（Ｄｉｓｋおよびｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザディスク、光学ディスク、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク、およびブルーレイディスクを含む。概して、ディスク（ｄｉｓｋ）は、データを磁気的に再現し、ディスク（ｄｉｓｃ）は、データを光学的に再現する。前述の組み合わせもまた、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。
【００２９】
コンピュータ可読媒体上への記憶に加え、命令および／またはデータは、信号として通信装置内に含まれる伝送媒体上に提供されてもよい。例えば、通信装置は、命令およびデータを示す信号を有する、送受信機を含んでもよい。命令およびデータは、１つまたはそれを上回るプロセッサに、請求項に概略される機能を実装させるように構成される。
【００３０】
本開示およびある代表的利点が、詳細に説明されたが、種々の変更、代用、および改変が、添付の請求項によって定義される本開示の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に行なわれ得ることを理解されたい。さらに、本願の範囲は、明細書に説明されるプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法、およびステップの特定の実施形態に制限されることを意図するものではない。当業者が、本開示の開示から容易に理解するであろうように、本明細書に説明される対応する実施形態と実質的に同一の機能を果たす、または実質的に同一の結果を達成する、既存のまたは後に開発されるプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法、またはステップが、利用されてもよい。故に、添付の請求項は、その範囲内に、そのようなプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法、またはステップを含むものと意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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