專利名稱：微機控制鉆井裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種控制鉆井事故惡化的裝置。
在鉆井過程中經常會出現鉆具上提遇卡，下放遇阻、溜鉆及鉆具加壓不足的事故現象，目前公知的由晶體管、電阻電容組成的電子電路裝置對上述事故進行報警，但其缺點是靈敏度、可靠性差，對鉆機的振動、現場電源波動和環境氣溫、濕度變化等外界干擾無法克服而不能正常工作，而且功能單一、體積大、耗電量大以及調試安裝困難。
本實用新型的目的是針對上述幾種鉆井事故提供一種改進的8035(8039)單片微型計算機控制安全鉆井裝置，它能在該機內部運行程序的調度下，自動不斷地采集現場信息，對上述出現的鉆井事故進行邏輯分析和自動化處理，以控制事故進一步惡化，具有靈敏度高、抗干擾能力強、體積小、耗電量小及安裝簡單的特點。
本實用新型主要由1.中央處理器采用MCS－48系列8035／8039單片微型計算機。2.存貯器2716和鎖存器174LS373構成外部程序存貯器。3.鎖存器274LS377和BG1－HG11等構成聲光報警器和電磁閥驅動電路。4.鎖存器374LS373及開關邏輯選擇電路和觸發器D等構成現場信號的采樣輸入電路。5.打印機TPup16A。6.電接點壓力表組成鉆機懸重壓力傳感器。7.四通電磁閥構成氣動執行機構。8.兩組三端穩壓器構成＋5V，＋12V電源。對鉆探過程中出現的鉆具上提遇卡，下放遇阻，鉆進中溜鉆，加壓不足等事故現象，都是靠并聯在鉆機壓力系統上的電接點壓力表的上下限觸點來采樣，電接點壓力表作為鉆機懸重壓力傳感器由開關邏輯選擇電路所共用，在鉆探過程中需要對哪一種事故現象進行功能監測，由共用壓力傳感器提供現象和現場懸重信號，而由開關K1－K4，與門Y1－Y4來進行功能上的區別和選擇，與門Y1－Y4采用Cmos電路，兩輸入端靜態時都通過電阻R1－R8接地呈低電平而無輸出，當需要對卡鉆、遇阻、溜鉆，加壓不足進行監測時，就按下所選中的功能開關，使對應的與門Y在其輸入端上被加上＋5V高電平作為開門信號，當處于被監測的事故出現，由接在鉆機壓力系統上的電接點壓力表上或下限觸點輸出高電平信號，比高電平信號經過斯密特觸發器F1－4或F5－8、電阻R1－4，電容C1－4組成的積分延遲整形電路，消除鉆探現場的各種干擾信號和電接點壓力表上下限觸點指針的抖動信號，然后輸出高電壓加在與門Y1－Y4的另一輸入端，使與門Y中的任一個輸出為高電平，與門Y1－4的輸出信號將送到鎖存器374L373的D0－D5端并鎖存在輸出端Q0－Q5以便單片微型機隨時讀取，同時與門Y1－4的高電平輸出信號送徑或非門HF輸出低電平使觸發器D的Q端輸出低電平作為向單片微型機申請中斷的INT信號，單片微型機響應中斷信號后發出讀信號RD加到鎖存器3的C允許端開啟鎖存器3將存在輸出端Q0－Q5的現場信號經Bus總線讀入單片微型機，同時RD信號使D觸發器復位，以備第二次采集現場信號時間單片微型機發中斷申請信號。
8035(8039)單片微型機對鉆井中出現的卡鉆、遇阻、溜鉆及加壓不足現象，都在該機內部通過運行本系統的監控程序發出指令信號作出處理，8035／8039單片微型機有一個8位的Bus總線接口，兩個8位的I／C接口P1口P2口中斷申請輸入口INT，兩個定時／計數輸入口T0T1及各種輸入輸出控制信號，Bus總線DB0－DB7上連接了外部ROM只讀存貯器，聲光報警和執行機構的驅動電路，現場信號的開關采樣邏輯輸入電路，在I／Q接口P1口P2口上連接有打印機電路，由8035(8039)單片微型機內部運行監控程序在不同時刻根據掃描現場信號有無中斷請求INT發出讀選通信號RD，使采樣開關邏輯輸入電路的現場信息輸入到DB0－DB7總線讀入單片微型機，根據運行監控程序發出程序選通信號PSEN使外部存貯器716與Bus總線DE0－DE7之間交換指令信息，根據運行監控程序發出選通信號WD使DB0－DB7總線輸出信息到鎖存器2驅動聲光報警電路工作和使執行機構的驅動電路動作。
驅動、報警、顯示外圍電路通過鎖存器274LS377與單片微型機Bus總線相連，鎖存器2作為8305(8309)單片微型機的擴展輸出口，其輸入端D0－D7接在單片微型機的Bus總線上，輸出端O0－O7接各驅動、報警顯示外圍電路，鎖存器2將該外圍電路與單片微型機Bus總線隔離開，使兩者異步工作，鎖存器2是帶允許端的8D觸發器構成的鎖存器，其中G為鎖存器的允許端，當G＝1時，不論單片微型機Bus總線上的信號是什么變化狀態，觸發器的輸出端Q0－Q7均保持前一次存貯的內容不變，只有當G＝0時，觸端CLK才能起作用，CLK才能起作用，CLK由0變1時，鎖存器2輸入端D0－D7的信號被接收并鎖存到輸出端，將單片微型機的寫信號WD作為鎖存器控制信號接在鎖存器2的CLK端，將存器2的允許端G接地，使G＝0以保持選通狀態，這樣單片微型機在內部運行程序的控制調度下，每執行一項相當于外接RAM的WD寫操作時，單片微型機內部累加器的內容就送到鎖存器2的輸入端D0－D7被接收并鎖存在輸出口O0－O7供外設電路識別選用，在本系統中鎖存在鎖存器2輸出口Q0－Q7的驅動信號中包括卡鉆、遇阻、溜鉆及加壓不足事故種類的聲光報警信號和電磁閥動信號，鎖存器2的8位輸出端C0－C7輸出高電平有效，其中O0－O3驅動指示燈顯示電路BG7－BG11，O4－O5驅動報警電路BG1－BG6。
本系統中只讀存貯器ROM2716作為擴充2K程序存貯器，用于存放本系統運行的監控程序由8035(8039)單片微型機的Bus總線DB0－DB7和I／O接口P2口的P20－P22共同對所擴充的程序存貯器進行2K地址空間的存取，Bus總線輸出低8位A0－A7，P20－P22輸出高3位地址接2716存貯器地址線的高位A8－A10，8035(8039)單片微機的Bus總線DB0－DB7一方面接地址鎖存器174LS373的數據輸入端D0－D7，另方面接只讀存貯器2716的輸出端Q0－Q7，用以在同一Bus總線上雙向傳送地址和指令，單片微型機是分時利用總線，在取數操作時，低8位地址和8位數據指令都是通過總線進行傳送，故在硬件電路中接入地址鎖存器1，用以鎖存地址信號，將鎖存器174LS373的C端接地使之處于輸出狀態，單片微型機的地址選通允許信號ALE與鎖存器1的允許端G相連，這樣在單片微型機的每一個機器周期使鎖存器1輸出低8位地址信號，P20－P22輸出高3位地址信號，從而一步步地讀取出存放在只讀存貯器2716中的監控程序中每條指令，單片微型機的程序選通允許端PSEN與只讀存貯器2716的片選端OE相連，用以選通并控制將被選中的存貯器地址中內容的讀出。
本系統將打印機TPup16A的數據線D0－D7掛在8035(8039)單片微型機的I／O接口P10－P17上，打印機的數據選通輸入信號線STB接單片微型機的P27，單片微型機通過P27信號通知打印機在STB接收P10－P17線上的數據，打印機的“忙”信號Bosy接單片微型機的定數／計數輸入端T0，告訴單片微型機當前打印機已打完上次送來的數據，可以送來第二批數據、卡鉆、遇阻、溜鉆及加壓不足發生的次數，都可根據人工啟動打印機的信號由定時／計數的T1端輸入，只要T1端呈現高電平，單片微機將暫停現行程序，轉向打印2程序，從上述事故種類專用單元調出內容，送P1口P2口打印輸出。
本實用新型由于應用單片微型計算機技術和大規模Cmos集成電路，
因而抗振蕩，抗環境氣溫濕度和電壓波動等影響能力強，對鉆井中遇卡、遇阻、溜鉆及加壓不足的鉆井事故通過單片微型計算機的智能分析處理，可分別發出指令信號，并驅動鉆機停止運行以控制事故進一步惡化，這可獲得安全鉆井的效果。
本實用新型具體結構見


圖1－
圖11
圖1為開關邏輯選擇電路圖圖2為中央處理主電路圖圖3為電源電路圖圖4為電磁閥執行機構原理圖圖5為驅動指示電路圖圖6為報警器電路圖圖7為執行機構管線連接圖編號為1.接鉆機氣源輸出；2.鉆機操作人手動工作臺；3.二通手動閥；4.四通電磁閥；5.二通手動閥；6.二通手動閥；7.鉆機轉盤離合器進氣口。
圖8為執行機構管線連接圖編號為1.鉆機氣源輸出口；2.鉆機操作人工作臺；3.二通手動閥；4.三通換向閥；5.四通電磁閥；6.四通電磁閥常閉接口；7.二通手動閥；8.二通手動閥；9.鉆機滾筒離合器氣源進氣口。
圖9為邏輯框圖
圖10為立體示意圖
圖11為背蓋插孔圖本實用新型下面將結合
圖1－
圖11對具體實施作進一步詳述根據卡鉆、遇阻、溜鉆及加壓不足事故現象作監測監控需要，按下
圖1功能開關K1－K4中所選中的開關，使對應的型號為CD4081的與門Y1－Y4在其輸入端上加有＋5V高電平作為開門電平，當處于被監測的事故現象出現，由接在鉆機壓力系統上的電接點壓力表上或下限觸點就輸出高電平信號，此高電平信號經過型號為CD40106的斯密特觸發器F1－F4或F5－F8，電阻R1－R4，電容C1－C4組成的積分延遲整形電路以消除鉆探現場的各種干擾信號和電接點壓力表上下限觸點指針的抖動信號，然后輸出高電平并加在與門Y1－Y4的另一輸入端，使與門Y1－Y4輸出為高電平在同一時刻在功能開關K1－K4中按下所選中的一個，與門Y1－Y4中也只有相應的一個輸出高電平，其余的為低電平輸出，前者認為是邏輯1，后者認為是邏輯0，這樣組成一組8位2進制邏輯代碼信號，由與門Y1－Y4輸出送到圖2中鎖存器3型號為74LS373的D0－D5端并鎖存在輸出端O0－O5以備8035(8039)單片微型計算機隨時讀取，同時與門Y1－Y4輸出的2進制邏輯電平信號高電平有效送徑型號為OH1002的或非門HF輸出低電平使型號為CH1006觸發器D的Q端輸出低電平作為向單片微型機申請中斷的INT信號，單片微型機響應中斷后發出讀信號RD加到鎖存器3的C允許端開啟鎖存器3將鎖存在輸出端O0－O5的現場信號經單片機的Bus總線DB0－DB7讀入單片微型機，同時RD信號使D觸發器復位，以備第二次采集現場信號時向單片微型機發中斷申請信號。
單片微型機Bus總線DB0－DB7送來的8位2進制代碼判斷出是哪一類事故現象，然后發出地址鎖存允許ALE信號和程序選通允許PSEN信號通過Bus總線DB0－DB7從外擴充存貯器型號為2716的專用存貯單元內調出處理這類事故的專用子程序，在單片微型機內部運行專用子程序，首先發出WR信號開啟鎖存器2型號為74LS3772，然后從Bus總線DB0－DB7輸出8位2進制代碼由鎖存器274LS3772的D0－D7輸入端接收，由其O0－O7輸出端輸出8位2進制代碼，高電平為邏輯1，有效驅動圖5中由BG1－BG11型號為3DG63DG12組成的聲光報警和執行機構驅動電路，Q0信號電平驅動BG1BG2使型號為JTX－10繼電器J1吸合，圖4中四通電磁閥DF1型號為ZCLR－1／2動作，控制鉆機滾筒離合器剎車，Q1信號電平驅動BG3BG4使繼電器J2型號為JTX－10吸合，圖4中四通電磁閥DF2型號為ZCLR－1／2動作控制鉆機轉盤離合器的停止與轉動，Q2信號電平驅動BG5使繼電器J3型號為JRX－3吸合，接通圖6中報警振蕩器1型號為FX555的電源，報警器1工作，Q3信號電平驅動BG6使型號為JRX－3繼電器J4吸合，接通圖6報警振蕩器2的電源，報警器2工作，Q4－Q7信號電平驅動BG7－BG11指示燈顯示。
需要打印時，按下K8開關，單片微型機T1端獲高電平跳變信號，單片微型機將存貯在外存貯器2716專用存貯單元中卡鉆、遇阻、溜鉆及加壓不足的事故種類，出現這些事故的次數經Bus總線DB0－DB7調入主機并送到P1輸口的P10－P17，通過單片微型機P27T0與打印機的STB Busy之間的應答聯絡，啟動打印機將P10－P17的內容打印輸出。
1.單片微型計算機MCS－48系列8035／8039。
2.鎖存器174LS373，鎖存器274LS377，鎖存器374LS377。
3.外存貯器ROM27164.D觸發器CH10065.或非門CH10026.三端穩壓器781278057.打印機TPup16A8.晶體管BG1－BG113DG1309.二極管D1－D52CK210、繼電器J1－J2為JTX－10 J3－J4為JRX－311與門Y1－Y6為CD408112斯密特觸發器F1－F8為CD4010613電阻R1－R210KR3－R430KR5－R1010KR11－R186.8KR19－R2251Ω
R2810KR2468KR255.1KR2610KR27100KR295.1KR30－R3210K14、電容C1－C4100μFR33－R40100ΩC52200PC61000PC7100μFC850μFC9220μFC10470μFC11－C121000PC13220μFC14470μC15－C171000PC16220μF
15、電接點壓力表P 60公斤／Cm216、四通電磁閥DF1DF2ZCLR－1／權利要求1.一種用于控制鉆井的微機控制鉆井裝置，其特征在于由MCS-48系列8035(8039)單片微機、鎖存器1、外貯存器、鎖存器2、鎖存器3、選擇開關電路、報警電路、控制執行電路、驅動電路及打印機組成。
2.根據權利要求1所述微機控制鉆井裝置，其特征在于選擇開關電路由復數個開關K1－K4電阻R1－R8電容C1－C4斯密特觸發器F1－F8與門y1－y4組成，與門的一輸入端與開關電阻一一對應相連，與門的另一端與斯密特觸發器的輸出端相連，斯密特觸發器的輸入端與傳感器P的上限和下限相連。
3.根據權利要求1所述的微機控制鉆井裝置，其特征在于報警電路由時基電路555二極管、三極管、電阻、電容及喇叭組成。
4.根據權利要求1所述的微機控制鉆井裝置，其特征在于執行機構電路由電碰閥組成，一電碰閥位于鉆機高低速滾筒離合器氣路中，另一電碰閥位于鉆機轉盤離合器氣路中。
5.根據權利要求1所述的微機控制鉆井裝置，其特征在于驅動電路由復數個三極管、二極管、繼電器組成，繼電器、二極管并聯電路的一端與三極管集電極相連，另一端與直流電源相連，繼電器的觸點與執行電路的交流電源相連。
專利摘要本實用新型提供一種8035(8039)單片微型計算機控制安全鉆井裝置，該裝置采用MCS-48系列單片微型計算機Cmos大規模邏輯集成電路功能選擇開關邏輯電路、聲光報警電路、打印機及電動氣動執行機構，能在單片微型機內部運行程序調度下，自動不斷地采集現場信息，對鉆井中出現卡鉆、下鉆遇阻，鉆進中溜鉆及加壓不足的事故進行邏輯分析和自動化處理，以控制事故的進一步惡化，具有靈敏度高，抗干擾能力強，體積小，耗電量小及安裝簡單的特點。
文檔編號E21B44/00GK2047302SQ8821285
公開日1989年11月8日 申請日期1988年4月11日 優先權日1988年4月11日
發明者徐勇 申請人:四川石油管理局地質勘探開發研究院