基于总线方式的钻井模拟器设计
一、系统结构及工作原理
钻井模拟器是实际应用中某个型号的钻井设备的模型，不同的钻井模拟器从结构和组成上来看都是大同小异，一般由受教师控制台控制的司钻控制台、防喷器控制台、阻流器控制台、高压管汇、节流管汇、投影系统、声光报警系统等分模块组成。这些模块的数据通过以太网与教师控制台进行交换，教师控制台完成对采集到的数据进行分析、处理和显示，从而完成钻井过程的模拟，钻井模拟器结构框图如图1所示。
1. RS485总线设计
RS485总线标准是一种简易、廉价的通信技术，其收发器采用平衡驱动和差分接收，具有抑制共模干扰的能力。采用RS485总线结构便于模块和设备的扩充，使得不同模块间互连将更容易实现。在分模块中都有一个独立的主控制器，该主控制器除完成设备内RS485总线控制外，还要通过自带的以太网接口完成与教师控制台之间的数据交换，从而形成了一种双总线控制系统，系统结构框图见图2。
钻井模拟器的各个模块是由大量的开关或调节最小单元构成。这些最小单元经RS485转换接口与RS485[1～4]总线连接，每个最小单元有唯一地址编码，同一模块内部使用一条RS485总线，模块内部最小单元只需要4条导线连接，主控制器通过地址访问最小单元。最小单元的数据采集和控制是由一块单片机[7]来完成的，单片机除具备基本的IO、UART和Timer功能外还将AD、比较器、时钟、EEPROM、12C等外设集成在芯片内部，大幅度地简化了芯片外围电路，缩短开发周期和提高系统可靠性。最小单元数据采集与控制电路可分为开关量采集单元、开关量输出单元、模拟量采集单元、模拟量输出单元和数码显示单元5个种类，功能如图3所示。
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