本发明涉及石油钻井随钻测量技术领域，尤其涉及一种液压系统执行机构模拟器。
背景技术：
旋转导向系统是集随钻工程测量与地质测量为一体的定向钻井测量系统，它能够在连续的钻具旋转钻进过程中提供定向控制，实现方位和井斜的调节。液压执行机构由三套独立的液压系统构成，通过控制机构控制不同的液压单元产生特定的压力，即可控制合力的大小和方向，从而控制钻井方向。
但是整套系统价格高，设计复杂，在缺少液压执行机构时会给旋转导向系统导向工具的测试过程带来了不便，因此需要液压执行机构的模拟器来配合系统生产和测试。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种液压系统执行机构模拟器，用于模拟旋转导向系统中液压单元执行机构的工作，以解决液压执行机构整套系统价格过高和设计复杂的技术问题。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种液压系统执行机构模拟器，包括通讯端口和控制单元；所述控制单元接收通讯端口输入的控制指令，并输出电压信号、开关量信号和负载信号；所述控制单元包括第一转换单元、第二转换单元、第三转换单元、识别单元和切换单元；所述控制指令包括压力指令、转速指令和负载指令；当通讯端口输入压力指令时，第一转换单元将压力指令转换为电流信号，第二转换单元将电流信号转换为电压信号；所述电压信号输出至旋转导向系统用于模拟压力信号；当通讯端口输入转速指令时，第三转换单元将转速指令转换为开关量信号；所述开关量信号输出至旋转导向系统用于模拟转速信号；当通讯端口输入负载指令时，识别单元根据负载指令识别对应的负载状态并输出开关量切换信号，切换单元根据开关量切换信号切换到对应的负载状态；所述对应的负载状态输出至旋转导向系统用于模拟负载信号。
优选的，控制单元的数量为三个。
优选的，第一转换单元采用i-7021p模块。
优选的，第二转换单元采用高精密电阻。
优选的，第三转换单元采用pcie2330模块。
优选的，识别单元采用dam-3015d模块。
优选的，负载状态包括空载状态、轻载状态和重载状态；当识别出的负载状态是空载状态时，通过切换单元断开与负载电阻电路的连接；当识别出的负载状态是轻载状态时，通过切换单元连接接有一个负载电阻的电路；当识别出的负载状态是重载状态时，通过切换单元连接接有两个负载电阻的电路。
优选的，切换单元包括单刀单掷开关和单刀双掷开关，该单刀单掷开关和单刀双掷开关串联连接。
本发明包括通讯端口和控制单元，所述控制单元接收通讯端口输入的控制指令，并输出电压信号、开关量信号和负载信号。本发明使用模拟器代替了液压执行机构，降低了成本，对旋转导向系统导向工具性能的测试、设计改进、维修保养等也起到了有益效果。
附图说明
图1为本发明液压系统执行机构模拟器的工作流程图；
图2为本发明液压系统执行机构模拟器切换单元的切换原理图；
图3为本发明液压系统执行机构模拟器一种实施例的结构示意图；
图4为本发明液压系统执行机构模拟器的pwm开关量信号时序图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明的液压系统执行机构模拟器，包括通讯端口和控制单元；所述控制单元接收通讯端口输入的控制指令，并输出电压信号、开关量信号和负载信号；所述控制单元包括第一转换单元、第二转换单元、第三转换单元、识别单元和切换单元；所述控制指令包括压力指令、转速指令和负载指令。
图1是液压系统执行机构模拟器工作流程图，如图1所示，当通讯端口输入压力指令时，第一转换单元将压力指令转换为电流信号，第二转换单元将电流信号转换为电压信号；所述电压信号输出至旋转导向系统用于模拟压力信号；当通讯端口输入转速指令时，第三转换单元将转速指令转换为开关量信号；所述开关量信号输出至旋转导向系统用于模拟转速信号；当通讯端口输入负载指令时，识别单元根据负载指令识别对应的负载状态并输出开关量切换信号，切换单元根据开关量切换信号切换到对应的负载状态；所述对应的负载状态输出至旋转导向系统用于模拟负载信号。
本发明中控制单元的数量为三个。液压系统执行机构模拟器包括三套完全相同、可独立工作的控制单元，用于模拟现有旋转导向系统的三套液压单元构成的液压执行机构。
本发明中第一转换单元采用i-7021p模块，第二转换单元采用高精密电阻，第三转换单元采用pcie2330模块，识别单元采用dam-3015d模块。
本发明的负载状态包括空载状态、轻载状态和重载状态；当识别出的负载状态是空载状态时，通过切换单元断开与负载电阻电路的连接；当识别出的负载状态是轻载状态时，通过切换单元连接接有一个负载电阻的电路；当识别出的负载状态是重载状态时，通过切换单元连接接有两个负载电阻的电路。
切换单元包括单刀单掷开关和单刀双掷开关，该单刀单掷开关和单刀双掷开关串联连接。参照图2，当识别出的负载状态是空载状态时，切换单元中的单刀单掷开关断开，此时断开与负载电阻电路的连接；当识别出的负载状态是轻载状态时，切换单元中的单刀单掷开关闭合，单刀双掷开关闭合至下端触点，此时连接接有一个负载电阻的电路；当识别出的负载状态是重载状态时，切换单元中的单刀单掷开关闭合，单刀双掷开关闭合至上端触点，此时连接接有两个负载电阻的电路。图2中只画出了两个电阻用于举例说明，具体实施过程中可根据实际情况对电阻的数量进行调整。
图3给出了本发明的一种具体实施例，该液压系统执行机构模拟器包括三个控制单元，可同时输入三路压力指令、三路转速指令和三路负载指令，输出三路模拟压力信号的电压信号、三路模拟转速信号的开关量信号和三路模拟负载信号的对应负载状态。其中控制单元中只需要一个第三转换单元和一个识别单元；向第三转换单元输入三路转速指令时，第三转换单元可直接输出三路模拟转速信号的开关量信号；向识别单元输入负载指令时，识别单元可直接输出三路模拟负载信号的对应负载状态。
参照图3，当通讯端口输入三路压力指令时，三个第一转换单元分别将三路压力指令转换为三路电流信号，再分别经过三个第二转单单元，转换为三路电压信号，该三路电压信号输出至旋转导向系统用于模拟压力信号。
本实施例中第一转换单元采用i-7021p模块，第二转换单元采用0.5ω的高精密电阻，三个i-7021p模块将输入的三路压力指令分别转换为三路电流信号，输出0～20ma电流，再分别经过0.5ω的高精密电阻，转换为0～10mv的三路电压信号，该三路电压信号输出至旋转导向系统用于模拟压力信号，其中0～10mv的电压信号对应0～255bar的压力信号，该电压信号为差分电压信号。
当通讯端口输入三路转速指令时，第三转换单元将三路转速指令转换为开关量信号，输出三路开关量信号。
本实施例中第三转换单元采用pcie2330模块，pcie2330模块将三路转速指令转换为开关量信号，并输出0～1khz的三路开关量信号，该三路开关量信号输出至旋转导向系统用于模拟转速信号，其中0～1khz的开关量信号对应0～10000rpm的转速信号。该开关量信号输出为5vttl电平，开关量信号按照以下时序循环变换：101、100、110、010、011、001、101、100，如图4所示。
当通讯端口输入三路负载指令时，识别单元根据负载指令识别出负载状态是空载状态、轻载状态或重载状态并输出三路开关量切换信号。当识别出的负载状态是空载状态时，通过切换单元断开与负载电阻电路的连接；当识别出的负载状态是轻载状态时，通过切换单元连接接有一个负载电阻的电路；当识别出的负载状态是重载状态时，通过切换单元连接接有两个负载电阻的电路。
本实施例中识别单元采用dam-3015d模块，切换单元包括单刀单掷开关和单刀双掷开关，该单刀单掷开关和单刀双掷开关串联连接。
dam-3015d模块根据负载指令识别出负载状态是空载状态、轻载状态或重载状态并输出三路开关量切换信号。当识别出的负载状态是空载状态时，切换单元中的单刀单掷开关断开，此时断开与负载电阻电路的连接；当识别出的负载状态是轻载状态时，切换单元中的单刀单掷开关闭合，单刀双掷开关闭合至下端触点，此时连接接有一个负载电阻的电路；当识别出的负载状态是重载状态时，切换单元中的单刀单掷开关闭合，单刀双掷开关闭合至上端触点，此时连接接有两个负载电阻的电路。
该负载电阻承受的电压不小于96v，电流不小于1.5a。其中负载指令是0时为空载，负载指令为负载满量程的0％～66％时为轻载，负载指令为负载满量程的66％～100％时为重载。
本发明使用模拟器代替了液压执行机构，降低了成本，对旋转导向系统导向工具性能的测试、设计改进、维修保养等也起到了有益效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种液压系统执行机构模拟器，其特征在于，包括通讯端口和控制单元；所述控制单元接收通讯端口输入的控制指令，并输出电压信号、开关量信号和负载信号；所述控制单元包括第一转换单元、第二转换单元、第三转换单元、识别单元和切换单元；所述控制指令包括压力指令、转速指令和负载指令；
当通讯端口输入压力指令时，第一转换单元将压力指令转换为电流信号，第二转换单元将电流信号转换为电压信号；所述电压信号输出至旋转导向系统用于模拟压力信号；
当通讯端口输入转速指令时，第三转换单元将转速指令转换为开关量信号；所述开关量信号输出至旋转导向系统用于模拟转速信号；
当通讯端口输入负载指令时，识别单元根据负载指令识别对应的负载状态并输出开关量切换信号，切换单元根据开关量切换信号切换到对应的负载状态；所述对应的负载状态输出至旋转导向系统用于模拟负载信号。
2.根据权利要求1所述的一种液压系统执行机构模拟器，其特征在于，所述控制单元的数量为三个。
3.根据权利要求1所述的一种液压系统执行机构模拟器，其特征在于，所述第一转换单元采用i-7021p模块。
4.根据权利要求1所述的一种液压系统执行机构模拟器，其特征在于，所述第二转换单元采用高精密电阻。
5.根据权利要求1所述的一种液压系统执行机构模拟器，其特征在于，所述第三转换单元采用pcie2330模块。
6.根据权利要求1所述的一种液压系统执行机构模拟器，其特征在于，所述识别单元采用dam-3015d模块。
7.根据权利要求1所述的一种液压系统执行机构模拟器，其特征在于，所述负载状态包括空载状态、轻载状态和重载状态。
8.根据权利要求7所述的一种液压系统执行机构模拟器，其特征在于，当识别出的负载状态是空载状态时，通过切换单元断开与负载电阻电路的连接；当识别出的负载状态是轻载状态时，通过切换单元连接接有一个负载电阻的电路；当识别出的负载状态是重载状态时，通过切换单元连接接有两个负载电阻的电路。
9.根据权利要求1所述的一种液压系统执行机构模拟器，其特征在于，所述切换单元包括单刀单掷开关和单刀双掷开关。
10.根据权利要求9所述的一种液压系统执行机构模拟器，其特征在于，所述单刀单掷开关和单刀双掷开关串联连接。
技术总结