Реферати

Реферат: Автоматизація процесу буріння

Технологія виробництва яблучного соку на малих підприємствах. Розробка технологічної лінії для виробництва консервованого яблучного соку з використанням фізичних способів обробки сировини. Продуктовий розрахунок, підбор і розрахунок технологічного устаткування. Комп'ютерна модель технологічних процесів.

Розрахунок показників надійності і законів їхнього розподілу. Розрахунок параметрів експериментального розподілу. Обчислення середнього арифметичного значення і середнього квадратического відхилення. Визначення виду закону розподілу випадкової величини. Оцінка розходжень емпіричного і теоретичного розподілів.

Статистика трудових ресурсів. Загальне поняття про класифікації, угруповання і номенклатурах в економічній статистиці. Історія розвитку національного рахівництва. Сутність, роль і особливості умов роботи підприємства в ринкових умовах. Склад і рух трудових ресурсів.

Особливості міжособистісних відносин у дітей старшого дошкільного віку з загальним недорозвиненням мови. Теоретичні підходи до проблеми міжособистісних відносин. Психолого-педагогічна характеристика дітей із загальним недорозвиненням мови. Діагностика і розробка корекційно-розвиваючої програми по формуванню міжособистісних відносин у старших дошкільників.

Хроніка основних подій Громадянської війни. Основні події 1918-1922 р.

Введення.

Автоматизація технологічного процесу становить важливу частину науково-технічного прогресу в проведенні геологорозвідувальних робіт. Теоретичні дослідження в області вдосконалення управління процесом буріння і його оптимізації отримали нові можливості практичної реалізації з появою керуючої микропроцессорной техніки і створенням на її основі систем автоматизованого управління.

У галузі протягом ряду років проводяться дослідження по створенню микропроцессорних систем автоматизованого управління геологорозвідувальним бурінням, реалізуючий методи і кошти універсального, многофункционального управління, здатного на відміну від жорстких аналогових рішень здійснювати гнучку технологію буріння.

Різноманітні зразки систем автоматизованого управління процесом буріння розвідувальних свердловин на тверді корисні копалини дозволяють не тільки управляти процесом буріння в реальному часі по будь-якому з відомих алгоритмів, але і збирати, накопичувати і обробляти інформацію про процес буріння, а також діагностувати працездатність окремих вузлів і механізмів.

Автоматизація технологічних процесів на основі сучасної техніки повинна забезпечити інтенсифікацію виробництва, підвищення якості і зниження собівартості продукції.

Необхідність цього витікає з аналізу виробничої діяльності геологорозвідувальних організацій по виконанню планових завдань. Незважаючи на те, що впровадження сучасного обладнання, інструментів, прогресивної технології буріння, коштів механізації і автоматизації окремих операцій, вдосконалення організації труда загалом забезпечило виконання цих завдань, в розвідувальному бурінні залишаються значні резерви підвищення продуктивності труда і поліпшення його техніко-економічних показників. Ці резерви укладаються, передусім, в оптимізації і автоматизації оперативного управління процесом буріння свердловин і у вдосконаленні організації робіт.

Сьогодні, в умовах інтенсифікованого виробництва, збільшених швидкостей буріння різко підвищилася фізичне навантаження на буровий персонал. Враховуючи також і тенденцію до зростання глибин буріння розвідувальних пошукових свердловин, можна затверджувати, що зросли психологічне навантаження і відповідальність за рішення, що приймаються бурильником в процесі буріння. Вже зараз час простоїв через неправильні технологічні рішення в процесі буріння становить 5-7% загальних баланси робочого часу.

Процес буріння, особливо глибоких свердловин, що протікає в умовах значної невизначеності, зазнає сильних і непередбачуваних обурюючих впливів, основа яких - як гірничо-геологічні, так і технико-технологічні чинники. Буровики знають наскільки проектний геологічний розріз може відрізнятися від фактичного, а отже, проектна технологія буріння - від фактичної. Бурильнику доводиться відступати від проектної технології, використати свій досвід, знання, інтуїцію, щоб вчасно виявити зміну категорії буримости порід, несприятливу технологічну ситуацію; хороші майстри працюють на грані мистецтва. Тому навчити бурити добре, не задавати проектні параметри режимів буріння, а варіювати ними в залежності від умов дуже складно. Набагато швидше і дешевше навчити бурильника користуватися системою автоматизованого управління процесом буріння, яка буде вибирати і підтримувати оптимальні режими буріння відповідно до заданих критеріїв оптимальності і в рамках встановлених обмежень. За допомогою систем автоматизованого управління можна більш жорстко нормувати процес буріння, широко впроваджувати передові технології буріння.

Пристрій збору і первинної обробки інформації про стан процесу буріння є неотъемлимой частиною автоматизованої системи управління цим процесом. Задачею справжнього дипломного проекту є розробка такого пристрою. Вибір цієї проблеми обумовлюється специфікою спеціальності АТПіП.

Розділ 1. Опис технологічного процесу буріння.

1.1. Бурова свердловина і її елементи.

Буровою свердловиною називається циліндричний гірський виробіток в земній корі, що характеризується відносно малим діаметром в порівнянні з її глибиною.

Основні елементи бурової свердловини (мал. ZZZZ).

Гирло свердловини 1 - місце перетину буровою свердловиною земної поверхні, дна акваторій або елементів гірського виробітку при бурінні в підземних умовах.

Вибій свердловини 8 - дно бурової свердловини що заглиблюється в процесі буріння; він може бути кільцевою 6 з керном 7 або суцільним 8.

Стінки свердловини 9 - бічна поверхня бурової свердловини.

Стовбур свердловини 2,5 - простір, обмежений стінками свердловини. У нестійких породах стінки свердловини закріпляються обсадними колонами, при цьому стовбур свердловини вужчає.

Вісь свердловини 4 - геометричне місце точок центра вибою, що переміщається при углубке свердловини, т. е. уявна лінія, що з'єднує центри поперечних перетинів бурової свердловини.

Глибина свердловини - відстань між гирлом і вибоєм свердловини по її осі.

Діаметр свердловини - умовний діаметр рівний номінальному діаметру породоразрушающего інструмента. Фактичний діаметр свердловини, як правило більше номінального породоразрушающего інструмента за рахунок розробки свердловини.

Існує також поняття "конструкція свердловини". Подконструкциейскважини мають на увазі її характеристику, що визначає зміну

1 2

/

9

3

/

4

5

А - А6

8 7

Рис.ZZZZ. Елементи бурової свердловини:

1 - гирло свердловини; 2 - стовбур свердловини, обсаджений трубами; 3 - обсадние колони; 4 - вісь свердловини; 5 - стовбур свердловини, не обсаджений трубами; 6 - кільцевий вибій; 7 - керн; 8 - суцільний вибій; 9 - стінки свердловини;,, - діаметри стовбура свердловини в різних інтервалах;,,, - діаметри обсадних колон відповідно зовнішні, внутрішні; - діаметр керна;, - глибина інтервалів свердловини, закріплених трубами;- глибина свердловини

діаметра (,,) з глибиною, а також діаметри (, ) і довжини (,) обсадних колон 3 (див. мал. ZZZZ).

Розрізнюють стовбур свердловини, не закріплений трубами, 5 і стовбуром свердловини, закріпленим трубами, 2.

Подальший діаметр свердловини меншає після кожного закріплення.

Кожна обсадная колона виступає над гирлом свердловини, але може опускатися і впотай. При необхідності простір між стінками свердловини і обсадними трубами заповнюється цементним розчином.

1.2. Класифікація бурових свердловин

Всі свердловини, що буряться з метою регіональних досліджень, пошуків, розвідки і розробки родовищ поділяються на наступні категорії і групи.

Геологорозвідувальні скважиниделят на опорні, параметричні, структурне- картировочние, пошукові і розвідувальні.

Опорні скважинибурят для вивчення геологічної будови і гидрогеологических умов великих геоструктурних елементів (регіонів) для вибору найбільш перспективних напрямів геологорозвідувальних робіт.

Параметричні скважинибурят для вимірювання параметрів геофизических властивостей і температури порід в умовах їх природного залягання, вивчення і виявлення перспективних районів для детальних геологопоискових робіт.

Структурно-картировочниескважинибурят для виявлення і вивчення геологічних структур, елементів залягання пластів порід, для контролю і уточнення даних геологічною і геофизической зйомок.

Пошукові скважинибурят для відкриття нових родовищ корисних копалин.

Розвідувальні свердловини бурять для оконтуривания і визначення запасів корисної копалини, встановлення гірничотехнічних умов і вибору методу його експлуатації.

Експлуатаційні скважинибурят для видобутку нафти і газу, підземних вод, рассолов, вмісного солі брома, йода і інших компонентів; для підземної газифікації вугілля, виплавки сірки і озокериту, вищелачивания заліза, марганця, фосфоритов, міді і солей урану, сублімації ртуті, підземного спалення сірки, скважинной гидродобичи вугілля і фосфатів; використання тепла земних надр. Відповідно до корисної копалини, що добувається експлуатаційні свердловини поділяють на нафтові, газові, гидрогеологические, геотехнологические, гидротермальние.

Технічні скважинибурят для рішення різних інженерних задач.

1.3. Суть і схема процесу буріння свердловин

Розрізнюють поняття "буріння" і "споруда свердловини". Під бурениемпонимают комплекс наступних операцій, внаслідок яких виконання яких створюється бурова свердловина.

1. Руйнування гірської породи на вибої.

2. Видалення зруйнованої породи (шлама) з вибою на поверхню.

3. Закріплення стінок свердловини в нестійких (обрушающих) породах.

Породу можна руйнувати механічним, електричним, термічним (тепловим), вибуховим, хімічним і іншими способами.

Бурят звичайно механічним способом різними породоразрушающими інструментами. При цьому під впливом статичних і динамічних навантажень породоразрушающий інструмент мне, роздавлює, ріже, сколює, дробить, истирает, ущільняє породи. Руйнування породи може відбуватися по всьому вибою або по кільцю з утворенням непорушеного стовпчика породи (керна), як показане на малюнку ZZZZZ.

Існують наступні способи видалення частинок зруйнованої породи:

- гідравлічний, при якому продукти руйнування виносяться потоком промивальної рідини (вода, глинистий розчин, спеціальні промивальні рідини на основі нафти, полімерів і інш.);

- пневматичний, при якому продукти руйнування виносяться потоком стислого повітря або газів;

- механічний, здійснюється буровим або спеціальним інструментом (бурова склянка, ложковий або спіральний бури, шнек, желонка), що визначається способом буріння;

- комбінований використовує два або три перерахованих вище способів одночасно або послідовно.

Стінки свердловини в нестійких породах в процесі углубки найчастіше закріплюють терпкими промивальними рідинами (глинисті, полімерні і пр.), а також цементом і цементосодержащими матеріалами, синтетичними смолами, заморожуванням і інш. Для кріплення свердловин на більш тривалий час в основному застосовують стальні обсадние труби, але можуть використовуватися труби з неіржавіючої сталі, чавуна, асбоцемента, пластмас і інших матеріалів.

Під спорудою свердловини розуміють комплекс робіт по її підготовці, бурінню і підтримці в стійкому стані, проведенню в ній необхідних досліджень, ліквідації або здачі її в експлуатацію.

Споруда свердловини, крім буріння передбачає виконання наступних видів робіт: монтаж бурової установки; випробування і дослідження в свердловині - каротаж; вимір викривлення і рівня рідини, відбір проб води, визначення дебіта за допомогою откачек і т. п.; тампонування свердловини з метою роз'єднання і ізоляції водоносних і поглинаючих пластів; установка фільтра і водоподъемника в гидрогеологической свердловині; попередження і ліквідація аварій свердловини (ліквідаційне тампонування); розбирання бурової установки і роботи по рекультивації грунти. Перераховані види робіт виконуються буровими, монтажними, каротажними, гидрогеологическими і іншими бригадами.

1.4. Класифікація способів буріння

Буріння свердловин може здійснюватися способами, принципово відмінними за своєю фізичною природою руйнування гірських порід: механічними, фізичними і хімічними.

У основному застосовують механічне буріння, яке, в залежності від способу впливу на породу, що зруйновується, поділяється на обертальне, ударне і ударно обертальне (мал. ZZ11).

Найбільш поширене обертальне буріння, при якому породоразрушающий інструмент отримує обертання від спеціального механізму - шпинделя вращателя або ротора - через колону бурильних труб або від забойного двигуна (гідравлічного або електричного). У зв'язку з цим розрізнюють буріння шпиндельное, роторное, забойними двигунами - турбобурами і електробурами.

При бурінні вказаними способами породи будь-якої твердості можна руйнувати по всій площі вибою або по кільцю з утворенням в центрі свердловини непорушеного стовпчика породи - керна. Перший спосіб, званий бескерновим, широко застосовується при бурінні

експлуатаційних і технічних свердловин. Другий спосіб називається колонковим і застосовується при пошуках і розвідці родовищ корисних копалин.

У залежності від способу підйому керна з вибою свердловини на поверхню розрізнюють колонковое буріння зі знімними керноприемниками і гидротранспортом керна. У першому випадку керн підіймається в керноприемнике на стальному тонкому канаті всередині гладкостовольной колони бурильних труб, а у другому транспортується у внутрішній трубі двійчастої колони труб потоком промивальної рідини. Обертальне буріння ведеться з промивкою або продуванням.

При бурінні неглибоких свердловин в м'яких породах застосовують обертальне шнековое і повільно обертальне буріння буровими ложками і спіральною бурою без промивки.

Ударне буріння використовують при розвідці розсипних родовищ, бурінні гидрогеологических і різного призначення технічних свердловин великого діаметра в породах будь-якої твердості (в міцних породах воно мало продуктивне). Суть цього способу полягає в тому, що важкий ударний снаряд з долотом періодично скидається на канаті з невеликої висоти на вибій, дроблячи і сколюючи при цьому породу. Після кожного удару снаряд повертається на деякий кут за рахунок розкручення каната. Видалення зруйнованої породи проводиться желонками. Ударний спосіб, що застосовується при проходці нафтових і газових свердловин в деяких країнах, включаючи США, вже давно не застосовується на нафтових промислах Росії [Н. Г. Середа, Е. М. Соловьев - Буріння нафтових і газових свердловин - Москва "Надра" !984 р.].

При ударно-обертальному бурінні по інструменту будь-якого типу, що обертається під постійним осьовим навантаженням породоразрушающему завдаються частих ударів. Міцні породи при цьому руйнуються більш ефективно. Для буріння ударно-обертальним способом застосовують спеціальні забойние механізми: гидроударники, пневмоударники, магнитостриктори і забойние вібратори.

Вібраційний спосіб застосовують при бурінні неглибоких свердловин в м'яких породах.

З фізичних способів руйнування порід при бурінні практично застосовуються термічний, термомеханический, елетротермический і гідравлічний.

Інші способи руйнування порід не вийшли з стадії експериментів.

1.5 Основні технико-технологічні поняття процесу

буріння

Поняття про буровий інструмент. Інструмент, призначений для буріння свердловин називається буровим. Буровий інструмент за призначенням поділяється на технологічний, допоміжний, аварійний і спеціального. Технологічний інструмент застосовують 7епомредственно при бурінні свердловин: породоразрушающий інструмент (коронки, долота, розширювачі), кернорватели, колонковие труби і з'єднання, УБТ, желонки, ударні штанги, шнеки, ведучі бурильні труби. Набір технологічного інструмента, сполученого в певній послідовності, називається буровим снарядом. У залежності від способу буріння розрізнюють колонковие, ударні, вібраційний і інші бурові снаряди. Наприклад, до складу бурового снаряда при колонковом бурінні входять колонковий набір, бурильна колона, ведуча труба.

Допоміжний інструмент призначений для закріплення стінок свердловини і обслуговування технологічного інструмента. До допоміжного інструмента відносяться обсадние труби і з'єднання, хомути, ключі елеватори, підкладні вилки і т. д.

Аварійний інструмент призначений для ліквідації аварій в свердловинах. До аварійного інструмента відносяться різні ловильние інструменти (метчики, дзвони і т. д.), ріжучі інструменти (труборези, фрези і т. д.), силові інструменти (вибивние баби, вібратори і т. д.) і інш.

Спеціальний інструмент служить для виконання спеціальних робіт в свердловинах, пов'язаних з виправленням викривлень, бурінням в заданому напрямі і т. д.

Технологічні поняття. Параметр режиму буріння - це чинник, що впливає на показники буріння, що задається, що вимірюється і що підтримується бурильником або автоматом в процесі углубки свердловини. До основних параметрів відносяться: а) при обертальному бурінні: осьове навантаження на породоразрушающий інструмент; частота обертання бурового снаряда; витрата очисного агента; б) при ударному бурінні: маса ударного снаряда; висота скинення; частота ударів і інш.

Сукупність параметрів режиму буріння, що характеризують роботу породоразрушающего інструмента (швидкість буріння), називається технологічним режимом буріння. Технологічний режим буріння вибирається в залежність від фізико-механічних властивостей гірських порід, глибини свердловини, вигляду породоразрушающего інструмента і технічних можливостей обладнання.

Розрізнюють наступні види технологічний режимів буріння: оптимальний, раціональний і спеціальний.

Оптимальний режим буріння забезпечує отримання найкращих техніко-економічних показників буріння.

Раціональний режим буріння встановлюється з урахуванням технічних можливостей бурового обладнання і інструмента. Наприклад, відомо, що в монолітних міцних породах буріння импрегнированними алмазними коронками необхідно здійснювати на високих частотах обертання ( > 700 - 1000 про/міна), але вживаний буровий станок не має цих швидкостей або бурильна колона може обриватися, отже, доводитися це враховувати і встановлювати раціональну частоту обертання нижче за можливості коронки.

Спеціальний режим буріння застосовується для отримання заданих якісних показників буріння або рішення спеціальних задач. Значення параметрів при цьому режимі відрізняються від значень оптимального режиму. Наприклад, спеціальний режим встановлюється при бурінні по корисній копалині, яка схильна до руйнування від механічних впливів і потоку промивальної рідини. При цьому меншає частота обертання снаряда і витрата промивальної рідини.

Приработка алмазних коронок проводиться також на спеціальному режимі, при якому осьове навантаження і частота обертання нижче за оптимальний або раціональний режими. Іноді виділяють так званий форсований режим буріння.

Швидкості буріння

Технологічні режими впливають на показники буріння, під якими розуміють кількісні і якісні параметри споруди свердловини, швидкість, вартість 1 м пробуреної свердловини, відсоток виходу керна, напрям свердловини і інш.

Виконання окремих процесів при споруді свердловини може характеризуватися певною швидкістю буріння (механічна, рейсова, технічна, комерційна і циклова).

Механічна швидкість буріння- величина углубки свердловини за одиницю часу чистого буріння і визначається (в м/ч) по формулі,

гдеl- величина углубки свердловини за час чистого буріння, м; - час чистого буріння, ч.

Під чистим бурінням розуміють час, протягом якого руйнуються породи на вибої.

У практиці в залежності від моменту визначення розрізнюють початкову, кінцеву, середню, найбільшу механічну швидкості.

Механічна швидкість буріння- основний показник, що відображає ефективність способу буріння, якість вживаних породоразрушающих інструментів, раціональність режимів їх експлуатації, досконалість вживаної бурової технології і т. д.

Рейсова швидкість буріння- величина углубки свердловини за одиницю часу тривалості рейса і визначається (в м/ч) по формулі,

де - величина углубки свердловини за рейс; - час на виконання спусково-підіймальних і допоміжних операцій, ч.

Рейсом називається комплекс робіт, що включає в себе спуск і підйом бурового снаряда, чисте буріння, видобування керна, заміну породоразрушающего інструмента і інш.

Рейсова швидкість залежить від механічної швидкості і глибини свердловини і додатково характеризує износоустойчивость породоразрушающих інструментів, досконалість бурових снарядів, що забезпечують високопроцентний відбір керна, а також міра комплексної механізації і автоматизації виконання спускно-підіймальних і допоміжних операцій протягом рейса.

Технічна скоростьбуренияопределяется об'ємом буріння, пробуреним однією бригадою (буровою установкою) за місяць з урахуванням часу, затраченого на чисте буріння, СПО і допоміжні операції, кріплення і цементування, всі види досліджень, планово-запобіжні ремонти і т. д. (в м/ст.-мес),,

гдеL- об'єм буріння за 1 місяць, м;, і - час відповідно чистого буріння, СПО і додаткових витрат (кріплення, дослідження, планові ремонти і т. д.) за місяць, ч; М- тривалість місяця, ч (применяетсяМ= 720 або 744 ч).

Технічна швидкість буріння залежить від механічної і рейсової швидкості і додатково відображає ефективність виконання всіх додаткових продуктивних робіт, пов'язаних з спорудою свердловини (кріплення, цементування, гидрогеологические і геофизические дослідження і т. д.).

Комерційна швидкість буренияОпределяется об'ємом буріння за місяць з урахуванням також непродуктивних витрат (простої, ускладнення, аварії) (в м/ст.-мес.),,

де - час непродуктивних витрат на місяць, ч.

Циклова швидкість буренияопределяется відношенням глибини свердловини до витрат часу в місяць від перевезення бурового обладнання до ліквідації свердловини (м/ст.-мес.).,

ГдеН- глибина свердловини, м; - загальні витрати часу на споруду свердловини (від перевезення до ліквідації), ст.-мес.

Циклова швидкість буріння характеризує рівень вживаних технічних засобів, технології буріння, організації труда при споруді свердловини, її ліквідації або здачі в експлуатацію.

1.6 Суть і різновиди глибокого обертального буріння

Обертальне буріння без відбору керна є основним засобом споруди свердловини при розвідці і експлуатації нафтових і газових родовищ. Крім цього воно застосовується при бурінні водозаборних, вибухових, гидротермальних і інших свердловин для різних інженерних цілей, а також при бурінні стовбурів шахт. Враховуючи вище сказане, опишемо детальніше саме глибоке обертальне буріння.

Буріння глибоких свердловин здійснюється тільки обертальним способом і поділяється на роторное, турбінне і електробурами.

При роторном бурінні буровий снаряд обертають ротором, що встановлюється на поверхні землі над гирлом свердловини.

При турбінному бурінні породоразрушающий інструмент обертається турбобуром, який спускають на вибій свердловини разом з долотом на колоні бурильних труб. Турбобур являє собою багатоступінчасту гідравлічну турбіну, працюючу від потоку промивальної рідини. Колона бурильних труб при цьому не обертається, нерухомий ротор сприймає реактивний момент.

При бурінні електробуром породоразрушающий інструмент обертається маслонаполненним забойним електродвигуном змінного струму, що має малий діаметр і значну довжину. Колона бурильних труб при цьому нерухома. Завдяки цьому різко скорочується обертаючий момент на колоні, виключається знакозмінний згин труб і майже повністю знімаються динамічні навантаження. Бурильна колона працює в більш сприятливих навантаженнях, внаслідок чого збільшується стійкість труб. Електроенергія до електродвигуна підводиться по вмонтованих в бурильні труби відрізках кабеля, які при згвинчувати бурильних труб автоматично сполучаються. Промивальна рідина подається на вибій по зазору між внутрішніми стінками труб і кабелем.

При роторном і турбінному бурінні, там, де необхідне уточнення геологічного розрізу застосовується буріння з відбором керна колонковими долотами або турбодолотами.

Роторное буріння і буріння електробурами може вестися з промивкою або продуванням.

Глибини буріння обертальним способом досягають 10 км. Цим способом проектується пробурити свердловини глибиною 15 км. Діаметри свердловини коливаються від 76 до 590 км.

При всіх різновидах глибокого обертального буріння використовують одні і ті ж дуже складні бурові установки, загальна настановна потужність яких досягає 4000 кВт, а маса - 1000 т..

Обертальне буріння без відбору керна можливе в породах будь-якої твердості від I до XII категорії по буримости при відносно високих швидкостях углубки свердловин. У м'яких породах механічна швидкість буріння може досягати 100 м/ч, а комерційна - 6 - 9 тис. м/ст.-мес. У твердих породах при великих глибинах механічна швидкість буріння меншає до 1 м/ч, а комерційна до 200-300 м/ст.-мес.

У Росії біля 76 % загального об'єму свердловин бурят турбінним способом, 22,5 % - роторним і 1,5 % - електробурами.

Розділ 2. Техніко-економічне обгрунтування розробки системи автоматизованого управління процесом буріння свердловин

2.1 Техніко-економічні передумови автоматизації управління процесом буріння

Автоматизація технологічних процесів на основі сучасної техніки повинна забезпечити інтенсифікацію виробництва, підвищення якості і зниження собівартості продукції.

Необхідність цього витікає з аналізу виробничої діяльності геологорозвідувальних організацій по виконанню планових завдань. Незважаючи на те, що впровадження сучасного обладнання, інструментів, прогресивної технології буріння, коштів механізації і автоматизації окремих операцій, вдосконалення організації труда загалом забезпечило виконання цих завдань, в розвідувальному бурінні залишаються значні резерви підвищення продуктивності труда і поліпшення його техніко-економічних показників. Ці резерви полягають передусім в оптимізації і автоматизації оперативного управління процесом буріння свердловин і у вдосконаленні організації робіт..

Автоматизація процесу буріння стала практично можливою лише з появою відносно дешевих і надійних ЕОМ, здатних виконувати функції автоматизованого управління технологічним процесом буріння.

Цей розділ присвячений обговоренню практичних питань, пов'язаних з виявленням необхідності і обгрунтування розробки систем автоматизованого управління процесом буріння. Оскільки в бурінні немає власного значного досвіду автоматизації управління технологічними процесами, тут використаний досвід і інших галузях промисловості.

Внаслідок впровадження у виробництво нової техніки і прогресивній технології швидкості алмазного буріння за останні 10 років зросли в 1,5-2 рази і, на думку фахівців, зберегти надалі темпи зростання продуктивності тільки за рахунок технічних рішень навряд чи можливо. Але в умовах інтенсифікованого виробництва, збільшених швидкостей буріння різко повисиласьфизическая навантаження на буровий персонал. Враховуючи також і тенденції до зростання глибин буріння розвідувальних і пошукових свердловин, можна затверджувати, що зросли психологічне навантаження і відповідальне за рішення, що приймаються бурильником в процесі буріння. Вже сьогодні час простоїв через неправильні технологічні рішення в процесі буріння становить 5-7% загальних баланси робочого часу.

Отже, з одного боку, є об'єктивна необхідність в автоматизації процесу буріння, з іншою - існують необхідні передумови для створення систем автоматизованого управління. Розглянемо детальніше деякі аспекти техніко-економічного про снування розробки систем управління.

2.2. Характеристики процесу буріння як об'єкта автоматизованого управління

Фахівці американської фірми IBM, що мають великий досвід в області створення керуючих систем з ЕОМ, для складних технологічних процесів, які потенційно необхідно автоматизувати, приводять наступні загальні характеристики і чинники:

- необхідність приватних і значних перебудов робочих режимів;

- потужність установки;

- обурення, діючі на процеси;

- складність процесу і інш.

Процес буріння геологорозвідувальних свердловин характеризується частими і значними перебудовами робочих режимів. Це пов'язано як з частою стохастичною зміною властивостей разбуриваемих порід, так і з іншими чинниками, наприклад, зміною властивостей породоразрушающего інструмента в процесі буріння і очисного агента, подовженням бурильного вала; специфічними операціями, зумовленими постановкою інструмента на вибою і його приработкой, підйомом керна, бурильних труб і інш.

На думку американських фахівців, потужність установки, виражена через розмір капіталовкладень, є одним з критеріїв для обгрунтування необхідності автоматизації технологічного процесу. При вартості системи, керуючій складним процесом, в середньому- рівної 300 тис. долл. і дворічному терміні окупності вартість основних фондів повинна складати від 5 до 60 млн. долл. (дані 1996 р.)

Інша загальна особливість багатьох процесів, для яких обгрунтоване застосування автоматизованого управління - часті і сильні відшкодовуючі впливи, що приводять до економічних втрат.

Процес буріння, особливо глибоких свердловин, що протікає в умовах значної невизначеності, зазнає сильних і непередбачуваних обурюючих впливів, основа яких - як гірничо-геологічні, так і технико-технологічні чинники.

Процес буріння є не тільки виробничим процесом з точки зору споживання матеріальних і трудових ресурсів і виробництва продукту труда у вигляді сформованого (пробуреного) стовбура свердловини і отриманого керна (за що, власне, і проводиться оплата буровій бригаді), але також і науково-дослідним процесом, якщо мати на увазі основну мету провадження бурових робіт - отримання інформації про будову земних надр.

Виникає парадокс: плануючи, проектуючи і нормуючи процес буріння, ми тим самим затверджуємо, що знаємо предмет труда - земні надра. Але свердловини бурять, отже, ми не знаємо предмета труда і прагнемо отримати нові знання про будову земних надр. Поки підготовлюється процес буріння, його проектування ми розглядаємо як детермінований процес. Після початку буріння і в ході буріння цей виробничий процес набуває характеру стохастичного, науково-дослідного, інформаційного процесу. Суперечність між виробничим і науково-дослідним характером процесу буріння є його особливістю, яку необхідно враховувати при створенні системи автоматизованого управління.

З точки зору методики автоматичного управління процес буріння практично не досліджений. Аналіз діаграми запису параметрів режимів буріння, записаний з максимально допустимою частотою, показує практично безперервні зміни як параметрів, так і показників процесу буріння. З якою частотою треба управляти процесом буріння, як залежить його ефективність від частоти управління? При ручному управлінні ці питання не виникали. При автоматичному управлінні ця задача є принциповою.

Керуючі впливи від системи управління до керованого об'єкта повинні поступати своєчасно і відповідно до умов буріння, що змінилися. Від швидкодії управління багато в чому висять якість управління і кінцевий результат. А оскільки процес буріння динамічний і вимагає частого коректування керуючих впливів, принаймні в породах, що сильно перемежаються, то очевидно, що автоматизована система управління володіє перевагою перед людиною.

Складний з технологічної або експлуатаційної точки зір процеси можуть бути об'єктом автоматизації управління із застосуванням ЕОМ. Технологічна складність процесу буріння зумовлена великою кількістю технологічних змінних, значення яких в тій або інакшій мірі визначають ефективність цього процесу, і безліччю взаємодій між ними, що вимагає додатку не завжди очевидних керуючих впливів. Це особливо виявляється в різних технологічних ситуаціях, від правильності розпізнавання яких залежать керуючі впливи бурильників. Експлуатаційна складність зумовлена технологічною складністю і характеризується вимогою ведіння процесу буріння на оптимальному рівні, в межах встановленої системи обмежень. Це посилюється і тим, що бурильнику для вибору правильного рішення необхідно пам'ятати і предисторию процесу буріння за порівняно тривалий період часу.

Ручне управління навіть двома-трьома параметрами процесу буріння на оптимальному рівні в умовах частоперемежающихся порід і глибокої свердловини навряд чи можливе.

Автоматизоване управління процесом буріння дозволяє успішно змінювати практично одночасно дві-три параметри з недоступною людині частотою. Отже, джерелом ефективності автоматизованого управління є, принаймні, зменшення проміжку часу, пошук оптимального режиму, швидка перебудова з одного режиму на інший в зв'язку з умовами, що змінилися, а також практично повне виключення порушень процесу, що приводять до аварійних ситуацій. Крім того, стратегія управління процесом буріння може бути побудована на обліку показників, що обчисляються (наприклад, углубка за оборот). Ці непрямі змінні розраховуються керуючою ЕОМ, що використовує інформацію про основні параметри процесу буріння, які вимірюються серійною контрольно-вимірювальною апаратурою.

3.3. Основні джерела ефективності розробки і впровадження систем автоматизованого управління процесом буріння

Одне з основних джерел економічної ефективності - підвищення якості управління при його автоматизації.

Якщо управління процесом буріння розглядати як підтримка параметрів процесу (наприклад, механічної швидкості і т. п.) можливо ближче до заданого режиму, який встановлюється бурильнику інженером-технологом на основі його знань геолого-технічних умов буріння, то якістю управління буде те, наскільки точно протягом тривалого часу процес буріння відповідає заданим режимам, установкам і т. д. Як показує практика, звичайно зусиль бурильника недостатньо, щоб підтримувати процес в межах заданого режиму або показника. Це пояснюється випадковим характером чинників, що впливають на процес буріння, і обмеженими можливостями людини.

Система автоматизованого управління забезпечує підвищення якості управління завдяки своїй особливості швидко реагувати на обурення і виробляти керуючі впливи, в яких враховується взаємний вплив параметрів і показників процесу. Крім того, система гарантує якість управління, що особливо важливо.

Крім описаного підходу до управління, заданого стану процесу (так зване локальне регулювання), що укладається в підтримці, в системі повинні бути реалізовані перспективні методи управління, які не можна здійснити за допомогою традиційного ручного управління. До них можна віднести такі методи; що реалізовуються в процесі автоматизованого управління, як оперативна оптимізація, адаптивна настройка, регулювання по обуренню, управління по непрямих змінних, що обчисляються, які не піддаються безпосередньому вимірюванню (наприклад, досягнення мінімального відношення потужності на буріння до механічної швидкості буріння), і т. д.

Інше джерело ефективності систем автоматизованого управління - збільшення продуктивності труда внаслідок зростання механічної швидкості буріння, зменшення кількості аварій і ускладнень, збільшення продуктивного часу за рахунок об'єктивного документованого контролю.

Очевидно, в найближчому майбутньому не передбачається скорочення обслуговуючого персоналу бурової установки, оскільки, принаймні з точки зору техніки безпеки, бурова установка повинна обслуговуватися не менш, ніж двома робітниками. Але можна говорити про умовне вивільнення чисельності при автоматизованому управлінні навіть в процесі буріння однієї свердловини. Оскільки система управління приймає на себе частину функцій обслуговуючого бурового персоналу, то в час, що вивільнився робітники можуть виконувати різні допоміжні роботи. Крім того, за рахунок підвищення швидкостей буріння можливе скорочення кількості бурових установок, а отже, і чисельність робітників.

Зниження собівартості 1 м буріння свердловини - наступне джерело ефективності систем автоматизованого управління процесом буріння. Це досягається з одного боку, за рахунок зростання продуктивності труда, а з іншою - за рахунок менших питомих витрат истирающих матеріалів, інструмента, енергії, збільшення межремонтних термінів обладнання і т. д. Наприклад, відома система Вектор-1. розроблена в Севукргеологиї В. А. Флянтіковим і В. А. Бабішиним. забезпечила зростання продуктивності труда на 46%, збільшення механічної швидкості і довжини рейса на 30 і 43% відповідно, зниження витрат потужності при бурінні 1 м витрати истирающих матеріалів і собівартості бурових робіт на 6,50 і 19,3% відповідно.

Такі результати отримані при бурінні планових геологорозвідувальних свердловин загальним об'ємом більше за 10 тис. м. Потрібно врахувати, що названа система внаслідок жорсткої, апаратної, реалізації алгоритму управління володіє вельми обмеженими функціональними можливостями і по суті управляє лише по одному параметру-навантаженню на породоразрушающий інструмент (долото).

До неявних джерел економічної ефективності можна віднести функції контролю і реєстрації параметрів, а також показників процесу буріння, виконані системою управління. При цьому вивільняється певна частина інженерно-технічних працівників; які повинні хронометрувати процес і заздалегідь обробляти дані.

Отримані об'єктивні дані служать основою для оптимального проектування процесу буріння, нормування і інш.

У недалекому майбутньому з впровадженням гидрофицированних бурових установок нового покоління можливе зростання ефективності за рахунок розширення функціональних можливостей системи управління процесом буріння, таких як автоматизація спусково-підіймальних операцій, діагностика стану станка, оперативна обробка даних скважинной геофизики, облік витрати матеріалів і т. д.

Впровадження систем автоматизованого управління має соціальне значення. Передусім, це усунення відмінностей між розумовим і фізичним трудом, поліпшення умов труда і техніки безпеки, оскільки внаслідок автоматизації буровий персонал може бути видалений на безпечну відстань від рухомих і частин, що обертаються, і створення комфортабельних умов роботи.

3.4. Стан розробок по автоматизації процесу буріння

За даними, створенням систем автоматизованого управління процесом буріння останнім часом займаються також зарубіжні фірми.

Японська фірма "Кокен Борінг Машин До" розробляє бурові станки з комп'ютерним управлінням з 1979 р. Наприклад, в 1981 р. був розроблений буровий станок СВК-До-10А з програмним управлінням. Ця модель являє собою малогабаритний гідравлічний станок з вбудованою мікро-ЕОМ, який призначений для геологічної зйомки і буріння цементировочних свердловин глибиною до 100 м при споруді гребель і дамб. Розробники обгрунтовано вважають, що ефективність і безпека буріння значно залежать від кваліфікації оператора-бурильника. Тому мета розробки бурового станка з вбудованою ЕОМ складається в забезпеченні високої надійності, ефективності і безпеки роботи при бурінні станком незалежно від кваліфікації бурильника і, тим більше, у відкритті можливості автоматичного буріння станком свердловини заданої глибини в невідомих гірничо-геологічних умовах. Система управління збирає інформацію по шести параметрах і по заданій програмі проводить оптимальне управління станком спускоподъемние операції також автоматизовані. Фахівці фірми затверджують, що застосування станків з програмним управлінням дозволило отримати великий економічний ефект.

У ФРН в 1989 р. приступили до оптимізації процесів буріння на основі мікроелектроніки при розробці рудних родовищ свердловинами великого діаметра. Початі науково-дослідні дослідно-конструкторські роботи показують, що їх результати можуть бути використані і при інших видах буріння.

Автори вважають, що автоматичне регулювання при бурінні свердловин великого діаметра дозволяє:

- підвищити швидкість буріння при зниженні питомого зносу споживання енергії;

- створити умови для обслуговування бурового станка однією людиною, обслуговування однією бригадою декількох станків;

- скоротити непродуктивний час на початку і кінці зміни;

- максимально збільшити швидкість буріння при мінімізації витрат.

У розробці передбачається діагностика бурового станка, реєстрація і індикація параметрів режимів буріння і деяких режимів роботи. Оптимізацію процесу буріння намічено здійснити шляхом адаптивного регулювання за допомогою обчислювальних пристроїв.

У огляді, присвяченому аналізу стану розвідувального буріння і напряму його розвитку, зарубіжні фахівці затверджують, що подальший розвиток цього способу, ймовірно, приведе до підвищення¦ продуктивність, автоматизації бурового процесу з метою скорочення часу на спускоподъемние операції і забезпечення адаптивного регулювання параметрів буріння з пошуком оптимальних поєднань швидкості подачі, осьового навантаження, моменту, що крутить і частоти обертання бурильної колони [12]. У Спеціальному проектно-конструкторському бюро бурової автоматики (СПКББА) на базі ЕОМ середнього класу розроблена станція автоматичної оптимізації і геолого-технологічного контролю буріння глибоких свердловин (САОБ), призначена для оперативного управління процесом буріння з метою його оптимізації, розпізнавання і попередження ускладнень і аварійних ситуацій, ліквідації аварій, автоматичного збору, обробки, накопичення і видач геолого-технологічної і техніко-економічної інформації про процес буріння глибоких свердловин на нафту і газ.

Основні функції станції наступні: оптимізація режимів буріння, що забезпечують досягнення екстремального значення критерію оптимальності (максимум рейсової швидкості або проходки на долото, мінімум вартість 1 м проходки); коректування вибраного оптимального режиму буріння при зміні умов буріння в процесі рейса; розпізнавання на ранній стадії предаварийних і аварійних ситуацій і ймовірностний оцінка моменту їх настання; накопичення, зберігання і уявлення в різній формі геолого-технологічної інформації про процес буріння, кратна 1 м буріння або рейсу.

Станція може працювати з будь-якими нафтовими буровими установками, укомплектованими необхідним набором технологічних датчиків і розрахованими на буріння експлуатаційних і пошуково-розвідувальних свердловин на нафту і газ глибиною 4000-6500 м. Насамперед доцільно використати станцію на нових площах в умовах малої изученности розрізів і невірогідності схожої геолого-технологічної інформації про умови буріння.

Друга найбільш значна розробка, що має реальний вихід у виробництво, автоматична система управління процесом углубки свердловини в оптимальному режимі (автобурильщик "Узбекистан 2А"), створена в Методичній експедиції геолого-економічних досліджень. Система включає кабіну бурильника з розміщеним в ній обчислювально-керуючим комплексом, датчики технологічних параметрів і виконавчий механізм для управління важелем гальма лебідки. Система призначена для ведіння в автоматичному режимі процесу буріння роторним і турбінним способами глибоких свердловин на нафту і газ серійними буровими установками з використанням шарошечних доліт. Систему обслуговує один оператор. Обчислювально-керуючий комплекс включає в себе обчислювальний блок, виконаний на базі серійної микроЕВМ "Електроника С5-12 ", пульт управління, пристрою зв'язку з об'єктом і оператором, представлення інформації, формування керуючих сигналів, стрічковий перфоратор ПЛ-150 і систему живлення. Комплекс призначений для прийому і аналізу інформації про процес буріння по сигналах датчиків технологічних параметрів, а також для логічної і математичної обробки її відповідно до алгоритму управління, формування інформаційних і керуючих сигналів і забезпечення всіх пристроїв системи електроживлення.

Відповідно до алгоритму управління система проводить зважування бурового інструмента, приработку долота, пошук ефективного значення осьового навантаження на долото і підтримку її в процесі буріння. Якщо подальше буріння економічно недоцільне, то система виробляє сигнал про закінчення рейса і припиняє подачу інструмента. Крім того, система забезпечує безаварийное буріння, своєчасно визначаючи знос опори шарошечного долота. Зведення про хід процесу буріння і режимах роботи обладнання видаються бурильнику за допомогою стрілочних приладів, цифровій індикації, світлових транспарантів, а також фіксуються на перфоленте, яка може бути початковим документом для формування інформаційного банку і служить контрольним документом, що об'єктивно представляє стан бурового інструмента і обладнання і що відображає роботу бурової бригади.

Система призначена для буріння свердловин глибиною 3500-4000 м. Споживана потужність не більше за 0,5 кВт. Як показали результати промислових випробувань, застосування системи дозволяє скоротити витрату доліт і час проводки свердловини на 15-20% при забезпеченні повної безаварийности.

Фірмою "Даймент Боарт" створена гидрофицированная установка з жвавим вращателем і трубодержателем, в управлінні якої використаний мікропроцесор [13]. За допомогою мікропроцесора координується функціонування елементів гидроуправления, виконуються розрахунки різних операцій і контролюється їх відповідність заздалегідь прийнятим завданням. При спускоподъемних операціях мікропроцесор синхронізує послідовність спрацювання гидропатрона вращателя і трубодержателя, переміщення вгору і вниз і контролює інтервали часу між проходженням послідовних сигналів.

Можливе розширення функцій системи управління: повне відтворення різних програм, зазделегідь відпрацьованих експериментально; захист по максимальному моменту, що крутить при згвинчувати і розгвинчуванні бурильних труб; обмеження по граничному осьовому навантаженню під час буріння, що підвищує надійність бурильної колони і т. д. Передбачаються реєстрація і обробка інформації про процес буріння, яка потім буде використана для інтерпретації цього процесу і геологічного розрізу.

Для буріння геологорозвідувальних свердловин на тверді корисні копалини розроблена система автоматизованої оптимізації управління технологічним процесом буріння САОПБ-1. Система призначена для автоматичного управління технологічним процесом буріння свердловин алмазним породоразрушающим інструментом по заданій оптимальній углубке коронки за оборот або заданій механічній швидкості і може застосовуватися на всіх бурових станках з гідравлічною системою подачі, що використовуються при алмазному бурінні.

Практично система являє собою аналоговий регулятор і відрізняється від відомих високою надійністю і ефективністю, які залежать від правильного вибору у кожному конкретному разі углубки коронки за оборот, що задається бурильником (технологом). При невідповідності заданої углубки (швидкості буріння) умовам буріння, т. е. у разі перевищення заданої швидкості буріння, оптимальної для даних умов, спрацьовує захист по споживаній потужності або тиску бурового розчину в нагнетательной лінії промивального насоса і відбувається автоматичний "підрив" інструмента. Часте повторення описаної ситуації служить сигналом про необхідність зменшення заданої углубки за оборот.

Оптимальні величини углубки, що задається за оборот для кожної системи (гірська порода-коронка) вибирають по спеціальній, раніше розробленій, діаграмі або визначають досвідченим шляхом по спеціальній методиці в процесі буріння.

Безумовною заслугою розробників є те, що вони першими на базі великого об'єму буріння довели переваги автоматизованого управління процесом алмазного буріння.

Нестача системи - обмежена здібність до вдосконалення, що властиво всім аналоговим рішенням. Введення елементів адаптації, вдосконалення алгоритмів управління спричинить великі труднощі і, отже, дорожчання системи.

На початку 1999 р. Московське спеціальне конструкторське бюро геофизического приладобудування і інформатики "Ореол" випустила систему технологічного контролю параметрів буріння "СГТ-мікро". Система рекомендована Держгіртехнаглядом РФ для впровадження у всіх бурових підприємствах, насамперед, як обладнання для забезпечення безпеки ведіння бурових робіт і запобігання аваріям.

Система "СГТ-мікро" по функціональних можливостях аналогічна подібним коштам, що випускаються відомою фірмою "Мартин-Декер". Вартість "СГТ-мікро" в 4-6 раз менше, а з урахуванням витрат на навчання персоналу, профілактичні обслуговування і ремонт, виклик фахівців при виникненні нештатних ситуацій і т. п., вартісне відношення ще більш зростає на користь "СГТ-мікро".

Розділ 3. Опис пристрою збору і первинної обробки інформації про стан процесу буріння

Необхідна умова якісного рішення задачі автоматичного управління процесом буріння - отримання інформації про стан процесу з необхідною оперативністю і точністю. Необхідна оперативність отримання інформації визначається необхідністю управління процесом в реальному масштабі часу, т. е. керуючі впливи повинні сформуватися без запізнювання (або з допустимим запізнюванням) відносно змін стану керованого процесу. Це забезпечується тим, що технологічні параметри повинні вимірюватися з частотою, оптимальною для тимчасових характеристик процесу буріння, до яких відносяться тривалість перехідних процесів в приводі подачі бурового станка, инерциальние властивості бурової колони, нестаціонарний характер процесу.

Крім того, тимчасові характеристики істотно залежать від геолого-технічних умов буріння: глибини свердловини, фізико-механічних властивостей разбуриваемих порід, типів бурильних труб і компонування бурильної колони, властивостей очисного агента, режиму промивки свердловини і т. п. Розрахунок точних тимчасових характеристик можливий лише на основі адекватного математичного опису процесу буріння (моделі), що визначає не тільки якісну, але і точну кількісну залежність вхідних і вихідних змінних, що характеризують процес буріння, для конкретних геолого-технічних умов.

Однак існуючі в цей час математичні описи процесу буріння мають якісний характер і дозволяють лише досить приблизно оцінити (від одиниць до декількох десятків секунд) тимчасові характеристики процесу буріння. Ця оцінка також підтверджується численними експериментальними даними. Таким чином, тимчасові характеристики процесу буріння, а отже, і частота опиту параметрів, не можуть бути точно визначені на основі розрахунків. На даному етапі розвитку автоматизованого управління процесом буріння доцільно розглядати період опиту параметрів як технологічну константу, конкретне значення якої для певних умов встановлюють експериментальним шляхом по відповідних методиках.

За даними експериментальних досліджень і випробувань, при бурінні різними буровими установками (СКБ-4, 5, 8, ЗИФ-650) свердловин глибиною 100-300 м при періоді опиту параметрів із забезпечуються цілком задовільна якість стабілізації режимних параметрів буріння, своєчасна і ефективна реакція на зміни процесів і ліквідація аномальних технологічних ситуацій в початкових стадіях їх розвитку. При таких великих періодах опиту параметрів неможливий аналіз високочастотних процесів в бурінні, наприклад, вібрацій, діапазон яких складає, за різними оцінками, від сотень герц до десятків кілогерц. Для реалізації опиту параметрів з такими високими частотами необхідні спеціальні технічні засоби і складний математичний апарат обробки вимірювань. Тому в цей час доцільно провести спеціальні дослідження високочастотних процесів в бурінні і формувати за їх результатами рекомендації по управлінню режимами буріння, наприклад, у вигляді системи обмежень.

Для цілей управління режимами буріння в реальному масштабі часу можливо обмежитися рішенням задачі формування тимчасового ряду вимірювань (тренда), який адекватний реальним закономірностям зміни стану процесу буріння, що дозволяє виявляти взаємозалежність зміни параметрів і прогнозувати тенденції зміни стану процесу. Якість формування тренда кожного параметра буріння також визначається точністю вимірювань окремих точок (миттєвих значень), що становлять тренд.

Процедура отримання миттєвого значення параметра, що являє собою безперервний електричний сигнал, полягає в квантуванні цього сигналу по рівню, яке складається в тому, що в діапазоні безперервних значень функції l(t) вибирається кінцеве число дискретних значень функції, розподілених, наприклад, рівномірно по всьому діапазону. У момент вимірювання значення функції l(t) замінюється значенням найближчого дискретного рівня. Функція при цьому придбаває ступінчастий вигляд (мал. номер). При квантуванні виникає погрішність квантування, визначувана кроком квантування. При рівномірному квантуванні по рівню максимальне значення приведеної погрішності квантування

де - діапазон зміни параметра; (q-1) - число інтервалів (кроків) квантування, q-1=().

Однак основна проблема полягає у виділенні корисного сигналу на фоні випадкових перешкод, джерело яких не вимірювальні тракти, а стохастичні обурення, виникаючі в процесі буріння і що є слідством умов буріння, що змінюються і нестабільності роботи бурового обладнання. Задача складається в формуванні вимірювання необхідного параметра буріння в певний момент часу таким чином, щоб сукупність цих вимірювань відображала закономірну зміну даного параметра в межах тимчасового інтервалу, що аналізується. У тій, що розробляється теперішнім часом дипломі системі вказана проблема вирішується таким чином:

Рис. Квантування безперервного сигналу по рівню.

Формування одного вимірювання кожного вигляду параметрів проводиться по певній кількості опитів АЦП, яка розглядається як статистична виборкаnнаблюдаемих значень величини, що вимірюється,. .., (під опитом АЦП розуміється однократний програмний запуск АЦП для вимірювання миттєвого значення заданого параметра в момент запускаю; швидкодія АЦП ADC0816 дозволяє виробляти опити з частотою 10-30 Гц в залежності від амплітуди сигналу, що вимірюється ). Як значення параметра обчислюється вибіркове середнє - перший момент вибіркового розподілу випадкової величини. Для одномірних розподілів - це середнє арифметичне значення по елементах вибірки,. ..,

(7/1)

При обробці статистичних вибірок середнє арифметичне є оцінкою математичного очікування, точність якого залежить від кількості елементів виборкиn. Так какnв випадку формування вимірювань параметрів необхідно вибирати з міркувань отримання достатньої точності, то для оцінки цієї точності при невеликих об'ємах вибірок можна скористатися найкращими лінійними оценкамиSсреднего квадратического відхилення [2], наприклад,

для n=2,

дляn=4,

дляn=8, (7,2)

де - варіаційний ряд, т. е. значення, розташовані в порядку зростання.

Наприклад, при восьми опитах АЦП каналу механічної швидкості отримані наступні значення:

n

1

2

3

4

5

6

7

8,

см/ч

156

147

149

152

151

155

144

148

ВичисляяxиSпо формулам (7.1) і (7.2), для різних значенийn, отримаємо наступні результати (табл. xxx).

Таблиця xxx

n

Варіаційний ряд

S

1

2

3

4

5

6

7

8

2

147

156

-

-

-

-

-

-

151,1

7,98

4

147

149

152

156

-

-

-

-

151

4,41

8

144

147

148

149

151

152

155

156

150,25

3,36

Очевидне, з увеличениемnточность формування вимірювання підвищується і приn=4 і приn=8 вполнеудовлетворительна. Крім того, для виявлення тенденцій в зміні стану процесу буріння точність формування вимірювань різних параметрів може бути неоднаковою. Наприклад, механічну швидкість і момент (потужність), що крутить, як найбільш інформативні параметри необхідно вимірювати з великою точністю (n=8), чим осьове навантаження і частоту обертання (n=4).

Для параметрів витрати промивальної рідини і тиску на насосі, зміни яких носять пульсуючий характер, можна ограничитьсяn=2.

Параметри обробляються не в фізичних одиницях параметрів буріння, а в деяких абстрактних одиницях (кодах АЦП), пропорційних виміряному напруженню сигналу з відповідного датчика. Наступний етап формування вимірювання - масштабування, т. е. переклад значень вимірювань, виражених в кодах АЦП, в фізичні одиниці. Таке перетворення здійснюється таким чином:,

де - значениеi- го параметра буріння в фізичних одиницях;- масштабний коеффициентi- го параметра; - значениеi- го параметра в кодах АЦП.

Для деяких параметрів потрібно додаткова математична обробка, пов'язана з особливостями їх вимірювання. Наприклад, при вимірюванні осьового навантаження на породоразрушающий інструмент необхідно враховувати вагу снаряда в залежності від того, як проводиться буріння: з додатковим навантаженням або розвантаженням. Така додаткова обробка здійснюється спеціальними підпрограмами, що враховують конкретні характеристики бурових установок і датчиків технологічних параметрів. У системі автоматичного управління процесом буріння повинна бути реалізована можливість зміни певних характеристик підсистеми опиту і первинної обробки інформації шляхом введення в систему відповідних даних з пульта оператора системи. До таких характеристик відносяться період вимірювання параметрів, кількість опитів у вимірюванні, Масштабні коефіцієнти, вибір необхідної підпрограми обробки. Дані зміни повинен проводити фахівець служби КУП експедиції або партії при проведенні налагоджувальних і перевірочних робіт.

Як вказувалося вище, оцінка і прогнозування змін стану процесу буріння здійснюється шляхом формування і аналізу тимчасового ряду (тренда) кожного з параметрів, що вимірюються. Безпосередньо аналіз трендов, оцінка і прогнозування змін стану процесу виробляється іншими підсистемами системи автоматичного управління процесом буріння. Задача підсистеми збору і первинної обробки інформації - формування тренда, який, з точки зору програмної реалізації, повинен являти собою масив елементів пам'яті, в якому зберігаються значення параметрів, впорядковані у часі.

Такий масив пам'яті формується з використанням так званої стекової організації зберігання даних, суть якої полягає в тому, що в масиві пам'яті фіксованого объемаN, содержащегоNзначений певної змінної, нове (N+ 1) значення даної змінної вміщується в цей масив (стек) за рахунок виключення з нього за певним правилом одного изNелементов. Правилами запису в стек можуть бути "перший прийшов - перший пішов "," перший прийшов - останній пішов" і т. п. У цьому випадку стекова організація зберігання даних організована таким чином.

Частина об'єму ОЗУ ЕОМ, в якому організована оперативна інформаційна база, розділена на блоки, що включають по 64 елементи пам'яті. Число таких блоків дорівнює максимальній кількості параметрів і показників процесу буріння, що використовуються в системі. Кожний з таких блоків є стеком відповідного параметра; запис інформації у всі стеки здійснюється за правилом "перший прийшов - перший пішов". Нехай в момент зволікавши якому небудь стеку, наприклад стеку вимірювань, знаходилося 64 попередніх значень (мал. 7.2), (,,. ..,).

В момент часу було сформоване чергове вимірювання, яке необхідно вмістити в стек, буде переміщено в 63-й елемент, - в 62-й елемент і таким чином до "вершини" стека, т. е. до1-го елемента, в який буде вміщене значення, а значення буде видалене з стека. Отже, в стек буде вміщуватися кожне нове вимірювання даного параметра.

Запис у всі стеки проводитися синхронно з періодом, т. е. в момент часу (гдеK- номер циклу вимірювань) формуються вимірювання всіх параметрів і записуються значення вимірювань у відповідні стеки. У будь-який момент часу в стеках

Очікування витікання

Так

Немає

Немає

Так

Немає

Рис. XXX Блок-схема

Так алгоритму роботи

підсистеми

збору і первинної

обробки інформації

знаходяться по 64 вимірювання кожного з параметрів процесу буріння, впорядкованих у часі і що дозволяють оцінити зміну параметрів в інтервалі часу від до. Наприклад, при з інтервал оцінки вимірювання параметрів складе з.

Очевидно, що, маючи в своєму розпорядженні дані за такий відносно тривалий інтервал часу, можна досить надійно розпізнавати виникаючі зміни стану процесу і прогнозувати тенденції розвитку технологічних ситуацій. Аналіз тимчасових рядів, що формується таким чином виробляється іншими підсистемами системи по математичних методах і алгоритмах, відповідних задачам, що вирішуються кожною з підсистем.

Описані вище методи опиту, первинної обробки і зберігання інформації про параметри і показники процесу буріння реалізовуються програмним модулем САУ технологічним процесом, який отримує управління циклічно, з періодом Даний програмний модуль має в системі вищий пріоритет.

Вся необхідна для роботи інформація міститься в таблиці опиту параметрів (мал. xxxx) і визначає необхідний режим і характеристики вимірювань. Блок схема алгоритму роботи модуля приведена на мал. xxxx.

Важлива перевага подібної структури даної підсистеми - можливість простої зміни або заміни підпрограми обробки вимірювань параметрів, і отже можливість роботи системи з різними датчиками і вимірювальними приладами.

Розділ 4. Розробка принципової схеми пристрою зв'язку персонального комп'ютера з об'єктом автоматизації.

4.1 Опис автоматизованої системи управління процесом буріння Зоя 1.1.

Система Зоя 1.1 призначена для контролю технологічних параметрів буріння з метою оперативного управління і оптимізації режимів буріння свердловин на нафту і газ і забезпечує:

- автоматичний збір і обробку з розрахунком похідних параметрів і представлення поточної інформації в наочній формі на коштах відображення і реєстрації бурильника і бурового майстра;

- документування результатів буріння в цифрово-аналоговому і графічному вигляді, включаючи рапорт за зміну,

- контроль виходу технологічних параметрів за встановлену користувачем межі зі світловою і звуковою сигналізацією цих подій;

- аварійну сигналізацію при виході параметрів "Вага на крюку", "Тиск на вході" за граничні значення з видачею сигналів блокування на відповідне бурове обладнання;

- автономне функціонування пульта бурильника при відключенні ЕОМ;

- високу експлуатаційну надійність і довговічність при мінімальних витратах на технічне обслуговування і метрологічне забезпечення.

До необхідного типового елемента будь-якої системи автоматичного управління відносяться датчики технологічних параметрів. Призначення датчика - перетворення контрольованої або регульованої величини у величину іншого роду, зручну для подальшого застосування.

У системі присутні наступні датчики:

- Датчик ваги на крюку встановлюється на нерухомій гілці талевого каната. Як первинний перетворювач в датчику використовується тензометрический силоизмерительний елемент.

- Датчик контролю моменту на роторі (тензометрический) встановлюється на редукторі приводу ротора замість фіксуючої серьги-стяжки або фіксуючої опори. Контролюється діюче на датчик зусилля розтягнення або стиснення.

- Датчик контролю ходів насоса (індуктивний датчик наближення) встановлюється на шківі приводу насоса.

- Датчик каналу контролю швидкості обертання ротора визначає швидкість обертання вала приводу ротора. Як первинний перетворювач застосовується датчик наближення. Встановлюється на трансмісії.

- Датчик тиску (тензорезисторний) встановлюється в нагнетательной лінії.

- Датчик глибин дає початкову інформацію для розрахунку глибини вибою, подачі, положення тальблока. Датчик ланцюговою передачею пов'язаний з валом лебідки.

- Датчик-індикатор зміни витрати бурового розчину на виході (в жолобі) перетворює кут відхилення лопатки від вертикального положення в електричний сигнал в залежності від рівня і швидкості потоку.

- В суміщеному датчику густини - рівня бурового розчину (БР) і густини БР на виході як первинний перетворювач застосовується диференціальний манометр. Вимірюється гідростатичний тиск в занурених в буровий розчин трубках, через які під тиском продувається повітря.

- Датчик сумарного змісту горючих газів, виконаний на основі первинного термохимического перетворювача, монтується разом з датчиком-індикатором зміни витрати на виході. Аналогічні датчики застосовуються для контролю газосодержания і сигналізації у вибухонебезпечній зоні.

- Датчик температури БР на вході і виході виконаний на основі спеціальної мікросхеми і встановлюється, відповідно, в робочій ємності і в жолобі.

- Датчик температури повітря (аналогічний) розміщений в кабельній розподільній коробці.

- Датчик моменту на ключі (тензометрический) встановлюється на привідний тросі ключа.

- Датчик моменту на турбобуре (тензометрический) встановлюється на вузол стопора ротора.

Інформація від датчиків по кабелях передається в блок УКП, де здійснюється перетворення і обробка сигналів, і, потім, в куль бурильника і ЕОМ.

Інформаційно-метрологічні характеристики в повному об'ємі приведені в прикладеній таблиці №.

Таблиця №.

Контрольований параметр

Найменування параметра, одиниця вимірювання

Діапазон контролю

1 Вага на крюку, кН

0 - 5000; 0 - 4000

0 - 3000; 0 - 2500

0 - 2000; 0-1500

2 Навантаження на долото, кН

0-500

3. Момент, що Крутить на роторі, кНм

0-60 0-30

4. Тиск на вході, Мпа

0-40

5 Витрата на вході, л/з

0-100

6 Обороти ротора, об/міна

0-300

7 Число ходів кожного насоса (до трьох), хід/міну

0-125

8 Зміна витрати на виході, %

0-99

9. Подача, м

0-99,9

10. Положення талевого блоку, м

0-60 0-45

11 Глибина вибою, м

0 -9999

12 Положення долота над вибоєм, м

0 - 9999

13 Поточний час, дата

-

14. Час буріння 1 м проходки, мін/м

0-1000

15. Механічна швидкість проходки, м/година

0-200

16. Швидкість СПО, м/з

0-3

17. Час буріння долотом, мін

0-999999

18. Проходка на долото, м

0-999

19. Густина бурового розчину (БР), г/смЗ

0,8-2,6

20. Рівень БР, м

0,4-2,0; 0,8-2,4

1,2-2,8

21 Сумарний об'єм БР, мЗ

0 - 999,9

22. Зміна сумарного об'єму БР, мЗ

0-500

23 Сумарний зміст горючих газів, % НКПР

0-50

24. Момент на ключі, кНм

0-60

25. Момент турбобура, кНм

0-30

26 Температура на вході і виході,°З

0-100

27 Температура повітря,°З

0-100

28. Густина промивальної рідини в жолобі, г/смЗ

0,8-2,6

4.2 Місце УСО в АСУ процесу буріння

АСУ ТП повинна мати можливість і кошти зв'язку з об'єктом управління. Однак з головних відмінностей між системами обробки даних і АСУ ТП складається в тому, що остання повинна бути здатна в реальному часі отримувати інформацію про стан об'єкта управління, реагувати на цю інформацію і здійснювати автоматичне управління ходом технологічного процесу. Для рішення цих задач ЕОМ, на базі якої будується АСУ ТП, повинна відноситися до класу керуючих обчислювальних машин (УВС), т. е. являти собою керуючий обчислювальний комплекс (УВК) УВК можна визначити як обчислювальну машину, орієнтовану на автоматичний прийом і обробку інформації, що поступає в процесі управління, і видачу керуючих впливів безпосередньо на виконавчі органи технологічного обладнання. Така орієнтація забезпечується пристроями зв'язку з об'єктом (УСО) (мал. ммм) - набором спеціалізованих блоків для інформаційного обміну між керуючою ЕОМ і об'єктом управління. Розрізнюють пасивні і активні УСО.

Пасивні пристрої виконують команди опиту датчиків і команди видачі керуючих впливів. Вони містять комплекти вхідних і вихідних блоків і блок управління. До складу вхідних і вихідних блоків, що забезпечують прийом аналогової і дискретної інформації, входять перетворювачі форми інформації типу аналог-код і код-аналог, комутатори, підсилювачі і т. п. Блок управління забезпечує необхідний обмін інформацією з керуючою ЕОМ і управління всіма блоками пристрою, розшифровує команди, що поступають від ЕОМ, і забезпечує необхідний обмін інформацією через блоки введення-висновку

Активні УСО здатні працювати в автономному режимі стеження за станом керованого об'єкта (процесу), а також виконують певні алгоритми перетворення інформації, наприклад, алгоритми реєстрації параметрів і сигналізації про відхилення їх від норми, регулювання по одному з відносно простих законів і інш. Побудова УСО за активним принципом дозволяє підвищити надійність АСУ ТП загалом і ефективність використання керуючої обчислювальної машини внаслідок скорочення потоку інформації, що поступає від об'єкта управління в керуючу ЕОМ.

Рис. Типова структура АСУ ТП на базі керуючій ЕОМ.

У справжньому дипломі розробляється конструкція функціонально закінченого пристрою зв'язку з об'єктом в системі збору і первинної обробки інформації про стан процесу буріння (мал. ццц). Система збору і первинної обробки інформації про стан процесу буріння є найважливішою функціональною підсистемою АСУ ТП ЗОЯ.

У основному схема розроблена на інтегральних мікросхемах ТТЛ серії К555 і К155. Дана модель є практичною, недорогою і простій і дозволяє зв'язати датчик будь-якого типу з IBM PC або еквівалентним комп'ютером. Детально розглядаються принципи функціонування системної шини IBM PC і базовий апаратний інтерфейс, з яким пов'язана вищепоказана конструкція, а також робота системи переривань, лічильників і таймерів.

4.1 Опис роботи схеми

В схемі, що розробляється можна використати до 64 портів - 32 вхідних і 32 вихідних. У таблиці ххх дається розподіл портів плати.

Таблиця ххх.

Лінія

вибору порту

Номер порту

(16-ричний)

Найменування

Функція

Мікросхема

E0

300

PORTA

Паралл. ВВ

порт А

Intel 8255

E1

301

PORTB

Паралл. ВВ

порт В

Intel 8255

E2

302

PORTC

Паралл. ВВ

порт З

Intel 8255

E3

303

PCNTRL

Паралл. ВВ

Управління

Intel 8255

E4

304

CNT0

Лічильник 0

Intel 8253

E5

305

CNT1

Лічильник 1

Intel 8253

E6

306

CNT2

Лічильник 2

Intel 8253

E7

307

TCNTRL

Таймер/лічильник

Управління

Intel 8253

E8

308

ADC

АЦП

Адреса, дані

E9

309

STAT

АЦП

Стан

E10

30A

START

АЦП

запуск

E11

30B

DACO

ЦАП

адреса

E12

30C

GATE

Таймер/лічильник

строб

E13

30D

Порт ручки

Управління

E14

30E

Не задействов.

E15

30F

Не задействов.

E16

310

Не задействов.

E17

311

Не задействов.

E18

312

Не задействов.

E19

313

Не задействов.

E20

314

Не задействов.

E21

315

Не задействов.

E22

316

Не задействов.

E23

317

Не задействов.

E24

318

Не задействов.

E25

319

Не задействов.

E26

31A

Не задействов.

E27

31B

Не задействов.

E28

31C

Не задействов.

E29

31D

Не задействов.

E30

31E

Не задействов.

E31

31F

Не задействов.

Паралельний порт введення-висновку

Хоч комп'ютер IBM PC і володіє дуже могутніми коштами обробки даних, одного цього йому недостатньо. Він має потребу також і в коштах взаємодії із зовнішнім світом. Для обміну даними між комп'ютером і периферійним пристроєм необхідні апаратні кошти введення-висновку і відповідне програмне забезпечення.

Тимчасові діаграми

Ключем до успішного створення будь-якого інтерфейса з системою є забезпечення сумісності тимчасового розподілу його роботи з аналогічними параметрами системної шини. У тимчасових діаграмах і таблицях, приведених на мал. 3.5, представлена детальна інформація про тимчасовий розподіл шинних циклів запису і читання для ВВ.

Шинний цикл звичайно складається з чотирьох робочих періодів тривалістю Т (машинний такт), однак комп'ютер автоматично вводить в цей цикл додатковий період очікування (TW). Таким чином, в комп'ютері весь шинний цикл ВВ містить як мінімум п'ять періодів Т, т. е. його тривалість рівна приблизно 1,05 мкс. Шинний цикл може бути додатково збільшений шляхом регулювання тривалості сигналу готовності (10 СН RDY) на системній шині. Зверніть увагу на те, що виведення А16 адресної комп'ютера не переводиться в активний стан під час шинних циклів ВВ.

Шинний цикл читання ВВ ініціюється кожний раз, коли мікропроцесор 8088 виконує команду IN. Під час періоду Т1 в активний стан перемикається лінія сигналу ALE, по зрізу якого видається ознака того, що розряди АО адресної шини містять дійсну адресу порту ВВ. Під час періоду Т2 в активний стан переводиться сигнал управління IOR, який вказує, що відгук вхідного порту, що адресується повинен полягати у висновку їм свого вмісту на шину даних. На початку періоду Т4 процесор прочитує інформацію з шини даних, а потім лінія сигналу IOR переводиться в неактивний стан.

Шинний цикл запису ВВ ініціюється кожний раз, коли процесор 8088 виконує команду OUT. Під час періоду Т1 в активний стан переводиться керуючий сигнал ALE, по зрізу якого видається ознака того, що розряди АО адресної шини (містять дійсну адресу порту. Потім під час періоду Т2 в активний стан перемикається сигнал IOW, який вказує вибраному вихідному порту, що йому потрібно вважати вміст шини даних. Далі протягом цього ж періоду процесор 8088 виводить на шину дані, які повинні поступати на вихідний порт. На початку періоду Т4 сигнал IOW переходить в неактивний стан і процесор 8088 видаляє дані з шини.

У таблицях, поданих на рис 3.5, приводиться інформація про тимчасові співвідношення у вигляді даних для найгіршого випадку по максимуму і мінімуму. Отже, ці дані справедливі для всіх умов навантаження шини і всіх рівнів напружень живлення в межах заданих допусків.

Рис. 3.5. Тимчасові діаграми роботи порту введення висновку. Тимчасовий розподіл шинного циклу читання для порту введення (а) Тимчасовий розподіл шинного циклу запису для порту висновку (б).

Сполучення комп'ютера РС з мікросхемою порту введення-висновку типаIntel 8255

таймер/лічильник,

що Програмується таймер, що Програмується ИС КР580ВИ3 містить три незалежних 16-розрядних лічильника, що виконують рахунок в зворотному напрямі. Попередній установка дозволяє задавати двійковий або двійково-десятеричний алгоритм рахунку, причому кожний з лічильників може працювати в одному з шести режимів:

0. Переривання термінального рахунку;

1. Чекаючий мультивібратор;

2. Генератор імпульсний;

3. Генератор меандра;

4. Одиночний стробуючий сигнал, що програмно формується;

5. Одиночний апаратно стробуючий сигнал.

Частота проходження синхроимпульсов може бути в межах до 2,5 МГц.

У пристрої, що розробляється на основі таймера-лічильника ИС 8253 реалізована рахункова схема. Джерело напруження 5 В підключається між точкамиVccи GND. Лінії D0-D7 підведені до буферизированной шини даних.

Цифрово-аналоговий перетворювач

На мал. ррр показана внутрішня схемотехническая організація 8-розрядного ЦАПА AD 558 фірми Analog Devices. Коли обидві керуючі лінії вибору кристала знаходяться в активному стані, на 8-розрядний фіксатор поступає байт даних від шини даних. Це 8-розрядне двійкове число зберігається в фіксаторі доти, поки не вибирається наступний кристал. Кожний розряд фіксатора контролює стан транзисторного ключа, діючого наR=2Rрезисторную матрицю з лазерною підгонкою, що складається з 16 резисторів. До кінцевому ОУ підключений резисторная ланцюг, за допомогою якої користувач може встановлювати діапазон зміни вихідного сигналу.

На мал. ллл показана схема підключення висновків ЦАП при використанні на інтерфейсній платі. Лінія вибору порту Е11 (порт ЗОВН) ініціалізувала вибір ЦАП як порту висновку. При перемиканні лінії управління вихідне напруження змінюється в діапазоні 0...2,56 Ці висновки призначені для мінімізації резистивной зв'язку і шуму в ланцюгах проходження аналогового сигналу.

Для зменшення шуму (перешкод) в системі, вмісній як аналогові, так і цифрові компоненти, хороші практичні результати дає використання всюди всередині системи роздільних загальних проводів для аналогових і цифрових схем і з'єднання цих загальних проводів один з одним тільки в одній точці.

Аналогово-цифровий перетворювач

Обгрунтування вибору АЦП

4.2 Розрахунок продуктивності

Продуктивність системи розраховується шляхом оцінки повного часу, що затрачується на одне перетворення. Список всіх тимчасових затримок, званих тимчасовим бюджетом, полегшує розрахунок продуктивності.

Тимчасової бюджет

Час захвата УВХ

6 мкс

Час встановлення вихідного сигналу УВХ

1мкс

Час перетворення АЦП

110 мкс

Затримка, пов'язана з виконанням команди виведення (OUT) і (IN)

40 мкс

Повний час одного перетворення

157 мкс

Максимальна продуктивність

6369 відлік/з.

4.3 Розрахунок точності

Для розрахунку точності системи використовується список основних джерел погрішностей в системі, починаючи від її аналогового входу і закінчуючи цифровим виходом. Інші погрішності, не вказані в таблиці бюджету погрішностей (погрішність, виникаюча внаслідок спаду напруження на виході УВХ в режимі зберігання і т. д.) зневажливо малі (не перевищують 0.01%)

Бюджет погрішностей

Невизначеність напруження УВХ

0,2%

Погрішність посилення УВХ

0,01%

Невизначеність квантування в АЦП

0,2%

Погрішності зміщення, посилення і нелинейность АЦП

0,3%

Погрішність АЦП, пов'язана з дрейфом опорного сигналу

0,1%

Максимальна повна погрішність (алгебраїчна сума)

0,81%

Повна статична погрішність (среднеквадратическая)

0,42

Таким чином, гарантується точність не гірше 1%.

Глава5. Розробка програмного забезпечення

Методика розробки ПО передбачає декілька етапів, які багато в чому співпадають з етапами розробки системи загалом

1) точна постановка проблеми;

2) вибір алгоритмів і вираження їх в термінах і поняттях конкретної операційна і апаратних коштів системи,

3) вибір мови програмування,

4) специфікація структури програм,

5) кодування (програмування),

6) відладка програм і тестування на контрольних прикладах,

7) перегляд попередніх етапів за результатами відладки,

8) документальний супровід.

Програмне забезпечення поділяється на загальне і спеціальне. Загальне програмне забезпечення АСУ ТП являє собою ту частину ПО, яку звичайно постачають в комплекті з коштами обчислювальної техніки. Найважливіша частина загального ПО - операційна система, яка являє собою комплекс програм, що здійснюють управління обчислювальним процесом і реалізуючий найбільш загальні алгоритми обробки інформації і управління стандартними УВВ для конкретної ЕОМ. Потреба в операційній системі у разі застосування керуючих ЕОМ зумовлена двома основними чинниками: ефективним використанням обчислювальних ресурсів, зокрема, часу і пам'яті ЕОМ, а також швидкістю реакції на події, що відбуваються в технологічному процесі. Операційна система складається з деякої головної програми, званої супервизором або монітором, і набору спеціальних системних підпрограм, працюючих під управлінням головної програми. Операційна система в програмному забезпеченні АСУ ТП є тією «обчислювальною середою», в якій існують спеціальні програми, реалізуючий власне автоматизоване управління технологічним процесом. Операційна система забезпечує виконання общесистемних процедур, а також всіх стандартних операцій, що використовуються при роботі програмних модулів спеціального програмного забезпечення.

До общесистемним процедур відносяться:

- розподіл ресурсів процесора між програмними модулями відповідно до їх пріоритетів;

- робота з системою переривань і запуск або зупинка окремих модулів відповідно до стану системи переривань;

- синхронізація роботи програмних модулів коштами операційної підсистеми синхронізації подій з метою реалізації необхідних причинно-слідчих зв'язків і послідовностей в процесі управління;

- організація єдиної служби часу в рамках даної системи і виконання всіх необхідних операцій, пов'язаних з використанням абсолютних або відносних значень часу (інформація про поточний час діб, відлік інтервалів часу, хронометрування заданих технологічних операцій і т. п.);

- контроль і діагностика працездатності керуючого обчислювального комплексу.

Розробка програми виведення про параметри процесу на екран ЕОМ.

Використовуючи розроблену справжнім дипломом плату і відеокарту персонального комп'ютера, можна перетворити ЕОМ в цифровий осцилограф для збору і обробки аналогових даних про стан процесу буріння.

Програма для цифрового осцилографа написана на мові Сі. Цей продукт призначений для визуализації параметрів, що знімаються з датчиків, що значно полегшує їх подальший аналіз. Програма дозволяє приймати по одному каналу і відтворювати аналоговий сигнал з вибраною швидкістю дискретизації. Реалізовані тут функції дають можливість маніпулювати даними самими різними способами, зокрема здійснювати фільтрацію нижніх частот, диференціювання і інтегрування. При розробці використовувався компілятор Ці фірми Microsoft. Лістинг програми представлений в додатку 1.

Розробка Бейсик-програми для управління роботою АЦП

Цикл команд OUT і INP виконується в БЕЙСИКе приблизно за 5 мс, так що частота вибірки обмежена величиною, трохи меншої 200 відлік/з. Програма представлена в додатку 2.

Розробка програми для вибірки даних від АЦП

Програма написана на мові Сі для вибірки від АЦП каналу 1 з інтервалом в 5 мс і посилки кожного вибраного значення в ЦАП. Лістинг програми представлений в додатку 3.