KR102498333B1 - Method and System for Realizing Anti-Collision System of Offshore Drilling Machines - Google Patents
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Abstract
본 발명은 별도의 설정 변경없이 변경된 충돌방지시스템이 원래의 시추제어시스템에 바로 연결되어 사용될 수 있도록 하는 시뮬레이터를 제공하여 충돌방지시스템의 설계 및 개발의 효율성을 높일 수 있도록 한 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 시스템 사양을 입력받아 저장하고, 시뮬레이터에서 호출할 수 있도록 제이슨(JSON,JavaScript object notation)파일을 생성하고, 에뮬레이터를 위한 기본 설정을 하는 사전입력부;외부 입력장치와의 인터페이스를 지원하고, 시스템 작동 상태를 모니터링할 수 있도록 하는 GUI;GUI의 환경을 설정하고, 충돌 검사결과 관련 파일의 저장 위치를 지정하는 설정부;를 포함하고, 시뮬레이터로 검증된 변경 충돌방지시스템에 실제 장비 연결시에 별도의 추가적인 세팅이 없이 바로 동작하도록 하는 것이다.The present invention provides a simulator that allows the modified anti-collision system to be directly connected to the original drilling control system and used without a separate setting change, thereby increasing the efficiency of design and development of the anti-collision system. It relates to a device and method for implementing a simulator for a prevention system, which receives and stores system specifications, creates a JSON (JavaScript object notation) file so that it can be called in the simulator, and sets basic settings for the emulator. ; GUI that supports interface with external input devices and enables monitoring of system operation status; setting unit that sets the GUI environment and designates the storage location of files related to collision inspection results; and verified with a simulator It is to operate immediately without any additional setting when connecting actual equipment to the modified collision avoidance system.
Description
본 발명은 해양시추시스템에 관한 것으로, 구체적으로 별도의 설정 변경없이 변경된 충돌방지시스템이 원래의 시추제어시스템에 바로 연결되어 사용될 수 있도록 하는 시뮬레이터를 제공하여 충돌방지시스템의 설계 및 개발의 효율성을 높일 수 있도록 한 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an offshore drilling system, and more specifically, provides a simulator that enables a modified anti-collision system to be directly connected to an original drilling control system without a separate setting change, thereby increasing the efficiency of design and development of an anti-collision system. It relates to an apparatus and method for implementing a simulator for an anti-collision system for offshore drilling rigs.
시추 작업장의 파이프 관련 장비 운용에서 가장 기본적인 업무 단위는 스탠드 빌딩(stand building)과 굴착 공정이라고 할 수 있다.The most basic work units in the operation of pipe-related equipment in drilling workshops are the stand building and the drilling process.
시추 작업에 소요되는 시간을 절약하기 위해 일반적으로 3~4개의 파이프를 연결하여 하나의 긴 파이프를 만들어 사용하는 데 이를 스탠드(stand)라고 하고, 스탠드를 만드는 공정을 스탠드 빌딩이라고 한다.In order to save the time required for drilling work, generally three or four pipes are connected to make one long pipe, which is called a stand, and the process of making a stand is called stand building.
일반적으로 시추작업장에는 스탠드 빌딩을 위해 마우스 홀(mouse hole)이 설치되어 스탠드 빌딩 등의 프로세스 효율을 높이는 데 사용된다. 굴착 관련 공정에서는 특히 시추 비트를 교환하거나 다른 종류의 파이프를 설치하기 위한 트리핑(tripping) 작업에 많은 종류의 장비가 필요하다.In general, a mouse hole is installed in a drilling workshop for stand building and is used to increase process efficiency such as stand building. Drilling-related processes require many types of equipment, especially for tripping operations to change drilling bits or install different types of pipe.
이러한 파이프 관련 공정들을 진행할 때 여러 대의 장비들이 한정된 공간에서 함께 운용되고, 때에 따라서는 장비들이 위치를 옮겨가며 작업하는 경우도 있다.When performing these pipe-related processes, several pieces of equipment are operated together in a limited space, and in some cases, the equipment moves from place to place to work.
장비의 운용은 자동, 반자동 또는 수동의 형태로 진행되는데, 어느 경우에도 장비 사이에 충돌이 있을 수 있다. 또한 장비 대부분이 대형이며 파이프의 연결, 해체, 상승 및 하강 작업이 빠른 속력으로 진행되는 경우가 많아 장비간 충돌이 발생할 때 대형 인명사고로 연결될 수도 있다.The operation of the equipment is carried out in the form of automatic, semi-automatic or manual, and in any case, there may be a conflict between the equipment. In addition, most of the equipment is large, and pipe connection, disassembly, raising and lowering work are often performed at high speed, so when a collision between equipment occurs, it may lead to a large-scale human accident.
이를 방지하기 위하여 이동하는 장비들의 위치 정보를 바탕으로 충돌을 방지하기 위해 충돌방지시스템(ACS, anti-collision system)이 활용되고 있다.In order to prevent this, an anti-collision system (ACS) is being used to prevent collisions based on location information of moving equipment.
충돌방지시스템은 시추제어시스템의 일원으로 네트워크에 연결되어 있다.The anti-collision system is connected to the network as a member of the drilling control system.
각각의 장비에서 송신된 제어 관련 신호 중 충돌 관련 데이터를 검사하여 충돌 위험이 감지될 때에 정지 등과 같은 비상신호를 장비로 보내어 충돌을 방지하는 역할을 수행한다.Among the control-related signals transmitted from each equipment, collision-related data is inspected, and when a risk of collision is detected, an emergency signal such as stop is sent to the equipment to prevent collision.
국내에서도 시추장비 국산화 노력의 일환으로 장비 운용과 관련한 시뮬레이터가 개발된 바 있다.In Korea, a simulator related to equipment operation has been developed as part of efforts to localize drilling equipment.
하지만 이는 시추 시스템의 일부인 인간-기계 인터페이스(HMI, human machine interface) 시스템을 구현한 것으로, 시추장비의 운영과 관련한 경험을 절대적으로 필요한 스마트 기계통합시스템(SMI, smart machine integrator) 등과 같은 시스템을 개발하기에는 아직 기술 수준이 부족한 상황이다.However, this is an implementation of the human machine interface (HMI) system, which is part of the drilling system, and develops systems such as smart machine integrator (SMI), which absolutely require experience related to the operation of drilling equipment. The technical level is still insufficient to do so.
세계 제일의 해양 시추 시스템 업체인 NOV사의 경우 충돌방지시스템이 스마트 기계통합시스템을 구성하는 요소 중 하나이며, 시추제어네트워크(DCN, drilling control network)에 연결되어 사용된다.In the case of NOV, the world's leading offshore drilling system company, the anti-collision system is one of the components of the smart machine integration system, and is used in connection with the drilling control network (DCN).
이러한 충돌방지시스템은 그 중요성을 감안하여 시추 관련 작업의 최고 책임자 급만 접근 가능하게 되어 있으므로, 아직 국내에는 그 작동 방식이나 알고리즘에 대해 많이 알려져 있지 않은 상황이다.Considering its importance, this anti-collision system is accessible only to the highest level of drilling-related work, so much is not known about its operation method or algorithm in Korea.
최근에는 시뮬레이션을 통해 위험상황에 대한 가시화와 운영과 관련한 기술 개발이 이루어지고 있으며, 시추 기반 기술의 확보를 위한 개발에도 적용되고 있다.Recently, technology development related to visualization and operation of dangerous situations has been made through simulation, and it is also applied to development to secure drilling-based technology.
충돌방지시스템의 구조와 기능을 분석하고, 시추 시뮬레이터에 연결하여 충돌 감지 및 방지 기술을 구현하고 있다.The structure and function of the anti-collision system are analyzed, and collision detection and prevention technology is implemented by connecting to a drilling simulator.
하지만 충돌방지시스템이 전체 시스템의 일부로 연결되어 있으므로, 업그레이드된 충돌방지시스템의 성능을 검증하기 위해서는 전체 시스템이 모두 가동되어야 하며, 이는 개발 상에 큰 불편함으로 작용하고 있다.However, since the anti-collision system is connected as a part of the overall system, the entire system must be operated in order to verify the performance of the upgraded anti-collision system, which is a great inconvenience in development.
이와 같이 종래 기술의 충돌방지시스템은 주어진 해양시추 장비들의 배치에 특정되어 개발되는 것이 일반적으로, 하나의 시추작업장이 여러 대의 장비로 구성되도록 계획되면 그 배치에 맞는 충돌방지시스템이 설계되어야 한다.In this way, the collision avoidance system of the prior art is generally developed to be specific to the arrangement of given offshore drilling rigs. If a drilling site is planned to consist of several pieces of equipment, a collision avoidance system suitable for the arrangement must be designed.
이는 특정 장비의 사양(specification)이나 세부 구조가 변경되거나, 배치가 바뀔 경우 이를 구현하기 위한 장비의 제어기들도 모두 변경되어야 하므로 작업량이 많아지고, 개발에 많은 불편을 초래한다.This increases the amount of work and causes a lot of inconvenience in development because all the controllers of the equipment to implement this must be changed when the specification or detailed structure of a specific equipment is changed or the arrangement is changed.
따라서, 장비들의 사양(specification)이나 세부 구조의 변경 및 배치를 자유롭게 변경할 수 있도록 하여 충돌방지시스템 개발에 제한이 없도록 하는 새로운 기술의 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a demand for the development of a new technology that allows the development of a collision avoidance system to be unrestricted by freely changing the specifications or detailed structures and arrangements of the equipment.
본 발명은 종래 기술의 해양시추시스템의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 별도의 설정 변경없이 변경된 충돌방지시스템이 원래의 시추제어시스템에 바로 연결되어 사용될 수 있도록 하는 시뮬레이터를 제공하여 충돌방지시스템의 설계 및 개발의 효율성을 높일 수 있도록 한 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art offshore drilling system, and provides a simulator that allows the changed anti-collision system to be directly connected to the original drilling control system without a separate setting change to design and use the anti-collision system. An object of the present invention is to provide a device and method for implementing a simulator for an anti-collision system for offshore drilling rigs that can increase the efficiency of development.
본 발명은 장비들의 배치를 설계하는 시추작업장의 배치에 맞게 자유롭게 실행 가능하고, 서브 시스템들의 경우에도 앞 단계의 장비용 에뮬레이터 설정에 따라 특성에 맞게 나타나며 배치를 자유롭게 할 수 있도록 한 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is for offshore drilling rigs that can be freely executed according to the arrangement of drilling workshops that design the arrangement of rigs, and even in the case of subsystems, they appear according to their characteristics according to the setting of the emulator for equipment in the previous step and can be freely arranged. Its purpose is to provide a device and method for implementing a simulator for an anti-collision system.
본 발명은 조작이 용이하고, 직관적으로 만들어 충돌 상황에 대한 시나리오 작성을 용이하게 시뮬레이터를 구성하여 통신모듈, 데이터 처리 모듈을 비롯하여 충돌감지로직과 바이패스 등의 외부 모듈로 구성되는 충돌방지시스템을 실제 시스템에 연동하기 전 개발 및 업그레이드 단계에서 각 모듈들의 기능을 효율적으로 검사할 수 있도록 한 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is easy to operate and intuitive to create a crash avoidance system composed of external modules such as a communication module, a data processing module, a collision detection logic, and a bypass by constructing a simulator to facilitate the creation of scenarios for collision situations. An object of the present invention is to provide a device and method for implementing a simulator for an anti-collision system for offshore drilling rigs that can efficiently inspect the function of each module in the development and upgrade stages before interlocking with the system.
본 발명은 각 장비들의 기본 사양을 입력하고, 조이스틱을 사용하여 각 장비들을 이동시키는 기능을 구현하고, 충돌방지시스템 코어와의 UDP 통신을 실제 하드웨어 연결과 동일하게 설정하여, 시뮬레이터로 검증된 충돌방지시스템에 실제 장비 연결시에 별도의 추가적인 세팅이 없이 바로 동작하도록 한 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention inputs the basic specifications of each device, implements a function to move each device using a joystick, sets UDP communication with the collision avoidance system core to be the same as the actual hardware connection, and prevents collisions verified with a simulator. An object of the present invention is to provide an apparatus and method for realizing a simulator for an anti-collision system for offshore drilling rigs that can be operated immediately without separate additional setting when the actual equipment is connected to the system.
본 발명은 충돌방지시스템과 연결되어 충돌 관련 모듈과 기능들을 점검하고 업그레이드 하면서도, 별도의 설정 변경없이 변경된 충돌방지시스템이 원래의 시추 제어 시스템에 바로 연결되어 사용될 수 있도록 하는 시뮬레이터를 제공할 수 있도록 한 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is connected to the anti-collision system to inspect and upgrade collision-related modules and functions, while providing a simulator that allows the modified anti-collision system to be directly connected to the original drilling control system and used without a separate setting change An object of the present invention is to provide an apparatus and method for implementing a simulator for an anti-collision system for offshore drilling rigs.
본 발명은 시뮬레이터를 통하여 복수의 장비를 동시에 작동하여 충돌 상황을 연출할 수 있고, 각 상황에 대하여 충돌 감지가 정상적으로 이루어지고, 그 결과가 뷰어에 나타나도록 하여 충돌방지시스템의 기능 점검 및 업그레이드가 효율적으로 이루어질 수 있도록 한 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention can produce a collision situation by operating a plurality of devices simultaneously through a simulator, and the collision detection is normally performed for each situation, and the result is displayed on the viewer, so that the function check and upgrade of the collision avoidance system is efficiently performed. An object of the present invention is to provide a device and method for implementing a simulator for an anti-collision system for offshore drilling rigs.
본 발명은 시뮬레이터를 통하여 시추장비와 충돌방지시스템 간의 통신 내용과 장비 본연의 기능을 분석하고, 이를 토대로 장비의 움직임을 설정하여, 충돌방지시스템의 기능을 효과적으로 검증할 수 있도록 한 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention analyzes the contents of communication between the drilling rig and the collision avoidance system and the original function of the equipment through a simulator, and sets the movement of the equipment based on this, so that the function of the collision avoidance system can be effectively verified. Its purpose is to provide a device and method for implementing a simulator for an anti-collision system.
본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned above will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 장치는 시스템 사양을 입력받아 저장하고, 시뮬레이터에서 호출할 수 있도록 제이슨(JSON,JavaScript object notation)파일을 생성하고, 에뮬레이터를 위한 기본 설정을 하는 사전입력부;외부 입력장치와의 인터페이스를 지원하고, 시스템 작동 상태를 모니터링할 수 있도록 하는 GUI;GUI의 환경을 설정하고, 충돌 검사결과 관련 파일의 저장 위치를 지정하는 설정부;를 포함하고, 시뮬레이터로 검증된 변경 충돌방지시스템에 실제 시추 장비 연결시에 별도의 추가적인 세팅이 없이 바로 동작하도록 하는 것을 특징으로 한다.An apparatus for implementing a simulator for an anti-collision system for offshore drilling rigs according to the present invention for achieving the above object is a JSON (JavaScript object notation) file to receive and store system specifications and to be called by the simulator. A pre-input unit that creates and configures basic settings for the emulator; A GUI that supports interfaces with external input devices and allows monitoring of system operation status; A GUI environment that is set and the storage location of files related to collision check results It includes a setting unit that designates; and is characterized in that it operates immediately without any additional setting when connecting the actual drilling equipment to the modified collision avoidance system verified by the simulator.
여기서, 한 대의 워크스테이션에 시뮬레이터와 충돌방지시스템 코어를 함께 구현하고, 시뮬레이터와 충돌방지시스템 코어 간에는 실제 시추 장비와 충돌방지시스템과의 통신에 사용되는 UDP 방식과 동일한 데이터 형태를 가지도록 구성하여 실제 장비와의 연결시에 추가적인 설정 변경 없이 사용할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.Here, the simulator and the anti-collision system core are implemented together in one workstation, and the simulator and the anti-collision system core are configured to have the same data format as the UDP method used for communication between the actual drilling equipment and the anti-collision system. It is characterized in that it can be used without additional setting changes when connected to equipment.
그리고 시뮬레이터에는 시뮬레이터 GUI가 구성되고, 충돌방지시스템 코어에는 ACS 뷰어가 연결 구성되고, 시뮬레이터 상에서 장비의 움직임 입력을 하기 위한 조이스틱과, 뷰어에서 화면을 조정하기 위한 키보드 및 마우스로 입력을 받고, 조이스틱을 사용하여 장비에 내리는 명령을 확인하고 화면에서 시추 장비의 운용 상황을 확인할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.In addition, the simulator GUI is configured in the simulator, the ACS viewer is connected to the collision avoidance system core, the joystick for inputting the movement of the equipment on the simulator, and the viewer receives input with the keyboard and mouse for adjusting the screen, and the joystick is used. It is characterized in that it is used to check the command given to the equipment and to check the operation status of the drilling equipment on the screen.
그리고 사전입력부는, 사용되는 장비에 대해 시뮬레이션에 사용되는 장비들의 종류를 입력받는 필요장비입력(machine),서브시스템의 최대 이동 속력 및 가속도, 최대 회전 속력 및 가속도, 초기 위치 및 회전 상태를 입력받는 서브시스템입력(subsystem) 및 서브시스템 사양(specification)입력,서브시스템별로 할당된 UDP 통신을 위한 개별 포트 번호와 허용 가동 범위를 지정하는 통신/가용범위(device) 입력의 단계로 입력 값을 받는 것을 특징으로 한다.And the pre-input unit receives the required equipment input (machine) for receiving the type of equipment used in the simulation for the equipment used, the maximum movement speed and acceleration of the subsystem, the maximum rotational speed and acceleration, initial position and rotation state Receiving input values is a step of inputting subsystem and specification, inputting communication/device designating individual port numbers for UDP communication assigned to each subsystem and allowable operation range. to be characterized
그리고 GUI는 외부 입력장치와의 인터페이스를 지원하기 위하여, 장비 제어를 위한 외부 입력 장치의 변화를 반영하는 부분으로 기존 장비가 아닌 다른 장비로 교체하였을 때 사용되는 장치업데이트(device update),충돌방지시스템과의 통신 방식인 UDP 통신을 시작하고 종료하는 기능을 구현하는 UDP 제어(control),조이스틱의 이상 발생 시 GUI 화면을 통해 장비 제어를 직접 수행할 수 있도록 설정하고 장비들의 현재 입력 상황을 화면(display)에서 보이도록 하는 조이스틱 제어(Joystick control) 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.In addition, the GUI is a part that reflects changes in the external input device for equipment control in order to support the interface with the external input device. UDP control, which implements the function of starting and ending UDP communication, which is a communication method with ) It is characterized in that it performs a joystick control function to be visible.
그리고 충돌방지시스템은 충돌방지시스템 코어(core) 모듈,외부 모듈(external module),가시화 모듈(visualization module)을 포함하고, 특이 상황을 처리하는 바이패스(bypass) 신호 생성 장치 및 알고리즘의 변경 가능성이 있는 충돌 점검(collision check) 컴포넌트의 경우 외부 모듈(external module)에 구성하고, 충돌은 장비를 감싸는 경계 상자(bonding box)를 생성하여 중첩 부분을 확인하는 것으로 구현하는 것을 특징으로 한다.In addition, the anti-collision system includes a collision avoidance system core module, an external module, and a visualization module, and the possibility of changing the bypass signal generating device and algorithm for handling unusual situations In the case of a collision check component that exists, it is configured in an external module, and collision is implemented by creating a bonding box enclosing the equipment and checking the overlapping part.
그리고 가시화 모듈은 다른 모듈과의 정보 교환없이 충돌방지시스템 코어로부터 업데이트된 신호만 수신하게 하여 전체 네트워크의 정보 처리 속도에 영향을 주지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.And the visualization module is characterized in that it does not affect the information processing speed of the entire network by receiving only updated signals from the collision avoidance system core without exchanging information with other modules.
그리고 바이패스 제어(bypass control)는 충돌방지시스템에서 보낸 정지 신호에 의해 정지된 장비를 충돌방지용 로직을 적용하지 않고 이동시켜야 하는 경우에 적용되는 것을 특징으로 한다.And bypass control is characterized in that it is applied when the equipment stopped by the stop signal sent from the collision avoidance system needs to be moved without applying the collision avoidance logic.
그리고 시추 장비와 시스템에서 생성된 데이터가 상호 공유되는 기본 통신망인 시추 제어 네트워크에서 통신 모듈을 통해 수신된 데이터는, 충돌 감지 기능을 수행할 수 있도록 정해진 규약으로 역직렬화(deserialization) 과정을 수행하는 전처리기(preprocessor)를 거쳐 외부 모듈로 보내 지고, 충돌방지 로직의 결과물은 후처리기(postprocessor)를 통하여 정해진 방식으로 직렬화(serialization) 한 후 통신 컴포넌트를 통해 시추 제어 네트워크로 보내지는 것을 특징으로 한다.In addition, data received through the communication module in the drilling control network, which is a basic communication network in which data generated by the drilling equipment and the system are mutually shared, is used to perform the deserialization process according to the rules set to perform the collision detection function. It is characterized in that it is sent to an external module through a preprocessor, and the result of the collision avoidance logic is serialized in a predetermined manner through a postprocessor and then sent to the drilling control network through a communication component.
그리고 시뮬레이터로 검증되는 시추 장비들은, 굴착을 위해 파이프를 하강시키거나 파이프를 위로 다시 들어 올리는 트리핑 공정에서 시추 파이프 회전을 위한 주 장비로 사용되는 탑 드라이브(top drive)와,수직으로 파이프를 보관하는 랙(rack)과 시추 홀 사이에서 파이프스탠드를 이동시키거나, 캣워크 장비로부터 파이프를 받아 기립하는 작업을 하는 래커(racker)와,통(tong)을 사용하여 파이프를 체결하는 데 사용되는 아이런 러프넥(iron roughneck)과,시추 파이프를 수평으로 보관하는 위치에서 작업장으로 이송할 때 사용되는 캣워크(catwalk)를 포함하는 것을 특징으로 한다.And the drilling equipment verified by the simulator includes a top drive used as the main equipment for rotating the drilling pipe in the tripping process of lowering the pipe for excavation or lifting the pipe up again, and a vertically storing pipe. A racker that moves a pipe stand between a rack and a drilling hole or receives and stands a pipe from catwalk equipment, and an iron rough neck that is used to fasten a pipe using a tong It is characterized in that it includes an iron roughneck and a catwalk used when transporting the drilling pipe from a horizontally stored position to a work site.
그리고 시뮬레이터에서 충돌방지시스템으로 보내는 데이터는 실제 장비 운영 시 송수신하는 메시지로 구성되고, 장비 별로 2개의 불(bool)형 데이터는 장비의 센서 시스템에 문제가 있음을 나타내는 'Not Healthy' 신호와 장비의 해제 바이패스 신호를 나타내도록 구성되는 것을 특징으로 한다.And the data sent from the simulator to the anti-collision system consists of messages sent and received during actual equipment operation, and two bool data for each equipment are the 'Not Healthy' signal indicating a problem with the sensor system of the equipment and the Characterized in that it is configured to indicate a release bypass signal.
그리고 탑 드라이브의 경우 수직 운동만 진행하므로 하나의 높이 관련 실수 값으로 표현하고, 아이런 러프넥은 3개의 세부장치의 위치 데이터를 기반으로 구성하고, 세부 장치는 직선 운동 및 회전운동을 수행하는 것을 반영하여 데이터를 구성하는 것을 특징으로 한다.In addition, since only vertical movement is performed in the case of the top drive, it is expressed as a single height-related real number value, and the iron rough neck is configured based on the location data of three detailed devices, and the detailed device reflects that linear and rotational motions are performed. It is characterized in that the data is configured by.
그리고 래커의 기본 이동 장치가 되는 트롤리는 1개의 축 방향 직선 운동만 수행하므로 1개의 위치 값으로 표현하고, 3개의 팔들은 각각 3차원 위치데이터를 포함하도록 하고, 회전이 일어나는 칼럼(column)을 위해 회전 값을 포함하고, 캣워크는 마우스 홀까지의 수평 운동만 고려하여 데이터를 구성하는 것을 특징으로 한다.And since the trolley, which is the basic moving device of the lacquer, performs only one axial linear motion, it is expressed as one position value, and each of the three arms includes three-dimensional position data, and for a column in which rotation occurs It includes a rotation value, and the catwalk is characterized in that the data is configured by considering only the horizontal movement to the mouse hole.
그리고 장비 에뮬레이터에서 충돌방지시스템으로 보내지는 데이터는 중립 상태에 있는 조이스틱을 움직이면서 새로운 값을 생성하게 되고, 조이스틱에 있는 버튼을 사용하여 장비 및 서브시스템을 선택하고, 조이스틱을 움직이면 해당 변위만큼 비례하여 이동,회전 속력이 생기도록 하여 새로운 위치 및 회전각을 계산하고, 생성된 데이터는 장비의 아이피, 포트 번호와 함께 충돌방지시스템으로 보내지고, 충돌 검사가 진행되고, 충돌검사 컴포넌트에서는 장비의 크기에 맞게 경계상자의 크기를 설정하고 경계상자의 위치 및 검사결과를 언리얼로 구현된 뷰어로 전송하여 장비의 상태를 확인할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.And the data sent from the equipment emulator to the anti-collision system creates a new value by moving the joystick in the neutral state, selecting equipment and subsystems using the buttons on the joystick, and moving the joystick in proportion to the corresponding displacement. ,Rotational speed is generated to calculate the new position and rotation angle, and the generated data is sent to the anti-collision system along with the device's IP and port number. It is characterized by setting the size of the bounding box and transmitting the position of the bounding box and inspection results to the viewer implemented in Unreal so that the state of the equipment can be checked.
그리고 충돌검사 컴포넌트에서 장비의 크기에 맞게 경계상자의 크기를 설정하고 장비를 배치하면, GUI 화면을 통해 장비 제어를 직접 수행할 수 있도록 현재 입력에 따른 배치 상황이 화면(display)에 표시되고, 이 상태에서 경계상자의 위치를 기준으로 충돌 검사결과를 하고 언리얼로 구현된 ACS 뷰어로 전송하여 장비의 상태를 확인할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.In the collision detection component, if the size of the bounding box is set according to the size of the equipment and the equipment is placed, the arrangement situation according to the current input is displayed on the display so that the equipment can be controlled directly through the GUI screen. It is characterized in that the collision test result is performed based on the position of the bounding box in the state and the state of the equipment can be checked by transmitting it to the ACS viewer implemented in Unreal.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 방법은 사용되는 시추 장비에 대해 사전입력을 하는 단계;사전입력된 시스템 사양을 저장한 후 시뮬레이터에서 호출할 수 있도록 파일을 생성하고, 에뮬레이터를 위한 기본 설정을 하는 단계;장치 업데이트를 하여 장비 제어를 위한 외부 입력 장치의 변화를 반영하는 단계;GUI 화면을 통해 장비 제어를 직접 수행할 수 있도록 설정하고, 장비들의 현재 입력 상황을 화면에 표시하는 단계;GUI의 환경을 설정하고, 충돌 검사 관련 파일의 저장 위치를 지정하는 단계;조이스틱에 있는 버튼을 사용하여 장비 및 서브시스템을 선택하고, 스틱을 움직여 해당 변위만큼 비례하여 이동,회전 속력이 생기도록 하여 새로운 위치 및 회전각을 계산하는 단계;생성된 데이터를 장비의 아이피, 포트 번호와 함께 충돌방지시스템으로 보내고, 충돌 검사를 진행하고, 장비의 크기에 맞게 경계상자의 크기를 설정하고 경계상자의 위치 및 검사결과를 언리얼로 구현된 뷰어로 전송하여 장비의 상태를 확인하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.To achieve another object, a method for implementing a simulator for an anti-collision system for offshore drilling rigs according to the present invention includes the steps of pre-inputting the drilling rig to be used; saving the pre-input system specifications and then calling them in the simulator. Creating a file and setting basic settings for the emulator; Updating the device to reflect changes in the external input device for equipment control; Setting to directly perform equipment control through the GUI screen, Displaying the current input status of them on the screen; Setting the environment of the GUI and specifying the storage location of the collision inspection related files; Selecting equipment and subsystems using buttons on the joystick, and moving the stick to move the corresponding displacement Calculating a new position and rotation angle by moving and rotating speed in proportion to the amount; It is characterized by including; setting the size of the bounding box and transmitting the position of the bounding box and the inspection result to a viewer implemented in Unreal to check the state of the equipment.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the device and method for implementing a simulator for an anti-collision system for offshore drilling rigs according to the present invention have the following effects.
첫째, 별도의 설정 변경없이 변경된 충돌방지시스템이 원래의 시추제어시스템에 바로 연결되어 사용될 수 있도록 하는 시뮬레이터를 제공하여 충돌방지시스템의 설계 및 개발의 효율성을 높일 수 있도록 한다.First, a simulator is provided so that the modified anti-collision system can be directly connected to the original drilling control system without changing the settings, thereby increasing the efficiency of design and development of the anti-collision system.
둘째, 장비들의 배치를 설계하는 시추작업장의 배치에 맞게 자유롭게 실행 가능하고, 서브 시스템들의 경우에도 앞 단계의 장비용 에뮬레이터 설정에 따라 특성에 맞게 나타나며 배치를 자유롭게 할 수 있도록 한다.Second, it can be freely executed according to the layout of the drilling workshop where the arrangement of equipment is designed, and even in the case of subsystems, they appear according to their characteristics according to the settings of the emulator for equipment in the previous step, allowing them to be freely arranged.
셋째, 조작이 용이하고, 직관적으로 만들어 충돌 상황에 대한 시나리오 작성을 용이하게 시뮬레이터를 구성하여 통신모듈, 데이터 처리 모듈을 비롯하여 충돌감지로직과 바이패스 등의 외부 모듈로 구성되는 충돌방지시스템을 실제 시스템에 연동하기 전 개발 및 업그레이드 단계에서 각 모듈들의 기능을 효율적으로 검사할 수 있도록 한다.Third, it is easy to operate and intuitive, so it is easy to create scenarios for collision situations by constructing a simulator so that the collision avoidance system composed of external modules such as communication module, data processing module, collision detection logic and bypass is an actual system. It enables efficient inspection of the functions of each module in the development and upgrade stages before interlocking.
넷째, 각 장비들의 기본 사양을 입력하고, 조이스틱을 사용하여 각 장비들을 이동시키는 기능을 구현하고, 충돌방지시스템 코어와의 UDP 통신을 실제 하드웨어 연결과 동일하게 설정하여, 시뮬레이터로 검증된 충돌방지시스템에 실제 장비 연결시에 별도의 추가적인 세팅이 없이 바로 동작하도록 한다.Fourth, enter the basic specifications of each device, implement a function to move each device using a joystick, set the UDP communication with the collision avoidance system core to be the same as the actual hardware connection, and verify the collision avoidance system with a simulator When connecting an actual device to , it operates immediately without any additional setting.
다섯째, 충돌방지시스템과 연결되어 충돌 관련 모듈과 기능들을 점검하고 업그레이드 하면서도, 별도의 설정 변경없이 변경된 충돌방지시스템이 원래의 시추 제어 시스템에 바로 연결되어 사용될 수 있도록 하는 시뮬레이터를 제공한다.Fifth, while checking and upgrading collision-related modules and functions connected to the anti-collision system, a simulator is provided so that the modified anti-collision system can be directly connected to the original drilling control system and used without a separate setting change.
여섯째, 시뮬레이터를 통하여 복수의 장비를 동시에 작동하여 충돌 상황을 연출할 수 있고, 각 상황에 대하여 충돌 감지가 정상적으로 이루어지고, 그 결과가 뷰어에 나타나도록 하여 충돌방지시스템의 기능 점검 및 업그레이드가 효율적으로 이루어질 수 있도록 한다.Sixth, a plurality of equipment can be operated simultaneously through a simulator to produce a collision situation, and collision detection is normally performed for each situation, and the result is displayed on the viewer so that the function check and upgrade of the collision avoidance system can be efficiently performed. make it possible
일곱째, 시뮬레이터를 통하여 시추장비와 충돌방지시스템 간의 통신 내용과 장비 본연의 기능을 분석하고, 이를 토대로 장비의 움직임을 설정하여, 충돌방지시스템의 기능을 효과적으로 검증할 수 있도록 한다.Seventh, the contents of communication between the drilling rig and the collision avoidance system and the original function of the equipment are analyzed through the simulator, and based on this, the movement of the equipment is set so that the function of the collision avoidance system can be effectively verified.
도 1은 네트워크를 포함한 시추제어시스템의 구성의 일 예를 나타낸 구성도
도 2는 충돌방지시스템의 기본 형태를 나타낸 구성도
도 3은 시추선에서의 장비 배치를 나타낸 구성도
도 4는 서브시스템들의 상호 의존성을 나타낸 구성도
도 5는 본 발명에 따른 충돌방지시스템용 시뮬레이터 구성도
도 6은 본 발명에 따른 시뮬레이터를 포함한 전체 시스템의 구성도
도 7a와 도 7b는 시뮬레이터의 사전 입력 컴포넌트 및 시뮬레이터의 GUI 컴포넌트 구성도
도 8은 시뮬레이터의 GUI를 통한 장비 배치 화면의 일 예를 나타낸 구성도
도 9는 본 발명에 따른 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 방법을 나타낸 플로우 차트
도 10은 본 발명에 따른 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터를 통한 충돌 감지의 일 예를 나타낸 구성도1 is a configuration diagram showing an example of the configuration of a drilling control system including a network
Figure 2 is a configuration diagram showing the basic form of the collision avoidance system
3 is a configuration diagram showing the arrangement of equipment in a drilling ship
Figure 4 is a configuration diagram showing the interdependency of subsystems
Figure 5 is a simulator configuration diagram for an anti-collision system according to the present invention
6 is a configuration diagram of the entire system including a simulator according to the present invention
7A and 7B are configuration diagrams of a pre-input component of a simulator and a GUI component of a simulator.
8 is a configuration diagram showing an example of an equipment arrangement screen through a GUI of a simulator
9 is a flow chart showing a method for implementing a simulator for an anti-collision system for offshore drilling rigs according to the present invention.
10 is a configuration diagram showing an example of collision detection through a simulator for an anti-collision system for offshore drilling rigs according to the present invention.
이하, 본 발명에 따른 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of an apparatus and method for implementing a simulator for an anti-collision system for offshore drilling rigs according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Features and advantages of an apparatus and method for implementing a simulator for an anti-collision system for offshore drilling rigs according to the present invention will become clear through a detailed description of each embodiment below.
도 1은 네트워크를 포함한 시추제어시스템의 구성의 일 예를 나타낸 구성도이다.1 is a configuration diagram showing an example of the configuration of a drilling control system including a network.
본 발명에 따른 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 장치 및 방법은 별도의 설정 변경없이 변경된 충돌방지시스템이 원래의 시추제어시스템에 바로 연결되어 사용될 수 있도록 하는 시뮬레이터를 제공하여 충돌방지시스템의 설계 및 개발의 효율성을 높일 수 있도록 한 것이다.An apparatus and method for realizing a simulator for an anti-collision system for offshore drilling equipment according to the present invention prevents collision by providing a simulator that allows a changed anti-collision system to be directly connected to an original drilling control system and used without a separate setting change. This is to increase the efficiency of system design and development.
네트워크를 포함한 시추제어시스템의 구성의 일 예는 도 1에서와 같다.An example of a configuration of a drilling control system including a network is shown in FIG. 1 .
충돌방지시스템용 시뮬레이터는 시추제어네트워크에 연결된 시스템 중 충돌방지시스템을 제외한 부분에 대한 기능을 수행하여야 한다.The simulator for the anti-collision system must perform functions for parts other than the anti-collision system among the systems connected to the drilling control network.
네트워크를 포함한 시추 장비의 제어는 프로그램 가능논리제어기(PLC, programmable logic controller)를 통하여 이루어지고, 통신 모듈을 통해 네트워크로 접속된다.Control of the drilling equipment including the network is performed through a programmable logic controller (PLC) and connected to the network through a communication module.
일반적으로는 관리의 효율성을 위해 장비 제어를 위한 프로그램 가능 논리제어기들은 같은 장소에 위치하고 있다. 시추 제어와 관련해서 시스템간 통신은 시추제어네트워크를 통해 이루어진다.Programmable logic controllers for machine control are usually co-located for management efficiency. In relation to drilling control, communication between systems is performed through a drilling control network.
장비와 프로그램 가능 논리제어기 사이에는 RS485를 기반으로 한 Profibus FDL과 Profibus DP가 주로 사용되고, 기타 시스템간 네트워크에는 이더넷 기반의 사용자 데이터그램 프로토콜(UDP,user datagram protocol) 통신이 주로 활용된다.Profibus FDL and Profibus DP based on RS485 are mainly used between the equipment and the programmable logic controller, and Ethernet-based user datagram protocol (UDP) communication is mainly used for networks between other systems.
사이버베이스(Cyberbase)는 전체 시추 시스템의 운영을 관할하는 시스템으로 인간-기계 인터페이스기반으로 이루어진다. 충돌방지시스템 서버는 기계 시스템과 사이버베이스와의 정보 교환을 통해 충돌을 감지하고, 방지하는 역할을 수행하게 된다.Cyberbase is a system that manages the operation of the entire drilling system and is based on a human-machine interface. The anti-collision system server plays a role in detecting and preventing collisions through information exchange between the mechanical system and cyberbase.
본 발명에 적용되는 충돌방지시스템의 기본 형태의 일 예를 설명하면 다음과 같다.An example of the basic form of the collision avoidance system applied to the present invention will be described.
도 2는 충돌방지시스템의 기본 형태를 나타낸 구성도이다.Figure 2 is a configuration diagram showing the basic form of the collision avoidance system.
시추제어네트워크는 시추 관련 장비와 시스템에서 생성된 데이터가 상호 공유되는 기본 통신망이다. 각각의 장비에서 송신된 데이터는 이 네트워크를 통하여 그 정보를 필요로 하는 시스템으로 전달되고, 다른 시스템에서 보낸 데이터를 수신한다.The drilling control network is a basic communication network in which data generated by drilling-related equipment and systems is mutually shared. The data transmitted from each device is delivered to the system that needs the information through this network, and receives data sent from other systems.
충돌방지시스템은 별도의 하드웨어에 탑재되며, 그 역할의 중대성을 고려하여 작업의 최고 책임자 급만 접근이 가능한 곳에 설치된다.The anti-collision system is mounted on a separate piece of hardware, and considering the importance of its role, it is installed in a place accessible only to the highest level of work.
시추 관련 시스템 운영의 효율성을 위하여 충돌방지시스템은 크게 충돌방지시스템 코어(core) 모듈, 외부 모듈(external module), 그리고 가시화 모듈(visualization module)의 3가지 모듈로 구성되어 있다.For the efficiency of drilling-related system operation, the anti-collision system is largely composed of three modules: a core module of the anti-collision system, an external module, and a visualization module.
충돌방지시스템 코어 모듈은 통신 요소 위주로 간단히 구성하여 가능한 처리시간을 단축함으로써 다른 시스템이나 장비와의 통신 속도에 영향을 미치지 않도록 구성된다.The collision avoidance system core module is composed mainly of communication elements to shorten the possible processing time so as not to affect the communication speed with other systems or equipment.
특이 상황을 처리하는 바이패스(bypass) 신호 생성 장치 및 알고리즘의 변경 가능성이 있는 충돌 점검(collision check) 컴포넌트의 경우 코어와는 별개의 외부 모듈에 구현함으로써 필요시 해당 항목만 수정하면 되도록 구성하는 것이 필요하다. 충돌은 장비를 감싸는 경계 상자(bonding box)를 생성하여 중첩 부분을 확인하는 것으로 구현하는 방식을 적용한다.In the case of a bypass signal generation device that handles unusual situations and a collision check component with a possibility of algorithm change, it is better to implement it in an external module separate from the core so that only the relevant items can be modified if necessary. need. Collision is implemented by creating a bonding box that encloses the equipment and checking the overlapping part.
또한 가시화 모듈은 다른 모듈과의 정보 교환없이 충돌방지시스템 코어로부터 업데이트된 신호만 수신하게 하여 전체 네트워크의 정보 처리 속도에 영향을 주지 않는 것이 중요하다.In addition, it is important not to affect the information processing speed of the entire network by allowing the visualization module to receive only updated signals from the collision avoidance system core without exchanging information with other modules.
시추 제어 네트워크에서 통신 모듈을 통해 수신된 데이터는 충돌 감지 기능을 수행할 수 있도록 정해진 규약으로 역직렬화(deserialization) 과정을 수행하는 전처리기(preprocessor)를 거쳐 외부 모듈로 보내 지고, 충돌방지 로직의 결과물은 후처리기(postprocessor)를 통하여 정해진 방식으로 직렬화(serialization) 한 후 통신 컴포넌트를 통해 네트워크로 보내 진다.The data received through the communication module in the drilling control network is sent to an external module through a preprocessor that performs a deserialization process according to the rules set to perform the collision detection function, and the result of the collision prevention logic is serialized in a predetermined way through a postprocessor and then sent to the network through a communication component.
바이패스 제어(bypass control)는 충돌방지시스템에서 보낸 정지 신호에 의해 정지된 장비를 충돌방지용 로직을 적용하지 않고 이동시켜야 하는 경우에 적용된다.Bypass control is applied when equipment stopped by a stop signal sent from a collision avoidance system needs to be moved without applying collision avoidance logic.
정비 등의 목적으로 시추작업장의 특정 구역으로 이동하는 경우나 충돌이 일어난 상황에서 두 장비를 분리하는 경우 등이 이에 해당한다.This includes moving to a specific area of a drilling rig for the purpose of maintenance or separating two pieces of equipment in a collision situation.
시추 관련 장비의 충돌방지시스템과 관련해서는 크게 무시(ignore)와 해제(release) 두 가지의 경우로 구분할 수 있다. 무시나 해제 기능은 스마트 기계통합시스템에 있는 스위치 박스의 형태로 구현되며, 해당 스위치가 대기상태에서 켜지므로 변경되면 기능이 활성화되는 방식이다.In relation to the collision avoidance system of drilling-related equipment, it can be largely divided into two cases: ignore and release. The ignore or release function is implemented in the form of a switch box in the smart machine integration system, and the function is activated when the switch is turned on in the standby state.
무시 신호는 시추작업장에서 특정 장비가 '센서신호 불안정' 상태에서도 계속 운영될 수 있도록 하는 기능이다.Ignoring signal is a function that allows certain equipment to continue to operate even in the state of 'sensor signal instability' at the drilling site.
시뮬레이터 구현 방식 설계에 관하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The detailed description of the design of the simulator implementation method is as follows.
충돌방지시스템의 검증을 위한 시뮬레이터를 구현하기 위해서는 시추제어시스템의 기능을 적절히 모사하는 요소들이 필요하다.In order to implement a simulator for verifying the anti-collision system, elements that properly simulate the functions of the drilling control system are required.
시추 장비들은 프로그램 가능 논리제어기와 세트로 구성이 되며 아이피 주소(IP address)와 포트번호(port no.)를 통하여 네트워크에서 식별된다.Drilling equipment consists of a set of programmable logic controllers and is identified on the network through an IP address and port number.
시뮬레이터에서는 각 장비의 움직임을 모사하는 에뮬레이터를 구성하고, 동일 컴퓨터내에서 구동하기 위해 식별은 포트 번호를 사용하도록 한다.In the simulator, an emulator that simulates the movement of each device is configured, and a port number is used for identification to run in the same computer.
시추제어네트워크에서 장비와 프로그램 가능 논리제어기간의 통신은 에뮬레이터내에서 이루어지므로 별도 구성은 필요하지 않다.In the drilling control network, communication between the equipment and the programmable logic control is performed within the emulator, so no separate configuration is required.
또한 동일 컴퓨터에서 시스템들을 함께 구동하는 것을 고려할 때, 별도의 하드웨어는 필요하지 않게 된다.Also, considering running the systems together on the same computer, no separate hardware is required.
사용자와의 인터페이스가 이루어지는 사이버베이스는 각종 조작 장치가 부착된 사이버 의자(cyber chair)와 부속 터치스크린으로 구성되나, 본 발명에 따른 시뮬레이터에서는 충돌방지시스템의 기능을 검사하기 위한 용도이므로 조이스틱(joystick)과 터치스크린으로 구성한다.The cyber base where the interface with the user is made consists of a cyber chair and an attached touch screen to which various control devices are attached, but in the simulator according to the present invention, a joystick is used to test the function of the anti-collision system and touch screen.
시추장비 동작 분석에 관하여 설명하면 다음과 같다.The drilling rig motion analysis will be described as follows.
본 발명에서 고려하고 있는 장비들을 Schlumberger사의 용어 기준을 적용하여 정리하면 표 1에서와 같다.Table 1 summarizes the equipment considered in the present invention by applying Schlumberger's term standard.
탑 드라이브(top drive)는 기존에 사용되던 로터리 테이블을 대체하여 현대의 시추선에 널리 사용되고 있는 시추 파이프 회전 장치이다. 굴착을 위해 파이프를 하강시키거나 파이프를 위로 다시 들어 올리는 트리핑 공정에서도 주 장비로 활용된다. 1~2개 정도의 전기 또는 유압 모터를 사용하고 있으며, 시추 작업을 위해 트래블링 블록(travelling block)에 연결되어 상하로 움직인다. 장비 내부의 백업 통(backup tong)을 이용하여 파이프 체결에 사용되기도 한다. 트래블링 블록을 포함하여 탑 드라이브를 상하로 이동시키는 권양기로 사용되는 것이 드로우워크(drawworks) 이다. 충돌과 관련하여 탑 드라이브, 트래블링 블록, 드로우워크가 함께 작용하는 것이므로, 본 발명에서는 탑드라이브가 다른 두 장비를 포함하는 개념으로 사용하며, 이동 시 상하 운동을 하는 것을 기본으로 한다.A top drive is a drilling pipe rotation device that is widely used in modern drilling ships by replacing conventionally used rotary tables. It is also used as a main equipment in the tripping process to lower the pipe for excavation or to lift the pipe up again. It uses one or two electric or hydraulic motors and moves up and down connected to a traveling block for drilling work. It is also used for pipe fastening using a backup tong inside the equipment. Drawworks are used as winches that move the top drive up and down, including the traveling block. Since the top drive, traveling block, and drawwork work together in relation to collision, in the present invention, the top drive is used as a concept that includes two other equipment, and is based on vertical movement during movement.
래커(racker)는 수직으로 파이프를 보관하는 랙(rack)과 시추 홀 사이에서 파이프스탠드를 이동시키거나, 캣워크 장비로부터 파이프를 받아 기립하는 작업 등을 수행한다. 따라서 수평 상태의 파이프를 수직으로, 수직 상태의 파이프를 수평으로 변환시키기 위한 상하 이동 기능, 작업 시 전후 좌우이동 기능, 전방에서 후방으로 회전하는 기능이 필요하다. A racker performs tasks such as moving a pipe stand between a rack that stores pipes vertically and a drilling hole, or standing up after receiving a pipe from catwalk equipment. Therefore, a vertical movement function for converting a horizontal pipe into a vertical state and a vertical pipe into a horizontal state, a forward/backward/leftward movement function during work, and a function of rotating from front to back are required.
아이런 러프넥(iron roughneck) 장비는 통(tong)을 사용하여 파이프를 체결하는 데 사용된다. 통 장비에는 스탠드 체결용(makeup tong)과 해체용(breakout tong)이 있는데, 현대 시추설비에 활용되는 하이드라통은 두 가지 기능 모두 수행 가능하다. 준비 상태에서는 다른 장비의 운용에 방해가 되지 않도록 지정 위치에서 대기하다 필요 시 작업 위치로 이동한다. 장비가 정지하는 작업 위치는 장비 운용의 안전을 위하여 체결이 이루어지는 시추 홀(drilling hole)에서 일정 거리 떨어진 곳에 위치하므로 작업 위치에서 체결 장치를 체결이 이루어지는 위치까지 연장시키는 기능이 필요하다. 또한 체결위치에서 실제 체결이 이루어지는 높이가 때에 따라 다를 수 있으므로 높낮이를 조절할 수 있는 기능도 필요하다.Iron roughneck equipment is used to fasten pipe using a tong. Tong equipment includes a makeup tong and a breakout tong, and the hydra tong used in modern drilling facilities can perform both functions. In the ready state, wait at the designated location so as not to interfere with the operation of other equipment, and move to the work location if necessary. Since the working position where the equipment stops is located at a certain distance from the drilling hole where the fastening is performed for the safety of equipment operation, a function to extend the fastening device from the working position to the fastening position is required. In addition, since the height at which the actual fastening is performed at the fastening position may vary from time to time, a function to adjust the height is also required.
캣워크(catwalk)는 시추 파이프를 수평으로 보관하는 위치에서 시추 작업을 본격적으로 진행하기 위해 작업장으로 이송할 때 사용되는 장비이다.A catwalk is equipment used when transporting drilling pipes from a position where they are stored horizontally to a work site in order to carry out drilling work in earnest.
장비에 설치된 테일 암(tail-in arm) 장치를 사용하여 래커 등과 함께 파이프 기립 작업을 진행하게 된다. 기본적으로 수평 이동 기능이 필요하다.Using the tail-in arm device installed in the equipment, the pipe erection work is carried out together with the lacquer. Basically, you need a horizontal movement function.
본 발명에 따른 충돌방지시스템 시뮬레이터 설계에 관하여 설명하면 다음과 같다.The collision avoidance system simulator design according to the present invention is described as follows.
도 3은 시추선에서의 장비 배치를 나타낸 구성도이다.3 is a configuration diagram showing the arrangement of equipment in a drilling ship.
장비용 에뮬레이터의 구성을 위해서는 장비가 어떻게 움직이는 지를 분석하여 반영하여야 한다.In order to configure the device emulator, it is necessary to analyze and reflect how the device moves.
일반적으로 시추 작업장에서는 시추 관련 장비의 운영을 주로 담당하는 드릴러(driller)들의 작업실에서 시추 작업장을 바라보는 방향이 y축 방향으로 설정되며, 파이프류는 x축 방향을 따라서 작업장으로 들어오게 된다.In general, in a drilling workplace, the direction of looking at the drilling workplace from the offices of drillers mainly responsible for the operation of drilling-related equipment is set in the y-axis direction, and pipes enter the workplace along the x-axis direction.
도 3은 시추선에서의 일반적인 배치를 나타내는 데, 선수 방향에 파이프를 저장하는 공간이 있다. 이를 바탕으로 작업장에 배치된 장비들의 이동방향을 설정하였다.Figure 3 shows a general arrangement in a drilling ship, where there is a space for storing pipes in the bow direction. Based on this, the direction of movement of the equipment placed in the workplace was set.
서브시스템들의 상호 의존성에 대하여 정리하면 도 4에서와 같다.The interdependencies of the subsystems are summarized as shown in FIG. 4 .
도 4는 서브시스템들의 상호 의존성을 나타낸 구성도이다.4 is a configuration diagram showing interdependency of subsystems.
서브 시스템들은 기본 이동 장비를 바탕으로 하부 장비들이 상부 장비를 따라 움직이게 된다. 탑 드라이브의 경우 트래블링 블록이나 픽업 엘리베이터(pick up elevator) 등의 부속 장비를 통합하여 하나의 장치로 인식하도록 하였다.The subsystems are based on the basic moving equipment, and the lower equipment moves along the upper equipment. In the case of the top drive, auxiliary equipment such as a traveling block or a pick-up elevator is integrated and recognized as a single device.
이들 부속장비들이 탑 드라이브와 일체로 움직이는 경우가 대부분이기 때문이다. 통 장비의 경우 기본적으로 베이스 프레임(base frame), 툴 프레임(tool frame), 그리고 회전력을 전달하는 스피너(spinner)의 3개 서브시스템으로 구성하였다.This is because most of these accessories move integrally with the top drive. In the case of barrel equipment, it is basically composed of three subsystems: a base frame, a tool frame, and a spinner that transmits rotational force.
실제 장비의 경우 모델에 따라 서브 시스템이 작동하는 방식이 다르므로, 본 발명의 실시 예에서는 툴 프레임과 스피너가 각각 독립적으로 수직방향 움직임이 가능한 것으로 설정한다.In the case of actual equipment, since the subsystem operates differently depending on the model, in the embodiment of the present invention, the tool frame and the spinner are set to independently move in the vertical direction.
파이프 체결 및 해체 작업 시 러프넥은 대기상태에서 작업 위치로 움직이고 좌표계에서의 방향은 y축 방향이 된다. 러프넥 장비는 베이스 프레임이 기본 이동 장치로 툴 프레임과 스피너를 함께 이동시키게 되고, 툴 프레임을 이동시키면 스피너도 함께 움직이게 된다.During pipe fastening and disassembly, the rough neck moves from standby to working position, and the direction in the coordinate system becomes the y-axis direction. In roughneck equipment, the base frame is the basic moving device, and the tool frame and spinner are moved together, and when the tool frame is moved, the spinner moves together.
래커의 경우 트롤리를 기본 이동 장치로 해서 그위에 컬럼과 3개의 팔(arm)들이 장착되는 것으로 설정한다.In the case of lacquer, a trolley is used as a basic moving device, and a column and three arms are installed on it.
칼럼은 트롤리 위에서 회전이 가능하며 암들은 칼럼과 함께 회전하게 된다. 3개의 팔들은 각각 독립적으로 확장과 수축이 가능하며 이 작업은 칼럼 기준 좌표계에서 이루어진다. 캣워크는 단일 장비로 스케이트가 파이프를 파이프 저장 위치로부터 작업장까지 이송하므로 x축 방향으로 이동하게 된다.The column can rotate on the trolley and the arms rotate with the column. Each of the three arms can be extended and contracted independently, and this work is done in a column reference frame. The catwalk is a single piece of equipment that moves in the x-axis direction as skates transport the pipe from the pipe storage location to the work area.
장비들의 이동 방향을 정리하면 표 2에서와 같다.The moving directions of the equipment are summarized in Table 2.
도 5는 본 발명에 따른 충돌방지시스템용 시뮬레이터 구성도이다.5 is a configuration diagram of a simulator for an anti-collision system according to the present invention.
본 발명에 따른 충돌방지시스템용 시뮬레이터는 도 5에서와 같이, 시스템 사양을 입력 받는 사전입력(presetting)부(100)와, 외부 입력 장치로부터 입력을 받아 그 값을 출력하여 보여주는 GUI(graphical user interface)(200)와, 기타 설정을 할 수 있는 설정(setting)부(300)를 포함한다.As shown in FIG. 5, the simulator for an anti-collision system according to the present invention has a graphical user interface (GUI) that receives input from a
구체적으로, 사전입력부(100)는 시스템 사양을 입력하여 저장한 후 시뮬레이터에서 호출할 수 있도록 제이슨(JSON,JavaScript object notation)파일을 생성하고, 에뮬레이터를 위한 기본 설정을 하는 부분이다.Specifically, the
제이슨은 데이터를 가볍게 만들어 정보 처리속도가 빠르고 언어와 플랫폼에 구애받지 않아 널리 사용된다. 사용되는 장비에 대해 필요장비입력(machine)-서브시스템입력(subsystem)-서브시스템 사양(specification)-통신/가용범위(device)의 단계로 입력 값을 받는다.Jason is widely used because it makes data light and information processing speed is fast, and it is independent of language and platform. For the equipment used, input values are received in the steps of required equipment input (machine)-subsystem input (subsystem)-subsystem specification-communication/available range (device).
필요장비입력에서는 시뮬레이션에 사용되는 장비들의 종류를 입력할 수 있게한다.In the required equipment input, it is possible to input the type of equipment used for the simulation.
본 발명의 실시 예에서는 표 2에서 제시한 시추장비들을 토대로 하여 이를 기본으로 하나, 이로 제한되지 않고 추가 및 변경할 수 있음은 당연하다.In the embodiment of the present invention, it is based on the drilling equipment presented in Table 2, but it is natural that it is not limited thereto and can be added and changed.
서브시스템입력은 서브시스템의 최대 이동 속력 및 가속도, 최대 회전 속력 및 가속도, 초기 위치 및 회전 상태 등을 입력 받도록 한다.The subsystem input allows input of the maximum movement speed and acceleration, maximum rotational speed and acceleration, initial position and rotation state of the subsystem.
통신 및 가용범위에서는 서브시스템별로 할당된 UDP 통신을 위한 개별 포트 번호와 허용 가동 범위를 지정할 수 있도록 한다.In the communication and available range, individual port numbers and allowable operation ranges for UDP communication assigned to each subsystem can be specified.
구체적으로, GUI(200)는 외부 입력장치와의 인터페이스와 관련한 사항을 관할하고, 시스템 작동 상태를 모니터링하는 기능이다.Specifically, the
장치업데이트(device update)에서는 장비 제어를 위한 외부 입력 장치의 변화를 반영하는 부분으로 기존 장비가 아닌 다른 장비로 교체하였을 때 사용된다. Device update is a part that reflects changes in the external input device for device control, and is used when a device other than the existing device is replaced.
UDP 제어(control)에서는 충돌방지시스템과의 통신 방식인 UDP 통신을 시작하고 종료하는 기능을 구현한다.UDP control implements the function of starting and ending UDP communication, which is a communication method with the collision avoidance system.
조이스틱 제어(Joystick control)에서는 조이스틱의 이상 발생 시 GUI 화면을 통해 장비 제어를 직접 수행할 수 있도록 설정하고 기타 장비들의 현재 입력 상황을 화면(display)에서 보이도록 한다.In the joystick control, when an error occurs in the joystick, it is set to directly perform equipment control through the GUI screen, and the current input status of other equipment is displayed on the screen.
구체적으로, 설정부(300)에서는 기본적인 GUI의 환경을 설정하고, 관련 파일의 저장 위치를 지정할 수 있도록 하고, 시뮬레이터를 포함한 전체 시스템의 구성은 도 6에서와 같다.Specifically, the
도 6은 본 발명에 따른 시뮬레이터를 포함한 전체 시스템의 구성도이다.6 is a configuration diagram of the entire system including a simulator according to the present invention.
한 대의 워크스테이션(62)에 시뮬레이터와 충돌방지시스템 코어를 함께 구현하고, 시뮬레이터에는 시뮬레이터 GUI(61)가 구성되고, 충돌방지시스템 코어에는 ACS 뷰어가 구성된다.A simulator and an anti-collision system core are implemented together in one
시뮬레이터와 충돌방지시스템 코어 간에는 실제 장비와 충돌방지시스템과의 통신에 사용되는 UDP 방식과 동일한 데이터 형태를 가지도록 구성하여 실제 장비와의 연결 시 추가적인 설정 변경 없이 사용할 수 있도록 구성한다.Between the simulator and the anti-collision system core, it is configured to have the same data format as the UDP method used for communication between the actual equipment and the anti-collision system, so that it can be used without additional setting changes when connecting to the actual equipment.
시뮬레이터 상에서 장비의 움직임 입력을 하기 위한 조이스틱과 뷰어에서 화면을 조정하기 위한 키보드 및 마우스로 입력을 받도록 한다.The joystick to input the movement of the equipment on the simulator and the keyboard and mouse to adjust the screen in the viewer receive input.
조이스틱을 사용하여 장비에 내리는 명령을 확인하고 오른쪽 화면에서 장비의 운용 상황을 볼 수 있도록 한다.You can use the joystick to check the commands given to the equipment and see the operation status of the equipment on the right screen.
충돌방지시스템 코어와 외부 모듈 중 바이패스 제어 컴포넌트는 C#으로 구현하였고, 시뮬레이터는 비주얼스튜디오 2019 커뮤니티를 사용하여 코딩한다.Among the collision avoidance system core and external modules, the bypass control component is implemented in C#, and the simulator is coded using Visual Studio 2019 community.
도 7a와 도 7b는 시뮬레이터의 사전 입력 컴포넌트 및 시뮬레이터의 GUI 컴포넌트 구성도이다.7A and 7B are configuration diagrams of a dictionary input component of the simulator and a GUI component of the simulator.
시뮬레이터와 충돌방지시스템 코어 호환되는 데이터의 형태는 표 3에서와 같다.The form of data compatible with the simulator and the collision avoidance system core is shown in Table 3.
시뮬레이터에서 충돌방지시스템으로 보내는 데이터는 실제 장비 운영 시 송수신하는 메시지로 구성한다.The data sent from the simulator to the anti-collision system consists of messages sent and received during actual equipment operation.
장비 별로 2개의 불(bool)형 데이터는 장비의 센서 시스템에 문제가 있음을 나타내는 'Not Healthy' 신호와 장비의 해제 바이패스 신호를 나타내도록 구성한다.Two bool-type data for each device are configured to indicate a 'Not Healthy' signal indicating that there is a problem with the sensor system of the device and a release bypass signal of the device.
충돌과 관련한 기본 데이터의 위치와 자세 관련 정보는 실수형으로 처리한다.The location and attitude related information of the basic data related to the collision is processed as a real number type.
다른 하나의 불형은 해당 장비의 바이패스 여부를 나타낸다. 탑 드라이브의 경우 수직 운동만 진행하므로 하나의 높이 관련 실수 값으로 표현하고, 러프넥은 3개의 세부장치의 위치 데이터를 기반으로 구성한다.The other boolean indicates whether the device is bypassed or not. In the case of the top drive, only vertical movement is performed, so it is expressed as a single height-related real number value, and the rough neck is configured based on the location data of three detailed devices.
세부 장치는 직선 운동, 일부 세부 장치는 회전운동을 수행하므로 이를 반영한 데이터 구성을 한다.Since detailed devices perform linear motion and some detailed devices perform rotational motion, configure data reflecting this.
트롤리는 1개의 축 방향 직선 운동만 수행하므로 1개의 위치 값으로 표현하고, 3개의 팔들은 각각 3차원 위치데이터를 포함하도록 하고, 회전이 일어나는 칼럼(column)을 위해 회전 값을 포함한다.Since the trolley performs only one axial linear motion, it is expressed as one position value, each of the three arms includes 3-dimensional position data, and a rotation value is included for a column in which rotation occurs.
캣워크의 경우 마우스 홀까지의 수평 운동만 고려하는 점을 반영한다.In the case of the catwalk, it reflects the fact that only horizontal movement to the mouse hole is considered.
장비 에뮬레이터에서 충돌방지시스템으로 보내지는 데이터는 중립 상태에 있는 조이스틱을 움직이면서 새로운 값을 생성하게 된다.The data sent from the equipment emulator to the anti-collision system creates new values by moving the joystick in neutral.
조이스틱에 있는 버튼을 사용하여 장비 및 서브시스템을 선택하고, 스틱을 움직이면 해당 변위만큼 비례하여 이동/회전 속력이 생기도록 하여 새로운 위치 및 회전각을 계산한다.The buttons on the joystick are used to select equipment and subsystems, and moving the stick produces a travel/rotation speed proportional to the corresponding displacement to calculate the new position and rotation angle.
이렇게 생성된 데이터는 장비의 아이피, 포트 번호와 함께 충돌방지시스템으로 보내지고, 충돌 검사가 진행된다.The data generated in this way is sent to the anti-collision system along with the device's IP and port number, and a collision test is performed.
충돌검사 컴포넌트에서는 장비의 크기에 맞게 경계상자의 크기를 설정하고 경계상자의 위치 및 검사결과를 언리얼로 구현된 뷰어로 전송하여 장비의 상태를 확인할 수 있게 구성한다.In the collision detection component, the size of the bounding box is set according to the size of the equipment, and the position of the bounding box and the inspection result are transmitted to the viewer implemented in Unreal, so that the state of the equipment can be checked.
도 8은 시뮬레이터의 GUI를 통한 장비 배치 화면의 일 예를 나타낸 구성도이다.8 is a configuration diagram showing an example of an equipment arrangement screen through a GUI of a simulator.
도 7b에서와 같이, 충돌검사 컴포넌트에서 장비의 크기에 맞게 경계상자의 크기를 설정하고 장비를 배치하면, GUI 화면을 통해 장비 제어를 직접 수행할 수 있도록 현재 입력에 따른 배치 상황이 도 8에서와 같이 화면(display)에 표시된다.As shown in FIG. 7B, when the size of the bounding box is set according to the size of the equipment in the collision detection component and the equipment is placed, the arrangement situation according to the current input is as in Fig. 8 so that the equipment can be controlled directly through the GUI screen. as displayed on the display.
이 상태에서 경계상자의 위치를 기준으로 충돌 검사결과를 하고 언리얼로 구현된 ACS 뷰어로 전송하면, 도 10에서와 같이 장비의 상태를 확인할 수 있게 된다.In this state, if a collision test result is performed based on the location of the bounding box and transmitted to the ACS viewer implemented in Unreal, the state of the equipment can be checked as shown in FIG. 10.
본 발명에 따른 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.A method for implementing a simulator for an anti-collision system for offshore drilling rigs according to the present invention will be described in detail as follows.
도 9는 본 발명에 따른 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 방법을 나타낸 플로우 차트이다.9 is a flow chart illustrating a method for implementing a simulator for an anti-collision system for offshore drilling rigs according to the present invention.
먼저, 사용되는 장비에 대해, 필요장비입력(machine)-서브시스템입력(subsystem)-서브시스템사양(specification)-통신/가용범위(device)의 단계로 사전입력을 한다.(S901)First, for the equipment to be used, pre-input is performed in the steps of inputting necessary equipment (machine)-subsystem input (subsystem)-subsystem specification-communication/available range (device). (S901)
이어, 사전입력된 시스템 사양을 저장한 후 시뮬레이터에서 호출할 수 있도록 제이슨(JSON,JavaScript object notation)파일을 생성하고, 에뮬레이터를 위한 기본 설정을 한다.(S902)Then, after saving the pre-input system specifications, a JSON (JavaScript object notation) file is created so that it can be called in the simulator, and basic settings for the emulator are made. (S902)
그리고 시스템 작동 상태를 모니터링하여 장치 업데이트(device update)를 하여 장비 제어를 위한 외부 입력 장치의 변화를 반영한다.(S903)Then, by monitoring the operating state of the system, device update is performed to reflect changes in the external input device for equipment control (S903).
이어, 조이스틱의 이상 발생 시 GUI 화면을 통해 장비 제어를 직접 수행할 수 있도록 설정하고, 기타 장비들의 현재 입력 상황을 화면(display)에 표시한다.(S904)Then, when an error occurs in the joystick, it is set to directly perform equipment control through the GUI screen, and the current input situation of other equipment is displayed on the screen (S904).
그리고 기본적인 GUI의 환경을 설정하고, 관련 파일의 저장 위치를 지정한다.(S905)Then, the basic GUI environment is set, and the storage location of related files is designated (S905).
이어, 조이스틱에 있는 버튼을 사용하여 장비 및 서브시스템을 선택하고, 스틱을 움직여 해당 변위만큼 비례하여 이동/회전 속력이 생기도록 하여 새로운 위치 및 회전각을 계산한다.(S906)Subsequently, equipment and subsystems are selected using the buttons on the joystick, and a new position and rotation angle are calculated by moving the stick so that the movement/rotational speed is generated in proportion to the corresponding displacement (S906).
그리고 생성된 데이터를 장비의 아이피, 포트 번호와 함께 충돌방지시스템으로 보내고, 충돌 검사를 진행한다.(S907)Then, the generated data is sent to the anti-collision system along with the device's IP and port number, and a collision test is performed (S907).
이어, 충돌검사 컴포넌트에서 장비의 크기에 맞게 경계상자의 크기를 설정하고 경계상자의 위치 및 검사결과를 언리얼로 구현된 뷰어로 전송하여 장비의 상태를 확인한다.(S908)Then, in the collision detection component, the size of the bounding box is set according to the size of the equipment, and the position of the bounding box and the inspection result are transmitted to the viewer implemented in Unreal to check the state of the equipment (S908).
본 발명에 따른 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터의 기능 점검에 관하여 설명하면 다음과 같다.The function check of the simulator for an anti-collision system for marine drilling rigs according to the present invention will be described as follows.
도 10은 본 발명에 따른 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터를 통한 충돌 감지의 일 예를 나타낸 구성도이다.10 is a configuration diagram showing an example of collision detection through a simulator for an anti-collision system for offshore drilling rigs according to the present invention.
본 발명에 따른 시뮬레이터의 기능을 점검하기 위한 작업 시나리오를 정리하면 표 4에서와 같다.Table 4 summarizes the working scenarios for checking the function of the simulator according to the present invention.
에뮬레이터 세팅을 위한 사전 입력의 결과로 생성된 설정 값을 에뮬레이터에서 읽어 들이게 된다.The setting value created as a result of preliminary input for emulator setting is read from the emulator.
조이스틱 연결을 통해 운용장비 연결을 확인하고, 통신 연결을 점검하여 충돌방지시스템의 코어와 사용자 데이터그램 프로토콜이 정상 작동하는 것을 확인하였다.Through the joystick connection, the operation equipment connection was checked, and the communication connection was checked to confirm that the core of the anti-collision system and the user datagram protocol were operating normally.
충돌 검사를 위해 임의의 장비 두 대(M1, M2)를 선정하여 충돌이 발생하는 상황을 연출하였으며, 경계상자의 겹침이 발생할 때 정지하는 것을 확인하였다.For the collision test, two devices (M1 and M2) were randomly selected to create a collision situation, and it was confirmed that they stopped when overlapping bounding boxes occurred.
바이패스 제어 상황(무시, 해제)에서 충돌방지시스템의 정지 신호에도 불구하고 장비가 움직이는 것을 확인하였으며, 이러한 과정을 충돌 가능성이 있는 장비 조합에 대하여 실시하였다.It was confirmed that the equipment moved despite the stop signal of the anti-collision system in the bypass control situation (ignoring, canceling), and this process was performed for a combination of equipment with a possibility of collision.
조이스틱을 조작하여 장비를 이동시키며 작업 시나리오 상에서 충돌이 발생할 수 있는 상황에 대해 테스트를 진행하였다.A joystick was operated to move the equipment, and a test was conducted on a situation in which a collision may occur in a work scenario.
조이스틱으로부터 신호를 받아 내부 처리를 하고, 다시 내보내는 작업이 10 ms 이하로 이루어지는 것을 자체 테스트로 확인을 하였으며, 전체 시스템의 통신 요구 속도가 100 ms여서 시간 지연 문제는 발생하지 않았다.It was confirmed through a self-test that the signal received from the joystick, processed internally, and re-exported took less than 10 ms, and since the required communication speed of the entire system was 100 ms, no time delay problem occurred.
충돌 여부는 각각의 세부 장치 외부를 싸고 있는 경계 상자의 색상이 변하는 것으로 확인할 수 있다.Whether or not there is a collision can be confirmed by changing the color of the bounding box enclosing the outside of each detailed device.
충돌방지시스템 용 시뮬레이터의 기능을 검사하기 위한 목적이므로, 경계 상자인 AABB(axis aligned bounding box)와 OBB(object oriented bounding box) 타입으로 설정한다.Since it is for the purpose of examining the function of the simulator for the anti-collision system, set the bounding boxes AABB (axis aligned bounding box) and OBB (object oriented bounding box) types.
회전운동을 래커의 칼럼과 3개의 팔들에 OBB를 설정하고, 나머지 장치들에는 AABB 타입의 경계 상자를 지정한다.Set rotation motion to OBB for the column and three arms of the lacquer, and assign AABB type bounding boxes to the rest of the devices.
왼쪽 조이스틱에서 탑 드라이브, 러프넥 1대, 래커 1대 등 좌측 3개 장비를, 오른쪽 조이스틱에서 래커 1대, 러프넥 1대, 캣워크 등 우측 3개 장비를 제어하도록 하였고, 각 장비별로 서브시스템도 선택하여 작동 가능하도록 하였는데, 이는 실제 시스템의 작동 방식을 고려한 것이다.The left joystick controls 3 pieces of equipment on the left, including top drive, 1 roughneck, and 1 lacquer, and the right joystick controls 3 pieces of equipment on the right, including 1 lacquer, 1 roughneck, and catwalk. It was selected and made operable, considering the way the actual system works.
충돌 검사는 래커-래커 충돌, 래커-통 충돌, 탑드라이브-래커 충돌 상황을 비롯하여 3개 장비의 동시 접촉 상황을 위해 통-래커-캣워크 충돌 상황에 대해 진행한다.Collision tests are conducted for lacquer-lacquer collisions, lacquer-cask collisions, and top drive-lacquer collisions, as well as barrel-lacquer-catwalk collision situations for simultaneous contact of three pieces of equipment.
시뮬레이션 결과는 도 10에서와 같다.Simulation results are the same as in FIG. 10 .
초기에 경계 상자를 모두 녹색으로 설정한 상태에서 시뮬레이터를 통해 장비를 조작하여 충돌 감지 시 색상을 변화시키고, 장비를 멈추게 하는 충돌방지시스템의 동작이 정상적으로 작동하는 것을 확인할 수 있다.It can be seen that the operation of the anti-collision system, which changes the color when a collision is detected by manipulating the equipment through the simulator with all the bounding boxes initially set to green, and stops the equipment, works normally.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 장치 및 방법은 별도의 설정 변경없이 변경된 충돌방지시스템이 원래의 시추제어시스템에 바로 연결되어 사용될 수 있도록 하고, 조작이 용이하고, 직관적으로 만들어 충돌 상황에 대한 시나리오 작성을 용이하게 시뮬레이터를 구성하여 통신모듈, 데이터 처리 모듈을 비롯하여 충돌감지로직과 바이패스 등의 외부 모듈로 구성되는 충돌방지시스템을 실제 시스템에 연동하기 전 개발 및 업그레이드 단계에서 각 모듈들의 기능을 효율적으로 검사할 수 있도록 한 것이다.The device and method for realizing a simulator for an anti-collision system for marine drilling equipment according to the present invention described above enable the changed anti-collision system to be directly connected to the original drilling control system and used without a separate setting change, and the operation is easy. It is easy and intuitive to create scenarios for collision situations by configuring a simulator to link the collision avoidance system, which consists of external modules such as communication module, data processing module, collision detection logic and bypass, to the actual system. This is so that the function of each module can be efficiently inspected in the development and upgrade stages.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, it will be understood that the present invention is implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the specified embodiments should be considered from a descriptive point of view rather than a limiting point of view, and the scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent range are considered to be included in the present invention. will have to be interpreted
100. 사전입력부
200. GUI(graphical user interface)
300. 설정부100. Advance input unit
200. GUI (graphical user interface)
300. Setting part
Claims (16)
외부 입력장치와의 인터페이스를 지원하고, 시스템 작동 상태를 모니터링할 수 있도록 하는 GUI;
GUI의 환경을 설정하고, 충돌 검사결과 관련 파일의 저장 위치를 지정하는 설정부;를 포함하고,
한 대의 워크스테이션에 시뮬레이터와 충돌방지시스템 코어를 함께 구현하고, 시뮬레이터와 충돌방지시스템 코어 간에는 실제 시추 장비와 충돌방지시스템과의 통신에 사용되는 UDP 방식과 동일한 데이터 형태를 가지도록 구성하여 시뮬레이터로 검증된 변경 충돌방지시스템에 실제 시추 장비 연결시에 별도의 추가적인 세팅이 없이 바로 동작하도록 하고,
장비 에뮬레이터에서 충돌방지시스템으로 보내지는 데이터는 중립 상태에 있는 조이스틱을 움직이면서 새로운 값을 생성하게 되고, 조이스틱에 있는 버튼을 사용하여 장비 및 서브시스템을 선택하고, 조이스틱을 움직이면 해당 변위만큼 비례하여 이동,회전 속력이 생기도록 하여 새로운 위치 및 회전각을 계산하고, 생성된 데이터는 장비의 아이피, 포트 번호와 함께 충돌방지시스템으로 보내지고, 충돌 검사가 진행되고, 충돌검사 컴포넌트에서는 장비의 크기에 맞게 경계상자의 크기를 설정하고 경계상자의 위치 및 검사결과를 언리얼로 구현된 뷰어로 전송하여 장비의 상태를 확인할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 장치.Required equipment input (machine) to receive the type of equipment used in the simulation for the equipment used, subsystem input (subsystem input) to receive the maximum movement speed and acceleration of the subsystem, maximum rotational speed and acceleration, initial position and rotation state ) and subsystem specifications (specification) input, communication/available range (device) input to designate individual port numbers and allowable operation ranges for UDP communication assigned to each subsystem, the system specifications are input and stored, and used A dictionary input unit that creates basic settings for the emulator by generating a JSON (JavaScript object notation) file so that the simulator can call it during simulation of the equipment;
A GUI that supports an interface with an external input device and enables monitoring of a system operating state;
A setting unit for setting the environment of the GUI and specifying the storage location of the file related to the collision check result;
The simulator and the anti-collision system core are implemented together in one workstation, and the simulator and the anti-collision system core are configured to have the same data format as the UDP method used for communication between the actual drilling equipment and the anti-collision system, and verified with the simulator. When connecting the actual drilling equipment to the modified collision avoidance system, it operates immediately without additional setting,
The data sent from the equipment emulator to the anti-collision system generates new values by moving the joystick in a neutral state, selecting equipment and subsystems using the buttons on the joystick, and moving the joystick in proportion to the corresponding displacement, The rotational speed is generated to calculate the new position and angle of rotation, and the generated data is sent to the anti-collision system along with the device's IP and port number. A device for realizing a simulator for an anti-collision system for offshore drilling rigs, characterized in that it sets the size of the box and transmits the location and inspection results of the bounding box to a viewer implemented in Unreal to check the state of the equipment.
시뮬레이터 상에서 장비의 움직임 입력을 하기 위한 조이스틱과, 뷰어에서 화면을 조정하기 위한 키보드 및 마우스로 입력을 받고,
조이스틱을 사용하여 장비에 내리는 명령을 확인하고 화면에서 시추 장비의 운용 상황을 확인할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 장치.The method of claim 1, wherein a simulator GUI is configured in the simulator, and an ACS viewer is configured to be connected to the collision avoidance system core,
Receive input with a joystick for inputting equipment movement on the simulator and a keyboard and mouse for adjusting the screen in the viewer,
A device for realizing a simulator for a collision avoidance system for marine drilling rigs, characterized in that it checks commands given to the rig using a joystick and checks the operation status of the drilling rig on the screen.
장비 제어를 위한 외부 입력 장치의 변화를 반영하는 부분으로 기존 장비가 아닌 다른 장비로 교체하였을 때 사용되는 장치업데이트(device update),
충돌방지시스템과의 통신 방식인 UDP 통신을 시작하고 종료하는 기능을 구현하는 UDP 제어(control),
조이스틱의 이상 발생 시 GUI 화면을 통해 장비 제어를 직접 수행할 수 있도록 설정하고 장비들의 현재 입력 상황을 화면(display)에서 보이도록 하는 조이스틱 제어(Joystick control) 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 장치.The method of claim 1, wherein the GUI supports an interface with an external input device,
A part that reflects changes in the external input device for equipment control, and is a device update used when replacing equipment other than the existing equipment.
UDP control that implements the function of starting and ending UDP communication, which is a communication method with the collision avoidance system;
Offshore drilling equipment characterized in that it performs a joystick control function that sets equipment control directly through the GUI screen when an error occurs in the joystick and shows the current input situation of the equipment on the screen A device for realizing a simulator for an anti-collision system for people.
특이 상황을 처리하는 바이패스(bypass) 신호 생성 장치 및 알고리즘의 변경 가능성이 있는 충돌 점검(collision check) 컴포넌트의 경우 외부 모듈(external module)에 구성하고,
충돌은 장비를 감싸는 경계 상자(bonding box)를 생성하여 중첩 부분을 확인하는 것으로 구현하는 것을 특징으로 하는 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 장치.The method of claim 1, wherein the collision avoidance system includes a collision avoidance system core module, an external module, and a visualization module,
In the case of a collision check component with a possibility of changing the bypass signal generation device and algorithm that handles unusual situations, it is configured in an external module,
An apparatus for implementing a simulator for an anti-collision system for offshore drilling rigs, characterized in that the collision is implemented by creating a bonding box surrounding the rig and checking the overlapping portion.
충돌 감지 기능을 수행할 수 있도록 정해진 규약으로 역직렬화(deserialization) 과정을 수행하는 전처리기(preprocessor)를 거쳐 외부 모듈로 보내 지고,
충돌방지 로직의 결과물은 후처리기(postprocessor)를 통하여 정해진 방식으로 직렬화(serialization) 한 후 통신 컴포넌트를 통해 시추 제어 네트워크로 보내지는 것을 특징으로 하는 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 장치.The method of claim 6, wherein the data received through the communication module in the drilling control network, which is a basic communication network in which data generated by the drilling equipment and the system are mutually shared,
It is sent to an external module through a preprocessor that performs the deserialization process according to the rules set to perform the collision detection function.
An apparatus for implementing a simulator for an anti-collision system for marine drilling rigs, characterized in that the result of the anti-collision logic is serialized in a predetermined manner through a postprocessor and then sent to the drilling control network through a communication component. .
굴착을 위해 파이프를 하강시키거나 파이프를 위로 다시 들어 올리는 트리핑 공정에서 시추 파이프 회전을 위한 주 장비로 사용되는 탑 드라이브(top drive)와,
수직으로 파이프를 보관하는 랙(rack)과 시추 홀 사이에서 파이프스탠드를 이동시키거나, 캣워크 장비로부터 파이프를 받아 기립하는 작업을 하는 래커(racker)와,
통(tong)을 사용하여 파이프를 체결하는 데 사용되는 아이런 러프넥(iron roughneck)과,
시추 파이프를 수평으로 보관하는 위치에서 작업장으로 이송할 때 사용되는 캣워크(catwalk)를 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 장치.The method of claim 1, wherein the drilling equipment verified by the simulator,
A top drive used as the main equipment for rotating the drilling pipe in the tripping process of lowering the pipe for excavation or lifting the pipe up again;
A racker that moves a pipe stand between a rack that stores pipes vertically and drilling holes, or that stands up by receiving pipes from catwalk equipment;
An iron roughneck used to fasten pipes using a tong;
An apparatus for implementing a simulator for an anti-collision system for offshore drilling rigs, comprising a catwalk used when transporting drilling pipes from a horizontally stored position to a work site.
장비 별로 2개의 불(bool)형 데이터는 장비의 센서 시스템에 문제가 있음을 나타내는 'Not Healthy' 신호와 장비의 해제 바이패스 신호를 나타내도록 구성되는 것을 특징으로 하는 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 장치.The method of claim 10, wherein the data sent from the simulator to the anti-collision system is composed of messages transmitted and received during actual equipment operation,
Two bool-type data for each equipment are configured to indicate a 'Not Healthy' signal indicating a problem with the sensor system of the equipment and a release bypass signal of the equipment. A device for realizing a dragon simulator.
세부 장치는 직선 운동 및 회전운동을 수행하는 것을 반영하여 데이터를 구성하는 것을 특징으로 하는 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 장치.12. The method of claim 11, since only vertical movement is performed in the case of the top drive, it is expressed as a single height-related real value, and the iron rough neck is configured based on the location data of three detailed devices,
A device for realizing a simulator for an anti-collision system for marine drilling rigs, characterized in that the detailed device configures data by reflecting linear motion and rotational motion.
캣워크는 마우스 홀까지의 수평 운동만 고려하여 데이터를 구성하는 것을 특징으로 하는 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 장치.The method of claim 11, since the trolley, which is the basic moving device of the lacquer, performs only one axial linear motion, it is expressed as one position value, each of the three arms includes three-dimensional position data, and the column in which rotation occurs Include rotation values for (column),
A device for implementing a simulator for an anti-collision system for offshore drilling rigs, characterized in that the catwalk constitutes data by considering only the horizontal movement to the mouse hole.
이 상태에서 경계상자의 위치를 기준으로 충돌 검사결과를 하고 언리얼로 구현된 ACS 뷰어로 전송하여 장비의 상태를 확인할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 장치.The method of claim 1, when the collision detection component sets the size of the bounding box according to the size of the equipment and arranges the equipment, the arrangement situation according to the current input is displayed so that the equipment can be controlled directly through the GUI screen. displayed on
In this state, a device for realizing a simulator for a collision avoidance system for offshore drilling rigs, characterized in that the collision inspection result is performed based on the position of the bounding box and transmitted to an ACS viewer implemented in Unreal so that the state of the equipment can be checked. .
사전입력된 시스템 사양을 저장한 후 사용되는 장비에 대한 시뮬레이션시에 시뮬레이터에서 호출할 수 있도록 파일을 생성하여 에뮬레이터를 위한 기본 설정을 하는 단계;
장치 업데이트를 하여 장비 제어를 위한 외부 입력 장치의 변화를 반영하는 단계;
GUI 화면을 통해 장비 제어를 직접 수행할 수 있도록 설정하고, 장비들의 현재 입력 상황을 화면에 표시하는 단계;
GUI의 환경을 설정하고, 충돌 검사 관련 파일의 저장 위치를 지정하는 단계;
장비 에뮬레이터에서 충돌방지시스템으로 보내지는 데이터는 중립 상태에 있는 조이스틱을 움직이면서 새로운 값을 생성하게 되고, 조이스틱에 있는 버튼을 사용하여 장비 및 서브시스템을 선택하고, 조이스틱을 움직이면 해당 변위만큼 비례하여 이동,회전 속력이 생기도록 하여 새로운 위치 및 회전각을 계산하고, 생성된 데이터는 장비의 아이피, 포트 번호와 함께 충돌방지시스템으로 보내지고, 충돌 검사가 진행되고, 충돌검사 컴포넌트에서는 장비의 크기에 맞게 경계상자의 크기를 설정하고 경계상자의 위치 및 검사결과를 언리얼로 구현된 뷰어로 전송하여 장비의 상태를 확인할 수 있도록 하는 단계;를 포함하고,
한 대의 워크스테이션에 시뮬레이터와 충돌방지시스템 코어를 함께 구현하고, 시뮬레이터와 충돌방지시스템 코어 간에는 실제 시추 장비와 충돌방지시스템과의 통신에 사용되는 UDP 방식과 동일한 데이터 형태를 가지도록 구성하여 시뮬레이터로 검증된 변경 충돌방지시스템에 실제 시추 장비 연결시에 별도의 추가적인 세팅이 없이 바로 동작하도록 하는 것을 특징으로 하는 해양 시추 장비들을 위한 충돌 방지 시스템용 시뮬레이터 구현을 위한 방법.
Required equipment input (machine) to receive the type of equipment used in the simulation for the equipment used, subsystem input (subsystem input) to receive the maximum movement speed and acceleration of the subsystem, maximum rotational speed and acceleration, initial position and rotation state ) and subsystem specification input, individual port numbers for UDP communication assigned to each subsystem, and communication/device input that specifies the allowable operating range. step;
Storing pre-input system specifications and then creating a file so that the simulator can call it when simulating the used equipment to set basic settings for the emulator;
Updating the device to reflect the change of the external input device for controlling the device;
Setting equipment control to be performed directly through the GUI screen, and displaying the current input situation of the equipment on the screen;
Setting the GUI environment and designating a storage location for collision detection related files;
The data sent from the equipment emulator to the anti-collision system generates new values by moving the joystick in a neutral state, selecting equipment and subsystems using the buttons on the joystick, and moving the joystick in proportion to the corresponding displacement, The rotational speed is generated to calculate the new position and rotation angle, and the generated data is sent to the anti-collision system along with the device's IP and port number, and collision inspection is performed. Setting the size of the box and transmitting the position of the bounding box and inspection results to a viewer implemented in Unreal so that the state of the equipment can be checked; includes,
The simulator and the anti-collision system core are implemented together in one workstation, and the simulator and the anti-collision system core are configured to have the same data format as the UDP method used for communication between the actual drilling equipment and the anti-collision system, and verified with the simulator. A method for implementing a simulator for a collision avoidance system for marine drilling equipment, characterized in that it operates immediately without additional setting when the actual drilling equipment is connected to the modified collision avoidance system.
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