[发明专利]基于嵌入式系统的水平定向钻控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种水平定向钻的控制系统机构，属于水平定向钻的控制技术领域。

背景技术

水平定向钻是一种用于实现在不开挖地表面的条件下铺设多种地下设施，如管道、电缆等的工程机械，这种施工方式既节约成本又减少环境破坏。国内基础设施的发展促进了水平定向钻的应用，同时也对其自动化操作水平提出了更高的要求。目前对水平定向钻的操作大多采用手动方式，操作员需要根据自身的技术水平和经验完成施工过程，劳动强度大，效率低。因此，改进水平定向钻的控制系统，实现自动轨迹规划和纠偏是迫切需要解决的问题。

因为国内现有的水平定向钻控制器绝大多数是从国外引进的，在现有水平上做一些技术改进具有较大的难度。通过对相关资料的查找，实用新型（名称：水平定向钻自动导向系统，专利号：ZL200620115955.2）公开了一种水平定向钻按预定穿越轨迹自动导向、工况信息自动采集和管理的水平定向钻自动导向系统，由工控机、PLC、现场监测传感器和控制开关组成。虽然上述方案能在一定程度上实现水平定向钻钻进过程的实时定位和纠偏调整，但基于工控机软件平台搭建的闭环监控系统不仅成本较高，而且在恶劣工作条件下的可靠性也很难保证；另一方面，很多水平定向钻上使用的导向仪本身是一个封闭的系统，将其传感器数输出直接与PLC上的模拟量输入模块相连是不可行的，即使能够实现两者的相连接，PLC将导向仪采集数据再通过RS232通讯给工控机也不是最好的方案。

因此，对水平定向钻控制系统的改造是非常必要的，如何设计和实现具有自动轨迹规划和运行能力的水平定向钻具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足：本发明的目的在于提供一种简化了水平定向仪的操作、使其运行可靠，且可以有效提高工作效率和质量的基于嵌入式系统的水平定向钻控制装置。

本发明的技术方案为：

基于嵌入式系统的水平定向钻控制装置，其特征在于，包括：

用于获取当前钻头位置信息，并将钻头位置信息反馈给嵌入式系统的导向仪；

用于自动规划水平定向钻的运行轨迹、根据导向仪反馈的钻头位置信息对运行轨迹进行纠偏、发送控制命令给可编程逻辑控制器（PLC）、并接收可编程逻辑控制器的工况信息的数据包，将工况信息显示给操作人员的嵌入式系统；

与嵌入式系统通过CAN总线连通，且用于驱动水平定向钻运行，并监测水平定向钻各部分的工况信息的可编程逻辑控制器。

进一步，所述的嵌入式系统包括用于轨迹规划和纠偏的处理的核心处理器、用于和可编程逻辑控制器或导向仪进行数据交互的CAN通信接口，以及用于操作人员查看和输入水平定向钻运行的相关参数的人机接口，且所述的核心处理器分别与所述的CAN通信接口和人机接口连通。

其中，所述的人机接口包括液晶屏接口、触摸屏接口和键盘接口。

此外，所述的导向仪通过人工手动输入或总线自动获取的方式将钻头位置信息反馈给所述的嵌入式系统。

其中，所述的人工手动输入的方式为：所述的操作人员将导向仪的显示屏上显示的当前钻头位置信息，通过所述的触摸屏接口上连接的触摸屏和键盘接口上连接的键盘手动输入到所述的嵌入式系统。

而所述的总线自动获取的方式则为：所述导向仪上设置有总线接口和总线协议，并通过CAN总线与所述的嵌入式系统通信。

再进一步，所述的嵌入式系统和可编程逻辑控制器之间通信的信息帧类型包括命令帧、确认帧和数据帧。

其中，所述的命令帧为嵌入式系统发给可编程逻辑控制器要执行的用于调整水平定向钻的钻进方向和参数范围的动作指令和参数标定指令。

所述的确认帧为可编程逻辑控制器发给嵌入式系统的表示收到命令的确认回复及执行情况回复。

而所述的数据帧则为可编程逻辑控制器发给嵌入式系统的水平定向钻各部分的机械工作状态和仪表数据。

本发明的有益效果为：

1、本发明在传统的水平定向钻控制系统基础上，加入一套嵌入式装置，可实现钻头轨迹的自动规划和纠偏，提高了机械的工作效率和质量；

2、导向仪与嵌入式系统之间的两种位置信息输入形式，灵活方便，解决了多种不同的导向仪与嵌入式系统的通信问题；

3.本发明的嵌入式系统能够提供友好的人机界面，方便操作人员输入和查看相关信息，降低了操作难度。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构示意图；

图2为本发明所述的嵌入式系统的结构框图；

图3为本发明所述的嵌入式系统的程序流程图。