基于便携操控箱的深海钻机测控系统研制

作     者：裘志强 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于海滨;江晓

授予年度：2019年

学科分类：081801[工学-矿产普查与勘探] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

主      题：深海钻机 便携操控箱 测控系统 STM32 VS2015 

摘      要：深海岩芯取样钻机可在几千米深的海底定点钻取表层岩芯,是进行深海底矿产资源勘探、深海底地质调查等不可缺少的重要取样装备。随着海洋事业的发展,科考任务对钻机的功能和操作都提出了更高的要求,研制一套更高效且易于使用的钻机测控系统具有重要意义。深海钻机是由一条脐带缆联系水上操控平台和水下采集执行单元的取样钻探设备。传统的深海装备测控系统水上部分通常是由一台工业控制计算机、光电转换器、网络交换机、视频解码器和显示器等众多设备组成,各个设备之间的电源线,串口线,视频线,网口线等等数量繁多,导致设备拆装不易并且容易出错。另外,传统的甲板操控方式是使用鼠标和少量键盘按键来控制界面功能,而今,面对日益复杂的界面,对于不懂内部工作原理的操作人员需要很多时间去熟悉使用上位机软件的使用,并且这种操作方式也不够方便。为了解决这些存在的问题,本文设计并实现了一套便携型甲板操控箱,首先将鼠标键盘输入方式改为符合人体工程学的推杆、手柄、按键等的操作方式,并制成操作面板,其次将各甲板单元集成到操控箱内部,最后定制了抗震抗压的操控箱,形成了具有易安装性,高可靠性的甲板操控设备。同时,为了全面提升钻机的工作能力,设计了自适应钻进等自动化方案和更加完善的电气监测方案。本文结构分为钻机测控系统发展研究,系统总体方案设计、系统硬件实现、系统软件实现和系统调试与应用五大部分。首先,研究了相关技术的应用,以及将要面对的应用环境与现实需要,确定了系统各个模块的设计方案;然后具体的介绍了方案中各个硬件电路的实现;然后再介绍了系统软件实现细节,其中包含两大部分:包括基于STM32微处理器的嵌入式软件,用于完成下位机信号采集和执行功能;基于Visual Studio 2015开发的上位机软件完成人机交互界面设计,系统控制和数据记录等功能。最后介绍了系统的调试及海上实际应用。本文研制的深海岩芯取样钻机测控系统,在经过实验室调试和车间联调后,与钻机本体一同随船参加我国大洋49航次,在西北印度洋完成相关钻探任务,成功获取岩芯样品。航次成功应用结果表明,钻机测控系统达到设计要求,通过实践检验。