專利名稱：鉆探智能監控儀的制作方法
技術領域：
本發明的鉆探智能監控儀涉及地質巖芯鉆探測量類的智能鉆探監控儀器屬現代測試技術領域。
在地質鉆探中，對巖石變化、孔內工況及孔內事故預報，是長期以來國內外鉆探界急待解決而又未解決的一大難題，鉆探狀況的不可預見性，使鉆探參數選擇和鉆進工藝的決策存在著很大盲目性，這在找深部礦和盲礦時更為嚴重，目前在鉆探生產中的各種鉆參儀，包括鉆進微機多功能監測系統，由于都是孤立地對單個數據采取設上、下限的報警方式；不具備對多參數的相互影響進行綜合分析處理的能力，因而無法對鉆探生產中發生的燒鉆、鉆頭微燒、斷鉆桿、可鉆性變化、巖石破碎、巖芯堵等進行準確顯示或預報。工效提不高，浪費現象嚴重。
本發明的目的在于提出一種能對鉆探狀況隨時實施監測，正確判斷，并優化鉆進工藝的鉆探智能監控儀本發明的鉆探智能監控儀，由主機硬件裝置系統和計算機軟件程序兩部份組合而成，與鉆機配套使用。
本發明的鉆探智能監控儀是在采用現代測試技術，數據處理技術和計算機技術的基礎上，充分考慮和發揮了操作人員的主觀能動性，特別是人的有效的鉆進判斷分析方法，并吸收現代鉆探新方法，建立起不同的判斷模式樣本，供對比、分析和判斷，實現了多參數自動跟蹤、綜合判斷、人機結合給操作員以優先處理權的最佳執行方案。實破了過去普遍采用的對參數只進行設上、下限的報警方式或孤立并列顯示的模式。真正實現了對孔內事故有效報警，并根據事故預報情況采取相應措施，同時可以通過匯編的軟件程序與各種不同模式進行對比、分析，從而準確判斷出巖石變化及孔內工況。
上述設計思想體現了人工智能的原理，人工智能實際是汲取和模仿有經驗鉆工的有效的分析判斷方法，采用模式識別技術，自學習技術，實現對孔內的實時監測與優化控制。所謂的模式樣本有兩種類型一類是采樣基礎上，通過自動識別和學習而建立樣本，然后對以后參數采樣，通過特征提取，與樣本特征比較，并進行不同模式的綜合判斷，最后得出結論并輸出，同時鑒別樣本條件是否變化，如變化，則需重新建立樣本，如此往復循環下去，第二類，樣本是固定的，在樣本庫里裝著不同樣本以供提取，直接與隨機采集樣本進行比較和判斷，最后識別輸出。，在第二類判斷方式中有二個判斷子模式需特別指出，加以說明(1)判斷巖石破碎模式，即巖石破碎系數Ka的確定KA=Σ(A-A-)2n-1A-≥Km]]>其中A代表負荷電流瞬時值； 代表負荷電流平均值；n代表瞬時值個數Km代表巖石破碎界值這個判斷模式即有鉆工的豐富經驗，又有現代數理統計中的變異系統概念，這樣使得鉆工的經驗進一步科學化。
(2)巖石可鉆性指數KzKz=Vn.Pm]]>其中V代表鉆速；n代表轉速；Pm代表鉆壓；Kz為單位鉆壓下的每轉切入量，它對同一鉆頭在一定鉆壓范圍內是可以反映巖石可鉆性大小及鉆頭與所鉆巖石的適配情況參數的。
另外用人工智能原理中的自學習識別技術可自動消除鉆進倒桿時累加進尺可能產生的誤差。同樣用類似方法可消除鉆進中偶爾活動鉆具而造成的累加進尺誤差。實踐證明數據采集--人工智能＋現代鉆探理論--實時監測優化控制的思想是新穎的、正確的，它對孔內工況的監測和判斷的準確性和可靠性都是很高的。
為了發揮鉆工主觀能動性，該系統中還設計了五個人工干預鍵，有些微機處理困難而人工處理卻很容易的問題，設人工干預健由人處理；一些重要的或關健的決策，計算機可自行處理，但給操作人員以優先處理權，這樣人、機結合可以達最佳效果。
例如正確稱重的必要條件是鉆具處于平衡狀態，上缸壓為零，加循環水，鉆具回轉，這是系統容易識別的，但對鉆具是否提離孔底不易識別，而人卻很容易識別，設稱重干預健由操作人員判別、認定。再如頻繁倒桿所引起的提動誤差，可通過人工智能自動消除，但要分清是正常鉆進，還是護孔、掃孔、掃殘留巖芯，即此時是否應該記進尺時，系統就不易正確判別，而操作人員容易判別，故設進尺干預健由操作人員判別并正確處理。綜上所述，人機結合，不但可簡化設計、節約內存、還可提高系統的適應能力，擴大功能，提高應付復雜情況的能力。
本發明的鉆探智能監控儀的硬件系統由三部分組合而成，主機部分由QJ80單板機及48K內存擴展板、電源部分、信號輸入調整板D/A轉換及信號輸出板組成，主機面板裝有八路信號燈顯示，人工干預鍵、電流、泵壓、泵量表、單板機鍵盤、打印機和錄音機，主機后板裝有兩個傳感器輸入插座及液壓控制部分接線柱，采樣部分選用八個傳感器分別采樣，與鉆機相連接的傳感器有上缸壓傳感器，下缸壓傳感器，鉆速傳感器、卡盤信號傳感器和電流傳感器，與泥漿泵相連接的有泵壓傳感器和泵量傳感器，第三部分是執行機構，在原鉆機液壓系統基礎上增加一個溢流閥，一個電磁換向閥，其中電磁換向閥的一條油路通過溢流閥接在齒輪泵及組合操縱閥之間；另一條油路接在節油控制閥及鉆進操縱閥之間，組成新的液壓系統，以執行事故自動提鉆操作。
本發明的鉆探智能監控儀的軟件系統由四大程序包組成，全部用Z80匯編語言編寫，固化在EPROM中。
具體是循環采樣程序包；主要用于轉速、鉆速、泵量、卡盤數字量和泵壓、負荷電流、上缸壓、下缸壓四個模似量，數字量采集為第一級，10毫秒一次；模似量采集為第二級，50毫秒一次，全部程序由兩級CTC中斷服務程序組成。
數據處理程序包主要是進行數字濾波，求各參數瞬時值，平均值求均方根及變化率孔深，每轉吃入深度，可鉆性指數等所需的計算。
智能判斷程序包，具體又由狀態變化判斷程序、事故判斷程序、斷鉆判斷程序、巖石判斷程序、巖石破碎程序和巖芯堵判斷程序組成。具有人工智能功能，能模仿人的分析判斷方法，依據經過處理的各類數據，對鉆進中發生的各種變化情況，事故預兆、巖石變化等情況進行報警顯示，并自動采取措施。
用戶監控程序包，是為了保證用戶程序正確執行和提供人機對話，其中各種人工干預監測保護等程序是容混在各有關程序包中互相呼應，協同工作的，其主要功能是設置和修改數據，根據工作條件選定合適的運行程序，指揮打印或錄音，顯示所需參數值，檢查有關內存數據，接受運行中人的必要干預、監測程度運行，保證正常工作。
本發明的鉆探智能監控儀是在野外生產直接服務的為適應野外生產的各種惡劣環境，為了抵抗干擾，本儀器采用隔離變壓器，干擾仰制器，低通濾波器，交流穩壓器，兩級直流穩壓及采用獨立穩壓塊供電接地處理等多種抗干擾措施；為提高輸入信號在傳輸中的抗干擾能力，所有信號都在傳感器側由MV級放大整形成0-5V直流模似信號，或0-5V脈沖信號后，再進行傳輸，為了保證更好地消除和保護程序運行，在軟件上采用了容錯技術；對主機和傳感器分別考慮設置了抗震措施
圖1是本發明鉆探智能監控儀的硬件結構框圖圖2是本發明鉆探智能監控儀的軟件總框圖在附圖1中，1是八項數據采集框圖；由負荷電流傳感器；通過改進后的緩沖裝置裝于泥漿泵空氣室上方的泵壓傳感器；由上缸壓傳感器和下缸壓傳感器分別對上、下油缸進行測量，測量數據通過計算機計算求得鉆壓的鉆壓傳感器；探頭部分與安裝在泥漿泵出水泵出水管上的泵量傳感器；根據液壓傳動原理自行研制的鉆速傳感器；可以提取一電信號自動接通或切斷自行改制的小型行程開關觸點以操縱卡盤油缸操縱桿動作的卡盤信號傳感器；鉆速傳感器為提高信號精度和抗干撓能力，通過自行設計的印刷線路將所采用的根據液壓傳動原理自行研制的小型渦輪流量變送器輸出的正弦波信號進行整形放大變為+5V等寬脈沖信號送出的鉆速傳感器；采用增加轉子磁鐵個數，使轉子每轉戶生兩個磁脈沖的自制磁脈沖計數器作轉速傳感器共同組成的八項數據采集框。
2是由稱重干預鍵；進尺干預鍵；打印干預鍵；提鉆干預鍵和強行記憶干預鍵組成的人工干預鍵框。
3是QJ-80單板機作主機，配有二片PIO，除微型打印機占去一口外，還有3個1×8/0口供用戶使用，有八通道A/D口和一通道D/A口，配備S-100總線，便于和48K內存擴展板使用，另外還配有ES-232C串行通訊口，可直接與系統機聯機，該微型打印機可和主程序同時運行，且具有同時打印三條記錄曲線的功能。這將使孔內鉆探情況的分析更加直觀，該機信號輸入調整板是根據系統要求自行設計的，有八路模似信號予處理，四路數字信號輸入，五路修改功能控制信號輸入和五路人工干預信號輸入及48K內存擴展板。
4是自行設計制造的D/A轉換及信號輸出板，單板機發生的信號由PIO2口接入該板，巖芯堵顯示，巖石變軟顯示、未稱重提示顯示、巖石變硬變化顯示等八路顯示，經放大電路輸出；斷鉆桿報警和事故報警信號由光電隔離處理后，通過聲光控制與放大線路后輸出，事故提鉆執行信號通過放大電路推動ACSSR固體繼電器；信號輸出板還設有錄音源和優化電源控制電路。
本發明的鉆探智能監控儀現在是與液壓巖芯鉆機配套使用，目前只設有一路事故提鉆執行機構，該執行機構是通過液壓系統增設的溢流閥和換向閥實現動作的，當主機發出事故提鉆信號后，該信號通過固體繼電器，控制交流電磁換向閥，由電磁換向閥控制給進油缸的油路進行切換，達到事故自動提鉆的目的。
本發明的鉆探智能監控儀，在野外生產試驗期間，從其預報的準確性和實用方便的操作深受鉆工的歡迎，它能基本如實反映孔內工況，遇到情況變化能及時通過聲光報警或自動提鉆，可以指導生產，具有實用性，操作使用方便。
權利要求
1.一種鉆探智能監控儀，采用微機控制數據采集、報警顯示和執行機構，其特征是控制主機采用QJ-80工業計算機，用Z80匯編語言編寫出智能軟件程序包將多項隨機采集到的數據，經電子處理顯示，并隨時與根據人工智能和現代鉆探理論而設計出固定模式樣本或隨機模式樣本進行比較、分析、判斷后，采用人、機協調結合的方式執行鉆進操作。
2.如權利要求1的鉆探智能監控儀，其特征是所述多項數據采集分別是電流、鉆速、轉速、上、下缸壓、泵壓、泵量傳感器和卡盤信號傳感器進行隨機數據采集。
3.如權利要求1的鉆探智能監控儀，其特征是所述人機協調結合方式除微機自動控制操作系統外，還設有鉆具提離孔底指示鍵、應付特殊情況的強行記憶、提鉆、累加進尺和自動打印等人工干預鍵。
4.如權利要求1的鉆探智能監控儀，其特征是所述智能顯示由信號放大線路和巖石可鉆性變強指示燈，巖石可鉆性變弱指示燈，巖石破碎指示燈，巖芯堵指示燈未稱重指示燈及孔內燒鉆、埋鉆、卡鉆事故聲光預報和斷鉆桿聲光報警組成。
5.如權利要求1的鉆探智能監控儀，其特征是所述作為主控制機QJ-80單板機的固化在EPROM的Z80匯編程序由監控程序包，循環采樣程序包、數據處理程序包和智能判斷程序包組成，
6.如權利要求1的鉆探智能監控儀，其特征是所述事故提鉆執行機構是在原液壓系統齒輪泵后的油路中增設溢流閥和電磁換向閥，其中電磁換向閥的一條油路通過溢流閥接在齒輪泵及組合操縱閥之間；另一條油路接在節油控制閥及鉆進操縱閥之間。
全文摘要
本發明的鉆探智能監控儀涉及地質巖芯鉆探，實時監測的控制儀器，解決了在地質巖石鉆探過程中預防孔內事故，及時反映巖石變化和孔內工況的鉆探難題，該儀器利用鉆工有效經驗和現代鉆探新理論、新技術相結合的原理實現人工智能化，由QJ80工控微機為主機、配多路數據采集裝置、顯示裝置、報警裝置、事故提鉆執行機構、微型打印機、磁盤錄音機及專用智能化軟件所組成。
文檔編號E21B44/00GK1116270SQ9410905
公開日1996年2月7日 申請日期1994年8月1日 優先權日1994年8月1日
發明者石衡 申請人:新疆維吾爾自治區地質礦產局第二區域地質調查大隊