【钻柱升沉补偿模拟实验装置】功能、作用介绍：

　　海洋钻井与在陆地的固定钻井有较大的不同，海洋钻井使用的浮式钻井平台在波浪的作用下将产生周期性的升沉运动，这会使钻柱产生往复运动，引起※井底钻压变化，甚至会使钻头脱离井底，影响钻进效率，降低钻头和钻杆使用寿命。在恶劣气候条件下甚至导致无法钻进和停工。因此◆要通过采用钻柱升沉补偿装置来对钻井平台钻柱升沉运动进行补偿，以确保正常的钻井作业。目前实际的钻◎柱升沉补偿装置技术含量高，占地面积大，建造成本高。我们参考海洋工程钻机的参数，采用相似原理设计了可以在普通实验室内使用的钻柱升沉补偿模拟实验装置。该︾实验装置主要由升沉运动模拟单元、升沉补偿模拟单元和负载模拟单元三部分①组成。其中升沉运动模拟单元用于模拟海浪作用导致的钻井船上下升沉位移，升沉补偿模拟单元用于模拟补偿缸对钻机大钩的补ㄨ偿作用，负载模拟单元用于模拟钻机大钩负载的变化。

　　实验装置的控制系统采用了◤◤PLC加触摸屏的∮结构，PLC及触摸屏均安装于测控箱内。伺服电机、电液伺服阀等均由PLC控制，PLC负责实验装置中所有传感器信号采集和I/O设备的控制。触摸屏与PLC之间通过串行接口№进行通讯。实验中的大部分操作命令通过触摸屏实现，实验过程中的曲线和数据也通过触摸屏同步显示，这种控制结构的特点是人机界面简单、直观，容错性好，十分适合没有实际操作经验的学生开展实验和学习。除此之外，实验装置也保留了另一种基于xPC Target的主机-目标机╱控制方式，在该种控制方式添加少量的硬件即可进行一些涉及到研究生培养的较高层次的实验教学，如模糊控制及自适应控控制等方面的实验教学。上述两种←控制方式相互并联』，可以通过I/O接口切换开关，自由切换，相互不受影响。

　　该装置操作的人机界面十分友好，大部分操作均通过测控箱前面板上的触摸屏完成，系统开机后经过短时的开机画面后即进入系统的“起始页”界面。界面主要由两部分组∏成，其中一部分为简易的实验操作流程说明。另一部分为由七个虚拟触摸块组成的触控区，用手触摸或点击后分别进入相应的操作界面，可完成实验参数的输入，监控和数据的输出等功ζ能，其中“PID调节”及“备用控制”是该实验装置上较有特色的操¤作功能界面，

　　“PID调节”：这是本实验系统较有特色的功能。在实验过程中，上部图形区可以实时显示升沉平台和补偿缸的位移曲线，直观的显示补偿效果，根据补偿效果可以≡在下部参数输入区输入比ω　例、微分和积分〓项参数，以达到最优的补偿效果。 设定的PID参数可以保存到PLC中，参与到下一步的实时控制中，该功能使得学生能直观地了解电液位置控制◥的概念，掌握PID调节▲的方法。

　　“备用控制”：该界面提供一种与实体控制柜面板相一致的虚拟操作面○板，可以通过点触虚拟面板上操作按钮，实现与操作实体控制柜面板按钮相同的功能，学生实验时可以通过该虚拟操▂作面板直接进行装置的操作控制，而不必通过控制柜上的实体按钮进行操作，减少了↓实体面板操作按钮频繁操作或操作不当造成的功能失效的故障率。

　　该装置还具有“数据记录”功能，通过在该界面的操作，可以根据实验类型，将实㊣验数据进行记录和存储，实验数据可以存储在々外置U盘中，便于实验后的数据处理和分析。

　　该实验教◤学装置既具有行业特色，有助于使学生了解和掌握现代液压技术在地质工程机械应用领域的先进成果，也能应用于普通ξ　机械专业多门课程的本科实验教学，综合性能很№强。。学生们通过综合性的实☉验训练，对机电液传动中应用的控制原理和控制技术有了更加切实的体会，使得学生能将有关课程的学习内容有机的结合起来，对其综合能力的◇提高起到了良好的作用。

　　作品名称：钻柱升沉补偿模拟实验装置

　　完成单位： 中国地质大学(武汉)