БУРИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ЭТОГО УСТРОЙСТВА
DRILLING DEVICE AND CONTROL METHOD OF OPERATION OF THAT DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к бурильному устройству, содержащему несколько исполнительных блоков, блок управления пользовательского интерфейса и по меньшей мере одно средство управления, подсоединенное к блоку управления пользовательского интерфейса для управления функциями бурильного устройства, причем для каждого исполнительного блока предусмотрен элемент управления, подсоединенный с управлением от блока управления пользовательского интерфейса, для управления работой исполнительного блока в соответствии с управляющими сигналами, обеспечиваемыми блоком управления пользовательского интерфейса.
Изобретение относится также к способу управления работой бурильного устройства, содержащего несколько исполнительных блоков, блок управления и по меньшей мере одно средство управления, подсоединенное к блоку управления для управления функциями бурильного устройства, причем для каждого исполнительного блока предусмотрен элемент управления, подсоединенный с управлением от блока управления, для управления работой исполнительного блока в соответствии с управляющими сигналами, обеспечиваемыми блоком управления.
Уровень техники
В настоящее время бурильные устройства обычно управляются электроникой и по большей части имеют какой-либо вид логического или компьютерного управления. На практике типично использование распределенной системы управления, в которой исполнительные органы, такие как бурильный инструмент, стрела и другие, представляют собой отдельные управляемые исполнительные блоки, имеющие отдельные блоки управления для управления конкретными функциями. Системы скомпонованы таким образом, что каждый исполнительный орган или комплекс исполнительных органов имеет собственный блок управления, и если, например, бурильное устройство содержит несколько стрел, то каждая стрела или каждый конкретный исполнительный блок снабжен собственным блоком управления.
Современные системы управления содержат также диагностические средства, способные выявлять возможные неисправности и сообщать о них. Так, система управления способна сообщать, если блок управления или блок ввода-вывода блока управления не работает. В настоящее время всегда требуется замена неисправного блока перед тем, как управляемый им исполнительный орган можно будет снова использовать.
В известных решениях уровня техники проблема состоит в том, что при выявлении неисправности работа всего бурильного устройства останавливается до тех пор, пока неисправный блок не будет отремонтирован или заменен. Это вызывает дорогостоящие простои и задержки в работе.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание бурильного устройства и способа, которые позволяют устранить или уменьшить влияние проблем вследствие отказа элементов управления.
Бурильное устройство по изобретению отличается тем, что содержит средства, которые в случае неисправности элемента управления исполнительного блока подсоединяют элемент управления другого исполнительного блока для управления первым исполнительным блоком, когда не требуется управление другим исполнительным блоком.
Способ по изобретению отличается тем, что при неисправности элемента управления исполнительного блока указанным исполнительным блоком управляют посредством элемента управления другого исполнительного блока, когда не требуется управление другим исполнительным блоком.
В этом аспекте идея изобретения заключается в том, что действие неисправного блока временно контролируется с помощью соответствующего блока управления второго сходного блока до тех пор, пока неисправный блок не будет отремонтирован или заменен. Так, если неисправный блок управления предназначен для управления стрелой, он может быть заменен путем использования блока управления второй стрелы, если указанная стрела в данное время не управляется. Таким образом, в ситуации неисправности один блок управления может управлять несколькими стрелами по одной в каждый период времени просто посредством подсоединения блока поочередно для управления каждой стрелой при ее ориентации и использовании.
Согласно примеру осуществления изобретения эта замена блока может производиться простым образом через пользовательский интерфейс системы управления. Согласно второму примеру осуществления изобретения эта замена может производиться путем использования отдельного блока технического обслуживания, с помощью которого производится временный обход неисправного блока управления и используется работающий блок управления. Согласно еще одному примеру осуществления изобретения система управления содержит средства для автоматической замены неисправного блока управления или автоматического предложения о его замене.
Краткое описание чертежей
Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будут подробно описаны примеры осуществления изобретения. На чертежах:
фиг.1 схематично изображает бурильное устройство;
фиг.2 изображает блок-схему системы управления бурильного устройства по фиг.1;
фиг.3а и 3d изображают управляющую связь системы управления по фиг.2 в ситуации неисправности;
фиг.4 изображает вторую управляющую связь системы управления по фиг.2 в ситуации неисправности;
фиг.5 изображает управляющую связь системы управления по фиг.2 в другой ситуации неисправности;
фиг.6 изображает управляющую связь системы управления по фиг.2 в ситуации неисправности с использованием отдельного блока технического обслуживания.
Осуществление изобретения
На фиг.1 схематично представлено бурильное устройство, содержащее базовую машину 1 и стрелы 2а и 2b, известным образом установленные на базовой машине 1 с возможностью поворота. На концах стрел 2а и 2b установлены балки 3а и 3d подачи с подвижно установленными на них бурильными инструментами 4а и 4b. Эти компоненты и принцип их действия известны и очевидны для специалистов в данной области, так что их подробного описания не требуется. Стрелы с их исполнительными органами и бурильные инструменты с их исполнительными органами являются отдельными исполнительными блоками. Кроме того, исполнительные блоки 2а-4b могут быть не только стрелами, балками подачи и бурильными инструментами, но также и другими исполнительными органами, такими как силовые установки, силовые цилиндры и пользовательские интерфейсы, используемые для управления оборудованием.
Различные компоненты стрел 2а и 2b, балок 3а и 3b подачи и бурильных инструментов 4а и 4b бурильного устройства по фиг.1 и их положение и ориентация относительно друг друга управляются известным образом с помощью аппаратуры управления, которая сама по себе известна, и один вариант выполнения которой в качестве примера показан более подробно на фиг.2.
На фиг.2 в качестве примера схематично показан вариант осуществления аппаратуры управления для бурильного устройства по фиг.1. Система управления содержит несколько различных блоков управления, связанных между собой известной в данной области шиной 5 передачи данных, которая может представлять собой, например, шину на основе технологии CAN передачи данных (Controller Area Network -асинхронная последовательная коммуникационная шина).
Первым блоком управления является блок 6 управления пользовательского интерфейса, к которому подсоединены различные средства управления, с помощью которого пользователь может вводить команды для управления работой аппаратуры управления. Эти средства управления могут содержать один или несколько регуляторов 7, только один из которых показан здесь в качестве примера. Кроме того, средства управления могут содержать клавиатуру 8 и дисплей 9, на котором блок 6 управления пользовательского интерфейса отображает необходимую для пользователя информацию.
Далее, аппаратура управления содержит два блока 10а и 10b управления стрелой и два блока 11а и 11b управления бурильным инструментом. Один из блоков 10а или 10b управления стрелой и один из соответствующих блоков 11а или 11b управления бурильным инструментом образуют комплексный блок управления, соответственно, 12а и 12b. Каждый из них предназначен для управления одной стрелой, соответственно, 2а или 2b, и они оба управляют как своим исполнительным блоком, то есть стрелой 2а или 2b, так и соответствующим вторым исполнительным блоком, то есть бурильным инструментом 4а или 4b. Может быть предусмотрен также отдельный системный блок 13 управления для управления всей системой, образованной аппаратурой управления.
Каждый блок 10а и 10b управления стрелой и каждый блок 11а и 11b управления бурильным инструментом, соответственно, имеет один или несколько блоков ввода-вывода в соответствии с числом управляемых исполнительных органов. В данном примере осуществления для каждого блока управления имеется три блока ввода-вывода. Блоки IO11-IO43 ввода-вывода управляют, соответственно, компонентами, требуемыми для управления соответствующими исполнительными органами. Такими компонентами могут быть клапаны 14а и 14b для текучей среды под давлением или другие компоненты, исполнительные органы или датчики 15.
В формуле изобретения блоки 10а, 10b, 11а и 11b управления и блоки IO11-IO43 ввода-вывода собирательно названы элементами управления, так что этот термин может относиться только к блоку управления или только к блоку ввода-вывода, или к ним обоим вместе.
Аппаратура управления работает таким образом, что блок 6 управления пользовательского интерфейса по мере необходимости передает управляющие команды в другие блоки через шину 5 передачи данных, и затем другие блоки исполняют команды в соответствии с определенными в них инструкциями. Каждый блок может иметь один или несколько компьютеров для осуществления управления, так что аппаратура управления в целом образована несколькими компьютерами, связанными между собой посредством шины 5 передачи данных, а также другими компонентами и блоками ввода-вывода.
На фиг.3а показана ситуация, в которой неисправен блок 10а управления стрелой, управляющий стрелой 2а. Это обозначено крестом, зачеркивающим блок 10а управления стрелой. В этой ситуации стрела 2b управляется естественным путем как обычно блоком 10b управления стрелой до тех пор, пока стрела не будет установлена в желаемое положение, в котором она может быть остановлена и оставлена без помех другим операциям. Это схематично представлено штриховой линией «а» со стрелкой. После этого, как показано на фиг.3b, блок 10b управления стрелой подсоединяется для управления стрелой 2а, так что стрела 2а может быть переведена в желаемое положение, несмотря на неисправный блок 10а управления стрелой. Это схематично представлено штриховой линией «b» со стрелкой. Когда стрела 2а переведена в желаемое положение, блок 10b управления стрелой может быть снова подсоединен к стреле 2b.
На фиг.4 показана ситуация, соответствующая ситуации по фиг.3а, в которой блок 10а управления стрелой вышел из строя. В этом альтернативном примере осуществления блок 11а управления бурильным инструментом той же стрелы 2а используется для управления стрелой 2а до тех пор, пока она не будет установлена правильным образом для работы и сможет быть остановлена. Это схематично представлено штриховой линией «с» со стрелкой. После этого блок 11а управления бурильным инструментом подсоединяется для управления бурением обычным образом. Блок 11а управления бурильным инструментом снова используется для перемещения стрелы 2а в новое место бурения после пробуривания скважины.
На фиг.5 показана ситуация, в которой блок IO22 ввода-вывода блока 11а управления бурильным инструментом неисправен и не может управлять исполнительным клапаном 14b. В этом случае вместо блока IO22 ввода-вывода может быть использован принадлежащий блоку 11а управления бурильным инструментом блок IO21 ввода-вывода для управления исполнительным клапаном 14b, тогда, когда не требуется его использования для управления собственным исполнительным органом. На фиг.5 показана ситуация, в которой это управление осуществляется для обеспечения возможности использования блока 11а управления бурильным инструментом. Управляющая связь схематично показана штриховой линией «d».
На фиг.6 показана ситуация, соответствующая ситуации по фиг.3а, в которой блок 10а управления стрелой вышел из строя. В этом альтернативном примере осуществления для управления стрелой 2а используется отдельный блок 16 технического обслуживания, который связан отдельной связью 17, например, с шиной 5 передачи данных. В этом случае он заменяет неисправный блок 10а управления стрелой, и нет необходимости в использовании блоков управления других исполнительных блоков. Путь управляющего сигнала схематично представлен штриховой линией «е» со стрелкой.
В описанном и представленном на чертежах решении осуществление основано на том факте, что в системе с распределенными блоками исполнительные органы управляются посредством различных заданных шин. Таким образом, управление блоков управления и блоков ввода-вывода, требуемое для каждого исполнительного органа, основано на индивидуальных адресах блоков и на исполнении команд, подаваемых индивидуально для каждого блока с помощью этих адресов.
В приведенном выше описании и на чертежах изобретение описано и показано исключительно в качестве примера, который никоим образом не является ограничивающим. Для изобретения существенно то, что неисправный блок управления или блок ввода-вывода исполнительного органа в бурильном устройстве может быть временно заменен другим блоком управления или блоком ввода-вывода, и использование устройства может тем самым продолжаться до тех пор, пока неисправный блок не будет отремонтирован или заменен новым.