CN108495800B - 用于自动化绞盘控制的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本公开是用于经由远程操控台来电启动绞盘的气动控制、因而为石油和天然气技术来扩展危险和未指明区域的组合中的远程控制能力的系统和方法。该方法包括在第二控制网络（110）从第一控制网络（105）接收用于控制第二控制网络（110）的气动螺线管（145）的电控制信号。第二控制网络（110）至少部分基于气动螺线管（145）的控制向气动阀（165）提供气动信号。本公开的控制特征至少部分基于气动信号，以经由气动阀（165）来控制一个或多个绞盘（170）（包括线缆或馈线）的卷绕行动，由此卷绕线缆或馈线。

Description

用于自动化绞盘控制的方法和系统

相关申请

本公开涉及美国临时申请号62/255074（2015年11月13日提交）的交叉引用并且要求其优先权，其公开通过引用以之整体被结合于本文中。

背景技术

典型海底钻探操作包括海床处或海床附近的多种组件。这类组件包括下管组、其包括防喷器（BOP）闸板以及典型附连到下管组的下海洋立管封装（LMRP）。LMRP典型包括控制舱（control pod），在本行业中有时称作蓝舱和黄舱。这些舱控制海底组件的功能，并且经由复用（MUX）线缆或脐带与海面的操作员进行通信。MUX或脐带向控制舱提供尤其是功率和通信能力。

除了电MUX线缆之外，向海底阀提供液压功用的液压线也布线到BOP。在海面的船舶或平台，MUX线缆和液压线典型存放在绞盘上，绞盘配置成将MUX线缆和液压线缠绕或者松开到海中，因此它达到海底控制舱。这类绞盘是复杂的，并且包括例如驱动马达、水平绞线器（level wind）、制动器以及必须控制和监测的其他组件。

在某些系统中，绞盘的控制在绞盘本地进行或者经由气动操控台远程进行。气动操控台上的阀向绞盘组合件发送气动信号，因而允许对绞盘驱动系统的控制，并且最终管理MUX线缆、脐带和液压线的卷绕入/卷绕出（spooling in/out）。虽然操控台可允许对绞盘的远程控制，但是它是完全气动的。

发明内容

本申请的技术提供尤其是用于考虑到危险区域的要求而经由远程操控台来电子地启动对绞盘的气动控制从而扩展远程控制能力的方法和系统。

在一个实施例中，本公开是一种系统，其包括可选地位于远离第二控制网络的第一控制网络。第二控制网络配置成从第一控制网络接收电控制信号。在本公开的一个方面，电控制信号用于控制气动螺线管。第二控制网络配置用于至少使用气动螺线管来提供气动信号。气动信号对应于至少部分基于气动螺线管的控制的电控制信号。系统的第二控制网络还配置用于向一个或多个绞盘的气动阀提供气动信号。气动阀与一个或多个绞盘（其包括线缆或馈线）关联。气动阀用于至少部分基于气动信号来控制所述一个或多个绞盘的卷绕行动以用于卷绕线缆或馈线。

在另一个实施例中，本公开是一种方法，其包括从可选地位于远离第二控制网络的第一控制网络来提供。该方法包括用于从第一控制网络接收电控制信号的第二控制网络。电控制信号用于控制第二控制网络的气动螺线管。该方法还包括从第二控制网络向气动阀提供气动信号。气动信号对应于电控制信号，并且至少部分基于气动螺线管的控制。气动信号对应于电控制信号，并且至少部分基于气动螺线管的控制。本公开的控制特征至少部分基于气动信号，以经由气动阀来控制一个或多个绞盘（包括线缆或馈线）的卷绕行动，由此卷绕线缆或馈线。

附图说明

本文的附图作为本公开的一部分来提供，并示出实现本系统和方法的方面，并且在以下详细描述中得到支持。

图1是按照本公开的实现用于自动化绞盘控制的线图和框图。

图2是按照本公开的另一个实现用于备选自动化绞盘控制的线图和框图。

图3是示出根据本公开的方面的自动化绞盘控制的实现中的干预能力的线图和框图。

图4和图5示出根据本公开的方面的自动化绞盘控制实现的组件的物理特征。

图6和图7示出根据本公开的方面的自动化绞盘控制实现的组件中的功率和通信连接性方案。

图8和图9示出根据本公开的方面用于自动化绞盘控制实现的绞盘控制操控台的部分的线图和框图。

图10示出按照本公开的方面的绞盘控制操控台的绞盘控制接口面板。

图11示出按照本公开的方面、提供自动化绞盘控制实现的增加的安全和防火壳体的组件之间的接口。

图12示出根据本公开的方面的自动化绞盘控制实现的组件中的功率连接性方案。

图13示出按照本公开的方面的自动化绞盘控制实现的功能通信特性。

图14是示出按照本公开的方面用于实现自动化绞盘控制操控台的方法的流程图。

具体实施方式

本申请的技术提供尤其是用于经由远程操控台来电子地启动对绞盘的气动控制从而即使在危险区域中也扩展远程控制能力的方法和系统。操控台

在一实施例中，将电气动组件用于面板中的操控台以及将气动控制阀结合到电控制杆来实现本文所公开的远程控制特征。操控台在本文中又称作控制操控台、远程控制操控台、远程操控台和第二控制网络。电气动组件和气动控制阀配置成与可编程逻辑控制器（PLC）进行通信。电气动螺线管（本文中又称作螺线管导向气动阀）系到气动线（其达到绞盘组合件）中。电气动螺线管阀在本文中备选地称作“螺线管”。在一个示例中，螺线管是数字和/或比例螺线管。在一示例中，螺线管的比例方面允许在工作循环中对经过阀的流体流的比例控制。在另一个示例中，阀的数字方面允许阀的二元操作，其中阀全开或全闭。

在当前示例中，远程控制经由电控制杆、人机界面（HMI）—字符或图形、或者位于钻机控制网络（DCN）中的类似部件（本文中又称作第一控制网络）来获得。当从DCN或者在操控台所控制时，两者均为电启动的形式，电信号提供对第二控制网络的PLC的输入，第二控制网络的PLC进而向螺线管输出PLC控制信号。在一示例中，第一控制网络包括用于向第二控制网络的PLC发送电控制信号的附加PLC。第二控制网络的螺线管将电信号转变成气动信号（本文中又称作气动导向信号），其被发送给绞盘组合件以用于卷绕中的绞盘控制。在实现中，压力传送器以及压力开关的使用向气动线（本文中又称作空气线或空气导向线）的反馈过程供给反馈信号。反馈被提供给DCN和绞盘控制操控台两者，并且至少基于气动线的监测。在另一个示例中，反馈和监测形成允许用于卷绕中的绞盘控制的在DCN、绞盘控制操控台或者在绞盘处的干预基础。

在另一个方面，监测是关于气动线中的气动信号。虽然以上描述是从绞盘控制操控台或DCN来控制单个绞盘，但是以上描述延伸到供给与系统所要求的同样多的绞盘。例如，在一些实施例中，如上所述，绞盘控制操控台包括用于多达5个绞盘或更多（其由例如蓝色MUX线缆绞盘、黄色MUX线缆绞盘、备用MUX线缆绞盘、热线软管绞盘和气体处置器软管绞盘所组成）的控件集合。

另外，本技术解决与（a）绞盘、（b）在绞盘组合件处的本地控制、以及（c）在绞盘控制操控台（位于月池中）处的远程控制的电子远程控制相关的问题。月池一般是对容纳远程控制网络设备并且通常与绞盘组合件和DCN处的本地控制进行通信的室的引用。在一实现中，DCN（第一控制网络）至少是一个或多个计算系统，其被连网在一起以执行本文所公开的功能。本技术还能够实现绞盘组合件与绞盘控制操控台（其形成第二控制网络）之间的气动信号和气动线的远程维护。如在第一控制网络的情况中的，第二控制网络至少包括一个或多个计算系统，其被连网在一起以执行指配给操控台的功能。按照本技术的实施例，电方法可适用于从DCN得到对绞盘控制操控台的远程控制并且得到对DCN的正反馈。

在某些方面，PLC可适用于绞盘组合件与DCN之间的接口。PLC在第二控制网络中被主控，并且向电气动仪器提供输入和输出（本文中又称作PLC控制信号）。在一示例中，电气动仪器系到绞盘控制操控台的气动管道中，以用于管理用来控制绞盘组合件的导向空气以及用于提供反馈。在一实现中，全气动（例如使用气动阀和/或梭阀）或者全电系统（例如使用控制开关或杆）被安装到绞盘控制操控台，并且用来远离绞盘组合件地控制绞盘。另外，在一些示例实施例中，存在经由全气动或全电系统可用于各绞盘的大约5个功能。例如，绕入、绕出、速度控制、自动张力控制（启用/禁用）和手动忽略激活（例如为了反馈目的）是可用来控制绞盘的功能。

在一些实施例中，绞盘控制操控台上的仪器提供对全部绞盘功能的控制，但是仪器除了提供用于手动忽略激活状态的反馈之外还为各功能提供适当反馈。相应地，绞盘控制操控台（第二控制网络）提供从DCN（第一控制网络）所接收的电控制信号上的干预。在另一方面，为了控制绞盘的功能（例如绕入、绕出和自动张力控制启用/禁用），包含通/断信号（例如用于提供数字输出）。在又一方面，为了绞盘的速度控制的功能，为绞盘提供比例信号（例如作为对绞盘的模拟输出）。对于反馈，数字输入能够用于各功能。在本实现的一示例中，在某些绞盘功能中没有使用数字输入，而是代替地对模拟输入提供偏好—例如用于速度控制。在数字功能的一实现中，分立螺线管用于控制过程中，而压力开关用于反馈过程中。在模拟功能的一实现中，比例螺线管用于控制，并且压力传送器用于反馈。

按照某些实施例，第二控制网络的所有仪器和功率供应都位于额定用于危险区域的防火壳体中。但是，第一控制网络被指明为在危险区域外部。另外，在一实现中，PLC位于绞盘控制操控台上的防火外壳之一中。备选地，在一实现中，PLC位于危险区域内的另一个安全区域中。在本公开的方面，紧急停止、按钮、控制杆和LED位于绞盘控制操控台上。在包括电控制杆（其安装在面板而不是气动阀上）的绞盘控制操控台设计中，在一个示例中电控制杆额定用于危险区域中。此外，在一些方面，因为这些壳体安装在绞盘控制操控台（其位于危险区域中）上，所以所有电组合件保证能够供危险区域使用。

本技术的一个优点在于，它提供一种绞盘控制系统，其具有通过正反馈从钻机控制网络（DCN）对绞盘的控制。这个要求以电方式实现，并且是用于绞盘组合件处的本地控制的附加能力，同时还包含来自气动独立绞盘控制操控台的远程控制能力。相应地，本公开有利地扩展从多个位置来远程控制绞盘的能力，并且通过使用PLC和电控制杆来增加具有宽范围的可定制操作模式可能性的灵活性。

示例

下面是上述系统和方法的一示例，并且通过图1和图2-14来支持。图1是按照本公开的一实现用于自动化绞盘控制的线图和框图100。在这个示例中，本系统100包括用于从第一控制网络105（其可选地位于远离第二控制网络110）接收信号的第二控制网络110。第一控制网络105可以是与形成第二控制网络110的绞盘控制操控台进行通信的DCN。在这个示例中，第一控制网络105经由通信信道115向第二控制网络提供电控制信号。通信信道115可以是用于经由光信号来传递电控制信号的线缆光纤，但是本领域的技术人员会理解，实质上传递的信号是来自第一和第二控制网络的电控制信号。本领域的技术人员还会理解，备选类型的通信介质区域可适用于转移电控制信号。线缆光纤115是第一与第二控制网络105-110之间的通信介质，以及在本公开的一个方面，其他通信介质在网络105-110之间是可适用的。线缆光纤115上的电控制信号用于控制第二控制网络110中的数字和/或比例螺线管145。

在本示例中，至少使用气动螺线管145的第二控制网络110配置用于经由气动线185A和185B（其与任何干预阀155一起形成气动线160）来提供气动信号。干预阀155从钻探机空气输入175提供充足空气，以能够实现经由气动线185A来自气动螺线管145的较小空气量和/或压力，以便触发气动线185B上的空气导向信号。按照本公开的一方面，气动螺线管145可以是数字和/或比例螺线管。干预调节阀能够包括梭阀155或者用于执行类似功能的任何其他阀。气动信号对应于线缆光纤115中的电控制信号。气动信号至少部分基于数字和/或比例螺线管145的控制。

第二控制网络110还配置用于向一个或多个绞盘170的第一气动阀165提供气动信号。第一气动阀165在本文中又称作绞盘组合件的安装式气动控制阀。一个或多个绞盘170包括线缆或馈线，以及气动信号控制用于卷绕线缆或馈线的一个或多个绞盘170的卷绕行动。在一示例中，卷绕行动可以关于绞盘的轴而是旋转或轴向的，这至少允许线缆或馈线的卷入/卷出。此外，在这个示例中，第二控制网络110配置用于提供下列方面：（a）对在第二控制网络110与第一气动阀165之间传递气动信号的气动线160的监测；以及可选地，（b）按照监测来对第一控制网络105的反馈。一个或多个绞盘170配置用于至少部分响应于或基于气动信号和/或反馈的卷绕行动。

在一实现中，干预气动阀在本文中又称作第二气动阀，其可作为梭阀155来配置成接收和维持从钻探机空气输入175所接收的空气。梭阀配置成接收和维持气动线中的空气压力，使得来自气动螺线管145的空气的部分量或压力（其表示气动线185A上的气动信号）触发气动信号以向绞盘170上的第一气动阀165呈现。在另一实现中，第二控制网络110包括第三气动阀150，其接收和维持来自钻探机经由钻探机空气输入175的供应空气。第三气动阀将供应空气馈送给第二气动阀155，其将气动信号传递给第一气动阀165。在一方面，气动线185A和185B（统称为气动线160）中的气动信号是相同或类似的。类似气动信号可对应于气动线185A上的气动信号的量或压力变化，但是其维持如从气动螺线管145所提供的气动信号。为了全部意图和目的，线185A和B中的气动信号被理解为用于控制绞盘170的气动信号。

在以上一般描述并且通过图2-14所支持的系统和方法的另一个示例中，图2是备选自动化绞盘控制的线图和框图200。在这个备选实现中，系统200包括用于从第一控制网络205（其可选地位于远离第二控制网络210）接收信号的第二控制网络210。在这个示例中，第一控制网络205经由线缆光纤215或者其他通信信道部件向第二控制网络210提供电控制信号。PLC可用来向第二控制网络提供电控制信号，如以下相对于图3所解释的。线缆光纤215上的电控制信号用于控制第二控制网络210中的气动螺线管245。如同图1的示例那样，气动螺线管245可以是数字和/或比例螺线管。至少使用气动螺线管245的第二控制网络210配置用于经由气动线285A-B（其共同形成气动线260）来提供气动信号。在这个备选实现中，电控制杆250替代图1的气动和梭阀150-155。在这个备选实现中，电控制杆250提供对可编程逻辑控制器（PLC）和功率供应230的干预能力，而不是使用如图1中的气动和梭阀150-155。气动线260的气动信号对应于线缆光纤115中的电控制信号。气动线260中的气动信号至少部分基于气动螺线管245的控制。

第二控制网络210还配置用于向一个或多个绞盘270的第一气动阀265提供气动信号。一个或多个绞盘270包括线缆或馈线，以及气动信号控制用于卷绕线缆或馈线的一个或多个绞盘270的卷绕行动。此外，在这个备选实现中，第二控制网络210配置用于提供下列方面：（a）对在第二控制网络210与第一气动阀265之间传递气动信号的气动线260的监测；以及（b）按照监测来对第一控制网络205的反馈。一个或多个绞盘270配置用于至少部分响应于或基于气动信号和/或反馈的卷绕行动。本领域的技术人员会知道，基于本公开，来自图1和图2的实现的方面可被组合以提供对这些实现中所清楚呈现的实现的备选实现。这类备选实现不受本公开所限。

在系统100或备选系统200的其他实现中，第一控制网络105/205至少是具有用于向第二控制网络110/210提供电控制信号的人机界面（HMI）的一个或多个计算装置的网络。图3是示出按照本公开的在自动化绞盘控制实现中使用每个实现100/200中的HMI的干预能力的线图和框图300。DCN 310（第一控制网络105/205）至少包括用于相对于经由通信线所提供的电控制信号的干预的HMI。绞盘控制操控台320（第二控制网络110/210）包括接口面板325A、325B和多个电控制杆335以用于绞盘控制操控台320处的干预。如图3中所示，手动干预经由用于DCN 310和绞盘控制操控台320两者的HMI是可能的。此外，在绞盘340（其经由气动线350来接收气动信号），进一步干预通过对应气动控制器340是可能的。干预可以是经由用户315手动的。相应地，如在第一控制网络105/205的情况中一样，在系统100或备选系统200的另一个实现中，第二控制网络110/210也至少是具有用于向第一气动阀提供气动信号的人机界面（HMI）的一个或多个计算装置的网络。绞盘控制操控台320处的干预针对在DCN是可能的控制的所有方面。相应地，绞盘控制操控台320处的干预不同于电控制信号地适配气动信号。

在系统100或备选系统200的其他实现中，第二控制网络110/210至少包括电开关或杆335。这如以上所述在图3中示出。电开关或杆335至少耦合可编程逻辑控制器（PLC）130/230，以用于为数字和/或比例螺线管145/245提供PLC控制信号。PLC控制信号对应于从第一控制网络105/205所接收的电控制信号。PLC控制信号用于：（a）数字和/或比例螺线管145/245的控制；以及（b）通过调节经由钻探机空气输入175/275从钻探机所接收的供应空气来经由气动线160/260提供气动信号。

在系统100或备选系统200的又一个实现中，第二控制网络110/210至少包括可编程逻辑控制器（PLC）130/230，以用于为数字和/或比例螺线管提供PLC控制信号。PLC控制信号对应于从第一控制网络105/205所接收的电控制信号，并且配置用于对数字和/或比例螺线管145/245的控制。在一示例中，用于气动螺线管的PLC控制信号经由控制信号线135/235来提供，示出为按限制安培和电压要求—如4-20mA电流和24V DC电压线。在一实现中，第二控制网络110/210的PLC 130/230的功率供应经由功率供应线120/220而来自230V AC功率源180/280。230V AC功率源180/280示出为外部功率源。在备选实施例中，功率源可以是系统内部的，但是在危险区域125/225外部。

在系统100或备选系统200的又一个实现中，第二控制网络110/210至少包括压力开关和转换器140/240，其各用于监测下列一个或多个之间的气动线160/260：第二控制网络110/210和第一气动阀165/265。在另一个示例中，第二控制网络110/210包括至少压力开关和转换器140/240，以用于向第一控制网络105/204提供反馈，如以上相对于图1和图2一般描述的。在一个示例中，反馈经由为4-20mA和24V DC V控制信号所标记的PLC控制信号线135/235来提供。反馈可以是与来自气动线160/260中所监测的压力对应的正反馈。

在系统100或备选系统200的一方面，一个或多个绞盘170/270上的线缆或馈线是复用（MUX）线缆、流体软管、电线缆或气体软管中的一个或多个。在另一个示例中，第一控制网络105/205被指明为在预定危险区域125/225外部，而第二控制网络110/210、第一气动阀165/265和一个或多个绞盘170/270被指明为在预定危险区域125/225之内。

在另一示例中，电控制信号或气动信号包括绕入信号、绕出信号、速度控制信号、自动张力控制信号、通/断控制信号和手动忽略信号中的一个或多个。在一方面，第一控制网络至少将速度控制信号作为比例模拟信号来传递给第二控制网络；而第二控制网络至少将数字反馈信号作为反馈的一部分来传递给第二控制网络。数字反馈信号对应于下列一个或多个中的所监测的压力：（a）第二控制网络110/210中的第一气动线185A/285A；（b）到第一气动阀165/265的第二气动线185B/285B；（c）第一气动值；以及（d）气动螺线管145/245。

在另一个示例中，第二控制网络110/210允许至少部分基于下列一个或多个中的所监测的压力而不同于电控制信号地适配气动信号的干预：（a）第二控制网络110/210中的第一气动线185A/285A；（b）到第一气动阀165/265的第二气动线185B/285B；（c）第一气动值；以及（d）气动螺线管145/245。在本公开的一方面，一个或多个绞盘的轴向行动的控制通过气动马达的一个或多个来进行。例如，绞盘组合件处的第一气动阀基于提供给第一气动阀的气动信号来触发气动马达以卷绕绞盘。

在又一个示例中，压力开关和压力传送器140/240；功率供应、PLC和PLC组件130/230；以及气动螺线管145/245中的一个或多个优选地位于预定危险区域之内的防火壳体中。用于随第二控制网络110/210起作用的第二控制网络110/210的其他组件（包括通/断阀、通/断螺线管、紧急停止和发光二极管指示器）优选地位于预定危险区域之内的增加安全壳体中。图4和图5中的框400-500示出防火（Ex d工业标准）壳体以及增加安全壳体和接口（Ex e工业标准）的尺寸特性。在本公开的物理实现中，歧管箱410/510或接口面板405/505可包含上述组件中的一个或多个。此外，图5还提供，终端块515可封装在Ex e工业标准壳体中，以便为Ex d工业标准壳体中的组件提供空间。

图6和图7示出按照本公开的方面的自动化绞盘控制实现的组件中的功率和通信连接性方案600-700。在图6的功率和通信连接性方案600中，地带1危险区域620与顾客接口625分离，以及地带1危险区域620与顾客接口625之间的所有通信经由通信和功率线630-640进行。线缆光纤线630、640表示通信线，但是地带1危险区域620与顾客接口625之间的有线和无线通信的其他方法也是可适用的。功率线635从顾客接口625向危险区域620提供230V AC供应。第二控制网络（示出为绞盘控制615）接收功率线以获得其PLC和其他组件功率。在本公开的一个方面中，现场总线（例如使用过程现场总线）通信信道可适用于提供危险区域620中的网络或组件605、615之间的通信645。在另一方面中，通信信道645可包括通信控制单元，其作用于现场总线要求。所接收的230V AC能够分支到输入/输出（I/O）箱壳体605的24V DC供应610。图6还示出，绞盘控制操控台组件被封装入Ex d或Ex e或者混合壳体605、615中，如先前在本公开中所述。

在图7的功率和通信连接性方案700中，（图6的）地带1危险区域620包括安全区域720。安全区域720包括Ex e壳体725中的绞盘控制接口面板。在一个方面中，到Ex e壳体725中的绞盘控制接口面板的通信借助于线缆光纤740-745来进行。功率经由一个或多个输入AC线（示为输入功率A和B）以230V AC额定值730-735来提供。绞盘控制区域715的其余部分处于（图6的）地带1危险区域620的未指明区域中。这个未指明区域包括绞盘控制歧管面板705和仪器接线盒710。工业以太网线缆布线可用于这个区域中的通信。工业以太网控制单元还可用来控制所指明的安全地带与未指明区域之间的通信。绞盘控制歧管面板705和仪器接线盒710经由540V AC 3相供应来供应功率，如图7所示。

图8和图9示出本公开的自动化绞盘控制实现的方面的绞盘控制操控台的部分的线图和框图。在一个方面，绞盘控制操控台800/910包括如上所述用于阀歧管接线盒805的地带1 Ex d防火壳体。阀歧管接线盒805包括远程输入-输出（I/O）组件810。在一实现中，这些组件810包括功率组件810A、数字输出卡810B、模拟输入卡810C和数字输入卡810D。阀歧管接线盒805经由一个或多个通信线来连接到阀歧管815。阀歧管815又经由阻火器820来连接，以便为绞盘控制提供气动绞盘功能825。

自动化绞盘控制800还包括线缆事件组件835，其包括或者连接到操控台上的按钮和控制杆840。存在来自自动化绞盘控制800的视觉反馈830的发光二极管（LED）。在一实现中，数字输出卡到视觉反馈830之间的通信线可以是21位线，而模拟输入卡810C到线缆事件组件835的通信线可以是5位信道。此外，来自阀歧管接线盒805和线缆事件组件835的线连接到图9的绞盘控制操控台910中的其他组件。例如，线（A）和（D）把来自24V DC供应955B-C的功率供应连接到PLC 920以及线缆事件组件835。因此，操控台800/910上的按钮和控制杆840经由线缆事件组件835起作用，以控制功率供应。

自动化绞盘控制操控台800/910还包括另一个地带1 Ed d防火壳体中的附加组件—用于绞盘控制接口面板915。在一个示例中，绞盘控制接口面板915包括PLC 920，其还包括数字输出卡920A、模拟输入卡920B、中央处理单元（CPU）920C和数字输入卡920D。绞盘控制接口面板915还包括压力转换器925和压力开关930，以用于对自动化绞盘控制操控台800/910提供监测和反馈，以便向第一控制网络通信，如参照图1和图2所述。

在图9的线图和框图900中，绞盘控制接口面板915还包括网络开关950，以用于在各种组件之间的各种信道上路由通信信号。例如，网络开关950在第一控制网络（示为DCN远程控件970）与第二控制网络（绞盘控制操控台910）之间切换信号。切换的信号经由阻火器940来指引到绞盘控制操控台910的气动绞盘速度控件945的比例阀歧管935。绞盘控制操控台910包括变压器或高压分压器955A-C和960A-C，以便从230V AC顾客功率源975提供线（C）和（D）上的分量电压。5V DC功率供应经由线（C）而被提供给系统，而24V DC供应经由线（A）和（D）来提供。在另一示例中，断路器960A-C在高压分压器/变压器955A-C与外部功率源975之间被提供。

绞盘控制接口面板915还包括基于压力转换器925和压力开关930中的监测的反馈。恰当地，来自调节的空气供应的反馈通过反馈回路985A来示出，并且连同来自未调节的空气供应（在回路985B中示出）的反馈在压力转换器925中被感测。线缆绞盘上的绞盘功能（在功能985C下示出）经由压力开关930连同空气踏板反馈（经由回路985D示出）一起被感测或监测。此外，顾客接口905被示出为在主控绞盘控制接口910的危险区域外部，如相对于图1和图2所述。图9还示出的紧急停止按钮、开关或杆980，以用于隔离功率源，由此停止来自绞盘控制操控台910的全部动作。

图10示出按照本公开的一方面的绞盘控制操控台1000的绞盘控制接口面板1040。绞盘控制接口面板1040包括按钮1015和指示器1005-1010。绞盘控制操控台1000包括空气踏板1025、和物理输入/输出操控台组件1030和功率操控台组件1035。

图11示出提供本公开的自动化绞盘控制实现的增加的安全Ex e 1130和防火壳体Ex d 1125的组件1100之间的接口。恰当地，增加的安全（Ex e）和防火壳体（Ex d）被设计成在国际电工委员会（IEC）标准系统要求（例如IEC标准60079-7和60079-1）下对地带1区域是合格的，其中具有对地带中的组件的IP56保护等级，如由数字标识符1105所示。在一示例中，增加的安全Ex e壳体1130用于现场接口连接终端块和光纤路径面板1110，并且由316L等级不锈钢来构建。在另一个示例中，防火壳体Ex d 1125用于PLC、远程I/O、功率供应和其他仪器1115，并且由海洋级无铜铝来构建。

图12示出按照本公开的方面的自动化绞盘控制实现的组件中的功率连接性方案1200。功率连接性方案1200是图9的内部电压源955A-C、断路器960A-C和顾客功率源975的单相交（blow-up）。如所解释的，相对于图9，绞盘控制操控台910包括变压器或高压分压器955A-C和960A-C、在图12中示为供应组件1215A-C。这些组件通过把来自顾客功率源1205（其是在绞盘控制操控台外部的）的大约85V的所接收电压变换成264V的交流（AC）（其中频率在45至65Hz之间）来为绞盘控制操控台组件提供直流（DC）分量电压。断路器1210A-C提供对内部供应1215A-C与外部源1205之间的电路的透支（overdraw）或短接保护。在一个示例中，断路器1210A-C按照每个内部功率供应线1215A-C的功率运算来确定大小。断路器中的跳闸机制可借助于过载保护的延迟热跳闸和/或短路保护的机电跳闸。

图13示出按照本公开的一方面的自动化绞盘控制实现的功能通信特性1300。绞盘控制接口面板1305经由铠装和热塑性聚氨酯（TPU）涂敷现场总线（例如使用过程现场总线）线缆与阀歧管接线盒1315进行通信。绞盘控制接口面板1305经由相对于图7所公开的工业以太网线缆布线与绞盘控制操控台中的网络开关1310进行通信。在一个示例中，网络开关1310和钻机控制网络（DCN）1320经由62.5或125μm的双光纤多模线缆进行通信。在另一个示例中，适合于与工业以太网和/或光纤进行线缆连接的连接器（例如标准光纤连接器、订户连接器或者这些连接器的小型版本）用于来自网络开关1310的通信端口。

图14是示出本公开的一方面中用于实现自动化绞盘控制操控台的方法1400的流程图。方法1400可经由相对于图1和/或图2所公开的自动化绞盘控制系统100或200来实现。方法1400包括用于在第二控制网络从第一控制网络来接收对第二控制网络的电控制信号的功能框1405。电控制信号用于控制第二控制网络的气动螺线管。该方法还包括用于从第二控制网络向第一气动阀提供气动信号的功能框1410。气动信号对应于电控制信号，并且至少部分基于气动螺线管的控制。气动信号对应于电控制信号，并且至少部分基于气动螺线管的控制。经由框1415的控制功能至少部分基于气动信号，以经由第一气动阀来控制一个或多个绞盘（包括线缆或馈线）的轴向行动，由此卷绕线缆或馈线。框1420结束方法1400。

总论

各个实施例还能够在宽泛的各种操作环境中实现，其在一些情况下能够包括能够用来操作与第一和第二控制网络关联的多个应用中的任一个应用的一个或多个计算装置。计算装置能够包括多个通用个人计算机中的任一个，诸如运行标准操作系统的桌上型或膝上型计算机以及运行移动软件并且能够支持多个连网和消息传递协议的蜂窝、无线和手持装置。这种系统还能够包括运行多种市场上可得的操作系统以及用于诸如开发和数据库管理的目的的其他已知应用中的任一个的多个工作站。这些装置还能够包括其他电子装置，诸如伪终端、瘦客户端、游戏系统以及能够经由网络进行通信的其他装置。

大多数实施例至少利用第一和第二控制网络以及网络开关。这些组件支持多种市场上可得的协议（诸如TCP/IP、FTP、UPnP、NFS和CIFS）中的任一个。第一和第二控制网络能够是例如局域网、广域网、虚拟专用网络、因特网、内联网、外联网、公共交换电话网络、红外网络、无线网络以及它们的任何组合。

在利用互连网的实施例中，运行多种服务器或中间层应用的服务器（包括HTTP服务器、FTP服务器、CGI服务器、数据服务器、Java服务器和商业应用服务器）可至少适用于第一控制网络。服务器还可以能够响应来自用户装置的请求而诸如通过运行一个或多个web应用（其可被实现为采用任何编程语言（诸如Java、C、C#或C++）或者任何脚本语言（诸如Perl、Python或TCL）及其组合所编写的一个或多个脚本或程序）来运行程序或脚本。服务器还可包括数据库服务器，非限制性地包括那些市场上可得的服务器，其支持例如结构化查询语言和对应数据存储过程。

图1和图2的系统100和200能够包括如上所述的多种数据存储以及其他存储器和存储介质。这些能够驻留在多种位置中，诸如在计算机中的一个或多个的本地（和/或驻留在其中）或远离跨网络的计算机的任一个或全部的存储介质上。在一组具体实施例中，信息可驻留在本领域的技术人员熟悉的存储区域网络（SAN）中。类似地，用于执行归因于计算机、服务器或其他网络装置的功能的任何必要文件可适当地本地和/或远程地存储。在系统包括计算机化装置的情况下，每个这种装置能够包括硬件元件，其可经由总线而被电耦合，所述元件包括例如至少一个中央处理单元（CPU）、至少一个输入装置（例如鼠标、键盘、控制器、触敏显示元件或小键盘）和至少一个输出装置（例如显示装置、打印机或扬声器）。这种系统还可包括一个或多个存储装置，诸如磁盘驱动器、光存储装置和固态存储装置（诸如随机存取存储器（RAM）或只读存储器（ROM））以及可移除介质装置、存储器卡、闪存卡等。

这类装置还能够包括如上所述的计算机可读存储介质读取器、通信装置（例如调制解调器、网络卡（无线或有线）、红外通信装置）和工作存储器。计算机可读存储介质读取器能被连接于或者配置成接收表示远程、本地、固定和/或可移除存储装置的计算机可读存储介质以及用于暂时和/或更永久地包含、存储、传送和检索计算机可读信息的存储介质。系统和各种装置通常还将包括位于至少一个工作存储器装置中的多个软件应用、模块、服务或其他元素，包括操作系统和应用程序（诸如客户端应用或Web浏览器）。应当领会，备选实施例可具有对以上所述项的众多变化。例如，也可能使用定制化的硬件、和/或特定元件可能采用硬件、软件（包括便携软件、例如小应用程序）或者两者来实现。此外，可采用到其他计算装置（诸如网络输入/输出装置）的连接。

用于包含代码或者代码的部分的存储介质和其他非暂时计算机可读介质能够包括本领域已知或所使用的任何适当介质，诸如但不限于采用用于存储信息（诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据）的任何方法或技术所实现的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质，包括RAM、ROM、EEPROM、闪速存储器或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘（DVD）或其他光存储装置、盒式磁带、磁带、磁盘存储装置或其他磁存储装置或者能够用来存储预期信息并且能够由系统装置来访问的任何其他介质。基于本公开及其中提供的教导，本领域的技术人员将会领会用于实现各个实施例的其他方式和/或方法。

Claims (22)

1.一种用于自动化绞盘控制的系统，其特征在于：

第二控制网络，用于从第一控制网络接收电控制信号，所述电控制信号用于控制所述第二控制网络的气动螺线管；

所述第二控制网络，用于向第一气动阀提供气动信号，所述气动信号对应于所述电控制信号并且至少部分基于所述第二控制网络的所述气动螺线管的控制；以及

与一个或多个绞盘关联的所述气动阀，包括线缆或馈线，所述气动阀用于至少部分基于所述气动信号来控制用于卷绕所述线缆或所述馈线的所述一个或多个绞盘的卷绕行动。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述第二控制网络至少是具有用于控制向所述气动阀提供所述气动信号的人类用户界面HMI的一个或多个计算装置的网络。

3.如权利要求1所述的系统，其中，所述气动螺线管是数字和/或比例螺线管。

4.如权利要求1所述的系统，其中，所述第二控制网络的特征至少在于电开关或杆，所述电开关或杆至少耦合到可编程逻辑控制器PLC，以用于为所述气动螺线管提供PLC控制信号，所述PLC控制信号对应于所述电控制信号以及用于（a）所述气动螺线管的控制、以及（b）通过调整从钻探机所接收的供应空气来提供所述气动信号。

5.如权利要求1所述的系统，其中，所述第二控制网络至少包括用于向所述气动螺线管提供可编程逻辑控制器PLC控制信号的PLC，所述PLC控制信号对应于所述电控制信号并且用于所述气动螺线管的控制。

6.如权利要求1所述的系统，其中，所述第二控制网络的特征至少在于压力开关和转换器，各自用于监测下列中的一个或多个之间的气动线：所述第二控制网络和所述气动阀。

7.如权利要求1所述的系统，其中，所述第二控制网络的特征在于用于允许干预的配置，所述干预用于至少部分基于下列中的一个或多个中的所监测的压力来不同于所述电控制信号地适配所述气动信号：（a）所述第二控制网络中的第一气动线；（b）到所述气动阀的第二气动线；（c）所述气动阀；以及（d）所述气动螺线管。

8.如权利要求1所述的系统，其中，所述第二控制网络还提供：（a）对在所述第二控制网络与所述气动阀之间传递所述气动信号的气动线的监测；以及（b）按照所述监测对所述第一控制网络的反馈。

9.如权利要求8所述的系统，其中，用于所述卷绕行动的所述一个或多个绞盘至少部分基于所述反馈来进行响应。

10.如权利要求9所述的系统，其中，所述第二控制网络的特征至少在于压力开关和转换器，各自用于向所述第一控制网络提供所述反馈，所述反馈是与传递所述气动信号的气动线内部的所监测的压力对应的正反馈。

11.如权利要求9所述的系统，其中，所述第二控制网络至少将数字反馈信号作为所述反馈的一部分来传递给所述第一控制网络，所述数字反馈信号对应于下列中的一个或多个中的所监测的压力：（a）所述第二控制网络中的第一气动线；（b）到所述气动阀的第二气动线；（c）第一气动值；以及（d）所述气动螺线管。

12.一种用于自动化绞盘控制的方法，其特征在于：

在第二控制网络处从第一控制网络接收电控制信号，所述电控制信号用于控制所述第二控制网络的气动螺线管；

从所述第二控制网络向气动阀提供气动信号，所述气动信号对应于所述电控制信号并且至少部分基于所述第二控制网络的所述气动螺线管的控制；以及

至少部分基于所述气动信号经由所述气动阀来控制包括线缆或馈线的一个或多个绞盘的卷绕行动，由此卷绕所述线缆或所述馈线。

13.如权利要求12所述的方法，其中，所述第二控制网络至少是具有用于控制向所述气动阀提供所述气动信号的人类用户界面HMI的一个或多个计算装置的网络。

14.如权利要求12所述的方法，其中，所述气动螺线管是数字和/或比例螺线管。

15.如权利要求12所述的方法，其特征还在于：从所述第二控制网络至少使用电开关或杆来为所述气动螺线管提供PLC控制信号，所述电开关或杆至少耦合到可编程逻辑控制器PLC，所述PLC控制信号对应于所述电控制信号以及用于（a）所述气动螺线管的控制、以及（b）通过调整从钻探机所接收的供应空气来提供所述气动信号。

16.如权利要求12所述的方法，其特征还在于至少从所述第二控制网络的可编程逻辑控制器PLC向所述气动螺线管提供PLC控制信号，所述PLC控制信号对应于所述电控制信号并且用于所述气动螺线管的控制。

17.如权利要求12所述的方法，其特征还在于：监测下列中的一个或多个之间的气动线：所述第二控制网络和所述气动阀，所述监测至少使用所述第二控制网络的压力开关和/或转换器。

18.如权利要求12所述的方法，其特征还在于：在所述第二控制网络进行干预以至少部分基于下列中的一个或多个中的所监测的压力来不同于所述电控制信号地适配所述气动信号：（a）所述第二控制网络中的第一气动线；（b）到所述气动阀的第二气动线；（c）所述气动阀；以及（d）所述气动螺线管。

19.如权利要求12所述的方法，其特征还在于：经由所述第二控制网络来提供：（a）对在所述第二控制网络与所述气动阀之间传递所述气动信号的气动线的监测；以及（b）按照所述监测对所述第一控制网络的反馈。

20.如权利要求19所述的方法，其特征还在于至少部分基于所述反馈来控制所述一个或多个绞盘的所述卷绕行动。

21.如权利要求19所述的方法，其特征还在于：至少使用所述第二控制网络中的压力开关和/或转换器来向所述第一控制网络提供所述反馈，所述反馈是与传递所述气动信号的气动线内部的所监测的压力对应的正反馈。

22.如权利要求19所述的方法，其特征还在于至少将数字反馈信号作为所述反馈的一部分从所述第二控制网络传递给所述第二控制网络，所述数字反馈信号对应于下列中的一个或多个中的所监测的压力：（a）所述第二控制网络中的第一气动线；（b）到所述气动阀的第二气动线；（c）第一气动值；以及（d）所述气动螺线管。

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