研究与开发钻参仪

1、前言第 1 页（共 54 页）前言前言一、课题研究背景一、课题研究背景 石油钻探的高投入和高风险以及发生工程事故带来的严重后果已引起石油钻探工作者的广泛关注, 随着勘探区域的不断扩大和难度的增大, 风险越来越高, 同时人们的安全意识也不断提高。因此, 钻井参数仪的应用越来越普遍。 本课题针对钻修井作业过程中的实际情况设计了一种新型的钻井参数装置， 能够利用现场采集到的数据对钻进情况进行智能分析, 这一点在钻探发生异常时尤为重要。由于钻探现场技术力量有限, 智能分析工作往往要由专家进行异地分析, 这就要求钻场的各项钻进数据要实时、准确地向总部信息中心传输。因而, 钻井参数监测仪必须具备一个能够实

2、时、准确向总部信息中心传输数据的通信系统。二、目前的钻井参数仪二、目前的钻井参数仪 钻井仪表的研究与使用，不仅提高了钻井过程中各项参数指示与记录的准确程度，而且为油田的安全生产提供了科学依据。目前钻井现场有六道参数仪、八道参数仪等钻井参数仪以及液面报警器等单项参数记录仪，这些仪表虽能提供现场参数，但数据传输大多还是靠 RS232/RS485 通信。而这种传输受地理环境因素影响较大，不能任意铺设，且可扩充性差，在钻井搬迁过程中拆卸和安装工作量大。相比较而言，以太网有高可移动性、通信范围不受环境条件的限制、传输范围能得到较大地拓宽等优点。 无线传输钻井参数仪的研制，改进了现有的钻井参数仪依靠的有线

3、传输方式，使钻井参数启示仪器仪表的相对落后的现状得到了较大改观。无线传输钻井参数仪在钻井过程中具以太网实时监控以及计算机分析与打印等功能，从而提高了钻井现场参数采集与记录分析的准确性、可靠性，使钻井参数仪器仪表更具实用性。三、课题主要研究内容三、课题主要研究内容 针对系统的设计要求，本课题主要研究了以下三个方面的内容: 系统主要由三部分组成：1 信号采集与处理。 其中的内容有天车防碰、大钩位置检测、大钩载荷、转盘扭矩、转盘转速参数的检测电路，并电路设计中留有冗余的多路 AD、HSC，这样使系统的扩展极为的方便。通过安装在主滚筒上的增量式光电旋转编码器的脉冲完成对主滚筒旋转角度、旋转方向的检测，

4、将对垂直运动的游车位移的检测转换为对滚筒的圆周运动的检测，从而间接得到游车垂直运动的运行高度及运动速度。对于大钩载荷，一般都采用在死绳端测信号的方法间接测取大钩载荷。转盘在轻载荷下允许使用的最高转速，一般规定为 300rmin。为满足钻井工艺的需要，转盘亦能提供多种转速。一般地通常最低工作转速为 5060 rmin，而用于打捞作业或取芯钻进的事故转速为 2530rmin。 2 人机界面。人机界面的硬件主要采用高亮 LED、防水按键、声光报警指示灯组成。主要实现各参数以模拟表的型式进行显示，各传感器的参数设定及修正。前言第 2 页（共 54 页） 3 数据通讯。数据通讯总线采用 RS485 或以

5、太网，协议为标准的 Modbus 协议。 Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议,控制器相互之间、控制器经由以太网其它设备之间可以通信。 第一章 钻机的结构和游车运动位移的测量方法第 3 页（共 54 页）第一章第一章 钻机的结构和游车运动位移的测量方法钻机的结构和游车运动位移的测量方法1.1 钻机的结构钻机的结构石油钻机是油、气田开发的钻井设备，随着钻井方法、钻井工艺的发展，钻机装备和技术也得到不断的发展。当今国内外广泛采用的钻井方法是旋转钻井法，相应的钻井设备为转盘旋转钻机。陆用转盘钻机是钻井设备的基本型式，通常所说的钻机指的就是这种钻机，也被称为常规钻机。1.1

6、.11.1.1 石油钻机的组成石油钻机的组成 石油钻机是由多种机器设备组成的、具有多种功能的成套性联合工作机组，如 1 所示。第一章 钻机的结构和游车运动位移的测量方法第 4 页（共 54 页） 图图 1 1 钻机结构钻机结构1-天车 ；2-游动滑车；3-大钩；4-泥浆泵；5-空气包；6-泥浆池；7-动力机；8-泥浆槽；9-水龙头；10-方钻杆；11-绞车；12-转盘；13-防喷器；14-表层套管；15-井眼；16-钻柱；17 钻铤；18-洗井液；19-钻头它主要包括旋转钻进系统、钻井液循环系统、钻具起升系统、动力机组、传动和控制系统、底座和其他辅助设备等. 钻井工艺对石油钻机的基本要求是:（

7、1）起下钻具能力：为了起下钻具及处理井下事故等，石油钻机要有一定的起重能力和起升速度,这由钻机的起升系统承担.（2） 旋转钻进能力：为了带动钻具、钻头的旋转钻进等，石油钻机要有一定的转矩和转速，这由钻机的旋转系统承担。（3） 循环洗井能力：为了保证正常钻井、冲洗井底以及携带岩屑等，循环钻井液要有一定的压力和排量，这由钻机的循环系统承担。为了满足钻井工艺的要求，整套钻具由八个大的系统和设备组成，即：1) 起升系统 2) 旋转系统3) 循环系统 4)动力驱动系统5) 传动系统 6) 控制系统和监测显示仪表7) 钻机底座 8) 辅助设备其中，起升系统在钻井过程中的主要作用是起下钻具、下套管、悬持钻具

8、和钻头送进等。这套设备由钻井绞车、辅助刹车、游动系统(钢丝绳、天车、游动滑车以及大钩)和井架组成。 井架的作用是安放天车，悬挂游车、大钩及专用工具(如吊钳等)，在钻井过程中进行起下钻具和下套管的操作。另外，起下钻具过程中，可用以存放立根，其能容纳立根总长度称为立根容量。游动系统(钢丝绳、天车、游动滑车及大钩)可以大大降低快绳拉力，从而大为减轻钻机绞车在钻井各个作业(起下钻、下套管、钻进、悬持钻具)中的负荷和降低起升机组发动机应配备的功率。钻井绞车的作用是：用于起下钻具、下套管；钻井过程中控制钻压、送进钻第一章 钻机的结构和游车运动位移的测量方法第 5 页（共 54 页）具；借助锚头上、卸钻具丝

9、扣；起吊重物及进行其他辅助工作；整体起放井架。由此可见钻井绞车在钻井的过程中起到至为关键的作用，控制绞车的旋转和速度，就能控制游动系统的运行，从而达到游车的精确定位的目的。1.1.2 大钩机械结构大钩机械结构 大钩（图 2 所示）是石油钻井提升系统的一部分，悬挂于游动滑车的下面。钻井时，在大钩上悬挂带有全部钻具的水龙头。大钩两侧还挂有两个吊环，与吊卡配合供起下钻具或下套管之用。 钻井大钩按其结构可分为两种，钩杆与钩身刚性连接和钩杆与钩身销轴铰链连接；钻井大钩按其制造方法，又可分为锻造的、铸造的和钢板组合式的。尽管每一种结构均有自己的优缺点，但在目前制造技术和无损检测技术较高的条件下，钩杆与钩身

10、刚性连接、铸造的三钩式钻井大钩以其质量可靠，轻巧紧凑，使用方便成为应用最为广泛的大钩型式。 提环与提环座采用销轴连接，筒体与钩身采用左旋螺纹连接，钩杆与提环座固定在一起，使钩身与筒体可绕钩杆回转或沿钩杆上下运动。筒体内装有内外弹簧，起钻时，能使立根松扣后向上弹起，同时，筒体内特殊的结构，使筒体和钩身空腔内的机油具有良好的液力缓冲功能，从而又可以消除卸扣后钻杆的反弹振动，使钻杆接头螺纹不受损坏。 第一章 钻机的结构和游车运动位移的测量方法第 6 页（共 54 页） 图图 2 大钩大钩大钩载荷的测量方法： 钩载的测量和位移一的测量一样，所处的工况比较恶劣，册取信号比较困难，一般都采用在死绳端测信号

11、的方法间接测取大钩载荷。死绳固定器将死绳端固定在井架上，测死绳端信号的压力传感器就安装在死绳固定器上。由于死绳端相对固定，信号干扰小，传输方便，易于比较准确地测的死绳端的压力信号。1.1.3 绞车滚筒结构绞车滚筒结构第一章 钻机的结构和游车运动位移的测量方法第 7 页（共 54 页） 图图 3 3 绞车滚筒结构图绞车滚筒结构图绞车滚筒（图 3）是钻井作业中为起下钻具提供动力的设备通过它的旋转拉动钢丝绳。绞车滚筒的设计必须保证必要的强度，工艺性好，并且尽可能使惯性矩小以便下放空吊卡时容易加速。钢丝绳在滚筒上每层都是平行按螺旋方向缠绕，各层的缠绕方向是相反的。在下放和起升钻柱的过程中，根据负荷、大

12、钩速度和绳系的绳数，钢丝绳应该以不同的速度在绞车滚筒上缠上和脱放。起升最重钻柱时，钢丝绳缠绕滚筒的速度应该在 35 米/秒的范围内，起升空吊卡为 1220 米/秒。下放钻柱钢丝绳脱放的最大速度不能超过 30 米/秒，下放套管柱的最小速度在 2 米/秒之内。钻机的主刹车装置直接安装在滚筒上以保证刹车有效、平稳地制动滚筒，实现精调下放速度和送钻速度；辅助刹车保证在起下钻柱时实现滚筒的自由转动及失速情况下的及时刹车。对于游车位置的测量，采用的方法是在绞车滚筒上安装一个光电编码器，将游车垂直运动位置的检测转化为对绞车旋转运动位置的检测，通过对绞车的旋转圈数的检测实现对游车位置的间接求导。 本系统的防碰

13、刹车即是通过控制电磁阀的开合来实现对滚筒刹车的控制。1.1.4 转盘转盘 图图 4 4 转盘转盘第一章 钻机的结构和游车运动位移的测量方法第 8 页（共 54 页）1 转盘的主要作用：钻井时，旋转钻具，提供足够的扭矩和转速。下套管和起下钻时，能承受套管和钻具的重量。处理井下事故时，可以卸扣井下动力钻具钻井时，转盘制动时提供反扭矩。2 转盘的组成： （1）水平轴总成：水平轴头部装有与转台大锥齿轮相啮合的小锥齿轮，尾部装输入链轮或联接法兰(万向轴输入时)轴通过一对调心双列滚子轴承(或头部为滚子轴承，尾部为调心双列滚子轴承)和套筒固定在壳体上。 套筒的作用是使水平轴部件能进行整体装配。水平轴下方的壳

14、体构成一独立油池使二轴承得到润滑。 （2）转台总成：装有大锥齿轮的转台体如同一又短又粗的空心立轴，借助主、辅轴承座在壳体上。 （3）主、辅轴承：主轴承起承载、承转和定位的作用。起下钻时，承受钻柱或套管柱的重量。辅助轴承也是向心止推球轴承，其作用为径向扶正和轴向防跳与主轴承配合实现转台体的定位。 （4）壳体：壳体是结构较为复杂的铸钢件，内腔形成两个油池，外形应上便于安装、固定于钻台底座上。3 转盘相关数据测量 （1）转盘扭矩测扭矩采用的是电阻应变式传感器，简称应变片。它的基本原理是基于金属电阻丝的变形，进而引起相应电阻的变化，此现象称为金属线的电阻应变效应。在测量转盘扭矩时，将专用的应变片用应变

15、胶粘贴到被测弹性轴上，组成应变桥。 （2）转盘转速在测量转盘的转速时，转盘边上有个凹槽，转盘外围有一个距离检测装置，当凹槽转过检测装置时，就会接受到一个脉冲，即转盘转过一圈。在转盘边上开的凹槽越多，检测到的转盘转速就越精确。1.2 钻井参数仪的工作原理钻井参数仪的工作原理由于大钩载荷、转盘扭矩、转盘转速参数等在介绍结构的时候就说过，因此这里着重讲天车防碰的工作原理。第一章 钻机的结构和游车运动位移的测量方法第 9 页（共 54 页）从钻机的结构中我们可以了解到对于游车的运动方向是垂直的上下运动，其运动的位移有 2030m 之间，对于这样垂直运动装置的位置检测显然不能采用常规的位置传感器（如接近

16、开关等）加以实现，为此本文提出了将游车垂直运动位置的检测转化为对绞车旋转运动位置的检测，通过对绞车的旋转圈数的检测实现对游车位置的间接求导，而本文中对绞车的测量采用的是旋转光电编码器。1.2.1 光电编码器的工作原理光电编码器的工作原理光电编码器又称轴角编码器（图5）, 它以高精度计量圆光栅为检测元件, 通过光电转换将输入轴的角位移信息转换为相应数字代码，在现代电机控制系统中常常用以检测转子的位置与速度。因其结构简单、计量精度高、寿命长等优点, 近年来在精密定位方面使用较多。光电编码器分两大类,即绝对式和增量式。绝对式光电编码器具有与微机或 DSP的接口,使用方便,但是价格高。增量式光电编码器

17、不具有计数和接口电路,一般是输出A、B、Z 脉冲信号, 但是价格较低,因此比较常用。 图图 5 5 编码器原理编码器原理 一、增量式光电编码器的输出信号往往直接连接到微机或DSP的计数器输入端,第一章 钻机的结构和游车运动位移的测量方法第 10 页（共 54 页）由其软件来鉴相和计数, 具有硬件鉴相与计数功能,计数结果以并行口输出,可与微机直接接口。在并行口之前还用锁存电路来消除硬件电路自身的延时所可能引起的计数错误,减轻了后续微机的软件负担。 增量式光电编码器输出A、B 两个互差90的方波信号,每转一周每个信号输出N 个脉冲。所以光电编码器的可利用的最高精度为4N pp r 。A、B 信号的

18、相位关系体现了光电编码器旋转方向。例如,当光电编码器顺时针旋转时, A 超前B 90；逆时针旋转时, B 超前A 90（如图6所示） 。因此, 鉴相电路通过A、B 的相位关系来判断旋转方向,并且据此决定当一个计数脉冲出现时应该对当前计数值加1还是减1。鉴相电路通常用一个D 触发器实现鉴相（电路图略） ，并用一个异或门从A、B信号产生计数脉冲,起到倍频作用,所以精度是2N pp r,最大脉冲频率为N n /30 Hz,其中n是转速( r /min). 编码器正转时输出信号 编码器反转时输出信号 图图 6 6 编码器鉴相输出波形编码器鉴相输出波形光电编码器顺时针旋转时,信号A 超前B 90(如图7

19、所示) ,D触发器输出Q 为高电平, /Q 为低电平 。当光电编码器逆时针旋转时,情况相反。二、绝对式光电编码器的结构如图7所示, 主要由光源、光栅付、光敏元件、码盘、电子处理电路等部件组成。码盘一侧的光源发出的平行光经过光栅付照射到码盘的透明和不透明区段,在透明区段光线会穿过码盘, 在不透明区段则不会。在码盘另一侧的光敏元件, 接受到从透明区段透过的光线, 经过光电转换及电子处理电路的调制后将位置信息以数字信号形式输出。根据码盘上透明区段刻划规律的不同, 绝对式编码器输出的数字信号的编码类型也不同, 主要有二进制码与格雷码两种。相对于二进制码, 格雷码是单位变化码, 即从一个位置到相邻位置仅

20、有一位变化, 可提高位置检测的可靠性。因此, 大多数绝对式编码器都采用格雷码方式编码。第一章 钻机的结构和游车运动位移的测量方法第 11 页（共 54 页）绝对式光电编码器又可分为单转型与多转型, 单转型绝对编码器将码盘的一周分成若干个测量步, 对应每一步都有惟一确定的码值, 由于这些码值在每一转都会重复, 因而单转型绝对编码器多用于旋转轴旋转量不超过一转的角度测量； 多转型绝对编码器不仅能够对一转内每一个确定的角位置进行编码,还能够对转数进行编码, 因而适用于旋转轴的多转角度测量。 图图 7 7 绝对式编码器结构与原理图绝对式编码器结构与原理图R O Q 425 绝对式光电编码器是多转型绝对

21、式编码器, 共有4096( 12 位) 圈, 每圈有8192( 13 位) 个位置值, 其电器参数为：工作电压: 10V 30V ； 输出码: 格雷码；信号输入: TTL 时钟信号； 信号输出: 同步串行信号( SSI) 。其读数时序如图8 所示。 图图 8 8 编码器读数时序图编码器读数时序图 本系统采用的是意大利 ELCO 公司生产的 EH120P1024SS、24L88X3PR 中空式轴套型编码器 ,它能够套在绞车滚筒的主轴与滚筒一起旋转，从而达到检测游车第一章 钻机的结构和游车运动位移的测量方法第 12 页（共 54 页）位移的功能。1.2.2 游车位移和方向的测量原理游车位移和方向的

22、测量原理一、正如在 1.2 节增量式编码盘的原理中所讲的，安装在主滚筒上的光电编码盘随着主滚筒的旋转将输出如图 9 所示的两组脉冲。 图图 9 9 A A、B B 信号输出信号输出通过A、B 的相位关系来判断滚筒的转动方向， 信号A 超前B 90,D触发器输出Q波形为高电平, /Q 波形为低电平；当光电编码器逆时针旋转时,情况相反。参考电路如下： ABA单片机（隔离）（隔离）正向反向B第一章 钻机的结构和游车运动位移的测量方法第 13 页（共 54 页） 图图 1010 位移和方向测量电路位移和方向测量电路二、系统装置的组成框图如 11 所示。 LED 显示 光电编码器 主滚筒 控制装置 死绳

23、固定器 井架 应变式传感器 应变桥 +5V -12 +12V 主气源管线直流电源转换 电磁阀控制 电磁阀 滚筒离合器 1030V 宽幅输入 图图 1111 系统装置图系统装置图D QClk /Q+5V+5VB+5V+5VA第一章 钻机的结构和游车运动位移的测量方法第 14 页（共 54 页）工作原理：本装置采用电子传感器，控制器等元件，将游车滑动的垂直运动行程用滚筒转动的圈数来表示。滚筒运转圈数传感器安装在滚筒侧面上，控制器安装在操作室内，操作工在控制器表面的计数器上预设危险圈数。滚筒转动时，转一圈计一位正数，相反方向转一圈记一位负数。当计数器的实际记数值达 到设定值时，计数器发出信号将电控气

24、阀导通，切断离合器动力，电喇叭报警，并使汽缸通气，将滚筒刹车以达到防碰的目的。该装置和传统的钻井参数装置相比，除了防碰功能外，还具有以下优点：1. 作为下钻的辅助工具 钻杆排放在二层台上形成立根系统，由大钩和吊卡取下钻杆，通过游车控制大钩在二层台的精确位置，可以减小调整位置带来的设备损耗。 2 防止超速 通过安装在主滚筒上的光电编码器间接测得游车大钩的速度和加速度，游车的位置通过人机界面指示，还可以通过人机界面设定游车安全运行的区间，当游车超速或超过安全运行区间，系统会自动控制游车使其减速或软停，同时还有智能游车防碰校准功能。自动送钻停止工作时，司钻可以直接操作盘刹进行手动送钻。 在智能天车防

25、碰装置中，通过控制滚筒的运转速度间接控制下钻的速度，既方便司钻的操作，也便于观测和控制。以上对钻机的结构作了较为详细的阐述，同时对本系统中需要测量的数据大钩载荷、游车位移和方向、转盘转速、转盘扭矩的传感器形式及安装方法、位置也作出了具体详细的说明。第二章 钻井参数仪的总体设计方案第 15 页（共 54 页）第二章第二章 钻井参数仪的总体设计方案钻井参数仪的总体设计方案本章主要讨论 钻井参数仪的总体设计要求，并根据这些要求提出了相应的总体设计方案及系统的主要组成结构，并着重介绍了基于PIC18F458 单片微机的防碰装置的方案设计。2.1 钻井参数仪的设计要求钻井参数仪的设计要求 钻井参数仪主要

26、有游车位移测控装置（包括游车游车高度、速度及方向信号检测） ，转盘测控装置（包括转盘转速、转盘扭矩） ，控制系统（报警系统、刹车控制及执行系统） ，键盘及 LED 显示部分， 数据传输及其监测系统。2.1.1 主要技术参数：主要技术参数： 系统主要检测的参数有如下几项1、大钩位置检测，检测误差 V_temp_max_samplingtimer) /第二种情况，已开启但采样未完成/采样时间已超时V_temp_erro=0 x01； /置温度任务危险范围标记V_AD_channel= V_AD_channel+1； /跳过温度任务的执行 ,换下一个通道If (V_AD_channel V_AD_m

27、axchannel)V_AD_channe=0 x00；第四章 钻井参数仪的软件设计第 42 页（共 54 页）else if(ADCON1bits.ADON= =0) /第三种情况，采样完成V_AD_valueV_temp_channel = ADRESH*256+ADRESL；V_AD_channel= V_AD_channel+1；/温度任务执行完成 ,换下一个通道If ( V_AD_channel V_AD_maxchannel)V_AD_channe=0 x00； ADCON1bits.ADON=0； /end of task。 4.2.2 人机交互界面设计人机交互界面设计在游车高度

28、和速度的实时远程监控界面中，我们将游车的运动状况实时的显示出来，对运动过程中有危险产生时提供声光报警的功能。在数据的存储方面，本系统将各项参数存入 EEPROM 中，各项参数包括二层台位置，钻台位置，滚筒的参数（滚筒直径，钢绳直径，钢绳已排层数，每层最大排绳这些参数是精确计算游车位移的重要计算参数），实时保存这些参数，使在掉电情况下或用户每次作业中不需要对滚筒参数从新设定，甚至每次作业开始时，如二层台位置和零点位置（钻台位置）不变，这些参数也无需再次进行设定，我们选用的 PIC18F458 单片微机的动态存贮器有 1536 个字节，完全满足了系统在动态存储设计上的要求。4.2.3 MODBUS

29、 协议协议本系统设计的任务 之一是与单片机 进行数据的交换，设计中采用的是Modbus数据交换格式 Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议,控制器相第四章 钻井参数仪的软件设计第 43 页（共 54 页）互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它,不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络,进行集中监控。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程,如何回应来自其它设备的请求,以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。当在一Modb

30、us网络上通信时,此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址,识别按地址发来的消息,决定要产生何种行动。如果需要回应,控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。在其它网络上,包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。 1、在 MODBUS 网络上传输 标准的 Modbus 口是使用一 RS-232C 兼容串行接口,它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。控制器能直接或经由 Modem 组网。控制器通信使用主从技术,即仅一设备（主设备）能初始化传输。其它设备（从设备）根据主设备查询提供

31、的数据作出相应反应。典型的主设备：主机和可编程仪表。典型的从设备：可编程控制器。主设备可单独和从设备通信,也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信,从设备返回一消息作为回应,如果是以广播方式查询的,则不作任何回应。Modbus 协议建立了主设备查询的格式：设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检测域。从设备回应消息也由 Modbus 协议构成,包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和一错误检测域。如果在消息接收过程中发生一错误,或从设备不能执行其命令,从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去。 2、查询-回应 1 查询查询消息中的功能代码告之被选中的从设备要执行何种功能

32、。数据段包含了从设备要执行功能的任何附加信息。例如功能代码 03 是要求从设备读保持寄存器并返回它们的内容。数据段必须包含要告之从设备的信息：从何寄存器开始读及要读的寄存器数量。错误检测为从设备提供了一种验证消息内容是否正确的方法。2 回应如果从设备产生一正常的回应,在回应消息中的功能代码是在查询消息中的功能代码的回应。数据段包括了从设备收集的数据：象寄存器值或状态。如第四章 钻井参数仪的软件设计第 44 页（共 54 页）果有错误发生,功能代码将被修改以用于指出回应消息是错误的,同时数据段包含了描述此错误信息的代码。错误检测域允许主设备确认消息内容是否可用。 三、两种传输方式 控制器能设置为

33、两种传输模式（ASCII 或 RTU）中的任何一种在标准的Modbus 网络通信。用户选择想要的模式，包括串口通信参数（波特率、校验方式等），在配置每个控制器的时候，在一个 Modbus 网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。1.ASCII 模式地址 功能代码 数据数量 数据 1 . 数据 n LRC 高字节 LRC 低字节 回车 换行 2.RTU 模式地址 功能代码 数据数量 数据 1 . 数据 n CRC 高字节 CRC 低字节 所选的 ASCII 或 RTU 方式仅适用于标准的 Modbus 网络，它定义了在这些网络上连续传输的消息段的每一位，以及决定怎样将信息打包成消息域

34、和如何解码。 第五章 钻井参数仪的调试及结论第 45 页（共 54 页）第五章第五章 钻井参数仪的调试及结论钻井参数仪的调试及结论系统的调试是对硬件设计、程序流程和控制算法实现的全面检验。在硬件及软件的调试中我们利用 MICRO CHIP 公司提供的 MPLAB、MPLAB IDE（V7.1）软件及设备对数据采集通道，人机接口和数据通讯接口等进行了调试，实现并完善了天车防碰控制系统的设计要求。本章将具体介绍整个系统的调试过程以及调试结果。5.1 系统硬件调试系统硬件调试 系统硬件调试主要是防碰测控装置的硬件调试，以下将从调试的装置及调试内容等方面对整个设计过程加以介绍。5.1.1 系统硬件调试

35、的装置系统硬件调试的装置（一）天车位移测控装置（一）天车位移测控装置 根据设计要求设计的天车位移测控装置的实物主要完成三部分内容，即数据检测部分，控制部分和数据显示部分（见附录） 。（二）单片机调试装置 单片机调试装置主要实现的是对 PIC18F458 单片机进行烧写及仿真调试，其调试环境如下图所示。第五章 钻井参数仪的调试及结论第 46 页（共 54 页）图图 3333 调试环境图调试环境图第五章 钻井参数仪的调试及结论第 47 页（共 54 页）5.1.2 系统硬件调试的内容系统硬件调试的内容系统硬件调试的内容主要包括数据采集及控制输出，人机接口，数据通讯等内容，主要内容如下：一）数据采集

36、 1高度检测及标定 2速度检测及标定 3方向检测及标定 二）键盘控制及 LED 显示三）数据通讯1RS232 通讯2CAN 总线通讯5.2 系统软件调试系统软件调试防碰测控装置的软件的调试环境主要是 MICRO CHIP 提供的 MPLAB IDE（V7.1）软件，其调试环境如下图，在该调试环境下可以对程序中的变量及单片机的特殊功能寄存器（ SFR）进行监控，所以软件的调试十分方便。图图 3434 MPLABMPLAB IDEIDE（V7.1V7.1）软件提供的调试环境）软件提供的调试环境第五章 钻井参数仪的调试及结论第 48 页（共 54 页）5.3 系统调试结论系统调试结论表表 1 1 高

37、度测控现场测试数据高度测控现场测试数据测量参数脉冲计数（个） 显示游车高度（米） 实际游车高度（米）1280030. 030.0591280030. 030.0 411280030. 030. 0631280030. 030. 0551280030. 030.0 481280030. 030.0 42 测 量 参 数 值1280030. 030. 054测量参数脉冲计数（个）显示游车高度（米）实际游车高度（米）10240 32. 032.0 23 1024032. 032.0 271024032. 032. 0251024032. 032. 0351024032. 032. 039 测 量 参

38、 数 值10240 32. 0 32. 037试验条件：滚筒直径 1.1m，游车绳系 1：8.经过数据分析，钢丝绳松放过程测量误差仅为 1.36，而收紧过程中误差仅为0.72。根据设计要求，测量精度在满量程是在 0.2%即可，因此系统设计达到要求。经过对现场的系统调试以及在调试过程中对现场软、硬件设计加以改进，本系统已完全达到了设计要求，整个系统运行稳定，系统的抗干扰能力强、能够满足油田用户的使用要求。第五章 钻井参数仪的调试及结论第 49 页（共 54 页）表二表二 大钩载荷测控现场数据大钩载荷测控现场数据 经过数据分析，测量显示值与实际值误差仅为 0.30。根据设计要求，测量精度在满量程是

39、在 0.2%即可，因此系统设计达到要求。参考文献参考文献1 王志奇， 电动钻机及自动化技术 ，石油工业出版社， 20022 王志奇， 石油钻井设备与计算方法 ，石油工业出版社，19893 邬宽明， CAN 总线原理和应用系统设计 ，北京航空航天大学出版社， 19964 阳宪急， 工业数据通信与控制网络 ，清华大学出版社， 20035 邬宽明， 现场总线技术应用选编 ，北京航空航天大学出版社， 20036 刘和平， PIC18FXXX 单片机原理及接口程序设计 ，北京航空航天大学出版社，2004 测量参数显示大钩载荷（吨） 实际大钩载荷（吨）5050.0367575.068100100.0591

40、25125.021150150.049175175.022 测 量 参 数 值200200.013第五章 钻井参数仪的调试及结论第 50 页（共 54 页）7MicroCHIP PIC18F458 Datasheet ，MicroCHIP Technology Inc，20048 陈国先， PIC 单片机原理与接口技术 ，电子工业出版社， 20049 加Myke Predko， PIC 微控制器编程与自主开发 ，电子工业出版社， 200310 唐贤远， 传感器原理及应用 ，电子科技大学出版社， 200011 刘驾仁 韩保君， 传感器原理及应用技术 ，西安电子科技大学， 200312 康华光， 电子技术基础（模拟部分） ，华中理工大学， 199913 何立民， IIC 总线应用系统设计 ，北京航空航天大学， 1995 14 邱关源， 电路 ，高等教育出