[發明專利]基于嵌入式系統的水平定向鉆控制裝置

有效

• 申請號: 201210379927.1
• 申請日: 2012-10-09
• 公開（公告）號: CN102900365A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 葉樺;孫曉潔;李靜;任崢崢;李根營;高雪林
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B44/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 繆友菊

技術領域

本發明涉及一種水平定向鉆的控制系統機構，屬于水平定向鉆的控制技術領域。

背景技術

水平定向鉆是一種用于實現在不開挖地表面的條件下鋪設多種地下設施，如管道、電纜等的工程機械，這種施工方式既節約成本又減少環境破壞。國內基礎設施的發展促進了水平定向鉆的應用，同時也對其自動化操作水平提出了更高的要求。目前對水平定向鉆的操作大多采用手動方式，操作員需要根據自身的技術水平和經驗完成施工過程，勞動強度大，效率低。因此，改進水平定向鉆的控制系統，實現自動軌跡規劃和糾偏是迫切需要解決的問題。

因為國內現有的水平定向鉆控制器絕大多數是從國外引進的，在現有水平上做一些技術改進具有較大的難度。通過對相關資料的查找，實用新型（名稱：水平定向鉆自動導向系統，專利號：ZL200620115955.2）公開了一種水平定向鉆按預定穿越軌跡自動導向、工況信息自動采集和管理的水平定向鉆自動導向系統，由工控機、PLC、現場監測傳感器和控制開關組成。雖然上述方案能在一定程度上實現水平定向鉆鉆進過程的實時定位和糾偏調整，但基于工控機軟件平臺搭建的閉環監控系統不僅成本較高，而且在惡劣工作條件下的可靠性也很難保證；另一方面，很多水平定向鉆上使用的導向儀本身是一個封閉的系統，將其傳感器數輸出直接與PLC上的模擬量輸入模塊相連是不可行的，即使能夠實現兩者的相連接，PLC將導向儀采集數據再通過RS232通訊給工控機也不是最好的方案。

因此，對水平定向鉆控制系統的改造是非常必要的，如何設計和實現具有自動軌跡規劃和運行能力的水平定向鉆具有重要意義。

發明內容

為了克服現有技術的不足：本發明的目的在于提供一種簡化了水平定向儀的操作、使其運行可靠，且可以有效提高工作效率和質量的基于嵌入式系統的水平定向鉆控制裝置。

本發明的技術方案為：

基于嵌入式系統的水平定向鉆控制裝置，其特征在于，包括：

用于獲取當前鉆頭位置信息，并將鉆頭位置信息反饋給嵌入式系統的導向儀；

用于自動規劃水平定向鉆的運行軌跡、根據導向儀反饋的鉆頭位置信息對運行軌跡進行糾偏、發送控制命令給可編程邏輯控制器（PLC）、并接收可編程邏輯控制器的工況信息的數據包，將工況信息顯示給操作人員的嵌入式系統；

與嵌入式系統通過CAN總線連通，且用于驅動水平定向鉆運行，并監測水平定向鉆各部分的工況信息的可編程邏輯控制器。

進一步，所述的嵌入式系統包括用于軌跡規劃和糾偏的處理的核心處理器、用于和可編程邏輯控制器或導向儀進行數據交互的CAN通信接口，以及用于操作人員查看和輸入水平定向鉆運行的相關參數的人機接口，且所述的核心處理器分別與所述的CAN通信接口和人機接口連通。

其中，所述的人機接口包括液晶屏接口、觸摸屏接口和鍵盤接口。

此外，所述的導向儀通過人工手動輸入或總線自動獲取的方式將鉆頭位置信息反饋給所述的嵌入式系統。

其中，所述的人工手動輸入的方式為：所述的操作人員將導向儀的顯示屏上顯示的當前鉆頭位置信息，通過所述的觸摸屏接口上連接的觸摸屏和鍵盤接口上連接的鍵盤手動輸入到所述的嵌入式系統。

而所述的總線自動獲取的方式則為：所述導向儀上設置有總線接口和總線協議，并通過CAN總線與所述的嵌入式系統通信。

再進一步，所述的嵌入式系統和可編程邏輯控制器之間通信的信息幀類型包括命令幀、確認幀和數據幀。

其中，所述的命令幀為嵌入式系統發給可編程邏輯控制器要執行的用于調整水平定向鉆的鉆進方向和參數范圍的動作指令和參數標定指令。

所述的確認幀為可編程邏輯控制器發給嵌入式系統的表示收到命令的確認回復及執行情況回復。

而所述的數據幀則為可編程邏輯控制器發給嵌入式系統的水平定向鉆各部分的機械工作狀態和儀表數據。

本發明的有益效果為：

1、本發明在傳統的水平定向鉆控制系統基礎上，加入一套嵌入式裝置，可實現鉆頭軌跡的自動規劃和糾偏，提高了機械的工作效率和質量；

2、導向儀與嵌入式系統之間的兩種位置信息輸入形式，靈活方便，解決了多種不同的導向儀與嵌入式系統的通信問題；

3.本發明的嵌入式系統能夠提供友好的人機界面，方便操作人員輸入和查看相關信息，降低了操作難度。

附圖說明

圖1為本發明一實施例的結構示意圖；

圖2為本發明所述的嵌入式系統的結構框圖；

圖3為本發明所述的嵌入式系統的程序流程圖。