ИИС геологического исследования скважин

курсовая работа

2.3 Разработка структурной и функциональной схем ИИС

Система представляет собой связку приборов, подключенных параллельно к каналу связи. Канал связи - трехжильный бронированный геофизический кабель, связывающий между собой скважинные приборы, регистратор данных и блок питания зондов. Структурная схема ИИС представлена на рисунке 3.

2.3.1 Обмен данными

Обмен данными происходит по двум жилам геофизического кабеля с использованием биполярного фазоманипулированного кода. Пересылка данных ведется пакетами. Каждый пакет состоит из слов, разделенных между собой временными интервалами. Количество слов в пакете не фиксировано и зависит от количества передаваемых данных.

В каждом слове содержится два байта информации, таким образом, каждый пакет данных содержит четное количество байт. В первом байте каждого пакета записано количество передаваемых данных. Во втором байте пакета зашифрован адрес прибора, которому адресован пакет (если передача ведется в направлении регистратор данных - прибор) или адрес прибора, отправившего пакет (если передача ведется в направлении прибор - регистратор данных).

Для проверки целостности данных используется контрольная сумма циклического избыточного кода CRC. Контрольная сумма пакета записывается в последний байт пакета и проверяется при приеме, как регистратором данных, так и прибором. В случае несовпадения контрольных сумм пакет данных игнорируется приемником.

Рисунок 2. Структура пакета данных.

Пакет данных адресованный прибору всегда состоит из 2-х слов, т. е. 4-х байт: количество слов, адрес прибора, которому адресован пакет, управляющая команда и контрольная сумма. Всего существует три управляющие команды: запрос данных, команда «открыть рычаги», команда «закрыть рычаги». Последние две команды используются для управления приборами, имеющими рычажные механизмы, как например профилемер-каверномер.

Рисунок 3. Структурная схема ИИС

Каждый прибор имеет в своем составе плату телеметрии, задачей которой является обмен данными между регистратором данных и микроконтроллером. Получив команду от регистратора данных, плата телеметрии осуществляет проверку контрольной суммы. Если контрольные суммы не совпадают, пакет игнорируется. Если контрольные суммы совпадают, происходит проверка адреса прибора. Если пакет данных адресован другом прибору, команда игнорируется, если же команда адресована данном прибору, то 3-й байт пакета, содержащий команду, пересылается микроконтроллеру прибора по интерфейсу UART. Скорость передачи данных по интерфейсу UART составляет 115200 бит/сек.

Если была получена команда запроса данных, то микроконтроллер отправляет плате телеметрии результаты измерений по интерфейсу UART, после чего проводит цикл измерения с обработкой результатов и переходит в режим ожидания следующей команды. Таким образом, задержка между запросом данных от регистратора и ответом прибора минимальна и не зависит от времени измерения.

Если была получена команда управления рычажным механизмом, то запускается подпрограмма открытия или закрытия рычагов. Цикл измерения не проводится, а данные, полученные в ходе предыдущего цикла измерения, остаются готовыми к отправке при получении следующего запроса данных.

Получив данные от микроконтроллера, плата телеметрии рассчитывает количество получившихся слов в пакете, приписывает адрес прибора, рассчитывает значение контрольной суммы и отправляет пакет данных регистратору данных по геофизическому кабелю.

2.3.2 Питание приборов

Питание приборов комплекса осуществляется стабилизированным переменным током 400±20 мА, 400±10 Гц по одной жиле и оплетке кабеля.

Каждый прибор имеет в своем составе блок питания, который формирует необходимые уровни напряжений для работы прибора. Помимо напряжений блок питания так же формирует синхросигнал 400 Гц, необходимый для работы некоторых приборов, например зонда бокового каротажа.

Питающий ток формируется блоком питания зондов, который отслеживает величину и форму выходного тока. В случае обрыва цепи срабатывает встроенная защита, которая ограничивает выходное напряжение и сигнализирует об обрыве цепи оператору.

2.3.3 Описание функциональных блоков наземного оборудования

Спускоподъемный механизм - представляет собой лебедку, приводимую в движение двигателем. Осуществляет спуск и подъем скважинного комплекса приборов.

Блок управления скоростью - блок, контролирующий направление и скорость вращения двигателя. Управляется ЭВМ.

Глубиномер - датчик числа оборотов двигателя. Учитывает направление вращения. Выдает сигнал в ЭВМ.

Блок питания зондов - осуществляет запитывание скважинного комплекса приборов стабилизированным переменным током 400 Гц. Управляется ЭВМ по интерфейсу USB, выдает действующее значение тока и напряжения.

Регистратор данных - посылает сигналы управления скважинным приборам (запрос данных поадресно, открытие/закрытие рычагов профилемера-каверномера). Принимает сигналы от скважинных приборов, распознает адрес прибора и передает данные в ЭВМ для обработки.

ЭВМ - осуществляет контроль скорости спуска/подъема, связывает данные от приборов с глубиной, отображает регистрируемые данные на графиках, сохраняет полученные графики в цифровом формате для дальнейшего изучения и анализа.

2.3.4 Описание функциональных блоков зонда бокового каротажа

Блок питания - выдает необходимые уровни напряжений для работы функциональных блоков прибора, преобразуя стабилизированный ток 400 Гц от блока питания зондов.

Плата телеметрии - распознает команду, адресованную данному прибору, передает команду микроконтроллеру по интерфейсу UART, принимает данные от микроконтроллера, передает данные регистратору данных с присвоением адреса прибора, игнорирует команды, адресованные другим приборам.

Микроконтроллер - обрабатывает полученную команду, запускает/останавливает генератор, дает старт на измерение АЦП, проводит несколько измерений, усредняет результаты измерений, передает обработанные данные плате телеметрии.

Генератор - вырабатывает синусоидальный сигнал 400 Гц.

УМ (усилитель мощности) - усиливает сигнал генератора по току.

Датчик тока - преобразует протекающий ток в напряжение для последующего измерения АЦП.

Генераторный электрод - является источником тока, проникающего в породу и замыкающегося на обратный токовый электрод, которым обычно является корпус прибора.

Измерительный электрод - расположен на известном расстоянии от генераторного электрода между генераторным электродом и обратным токовым. Измеряет падение напряжения в породе на известном расстоянии.

Усилители - преобразуют уровни измеряемых величин для измерения АЦП.

Фильтры - выделяют сигнал с частотой 400 Гц.

2-х канальный АЦП - одновременно измеряет мгновенные значения тока (пропорционального току напряжения), стекающего с генераторного электрода и напряжения на измерительном электроде. Передает данные в микроконтроллер.

2.3.5 Описание функциональных блоков зонда акустического каротажа

Блок питания - выдает необходимые уровни напряжений для работы функциональных блоков прибора, преобразуя стабилизированный ток 400 Гц от блока питания зондов.

Плата телеметрии - распознает команду, адресованную данному прибору, передает команду микроконтроллеру по интерфейсу UART, принимает данные от микроконтроллера, передает данные регистратору данных с присвоением адреса прибора, игнорирует команды, адресованные другим приборам.

Микроконтроллер - обрабатывает полученную команду, запускает/останавливает генератор, дает старт на измерение АЦП, осуществляет измерение задержек распространения звукового сигнала в породе, измеряет затухание сигналов, проводит несколько измерений, усредняет результаты измерений, передает обработанные данные плате телеметрии.

Генератор - генерирует импульс заданной частоты и длительности.

Усилитель - усиливает генерируемый импульс перед излучением в породу.

Пьезоизлучатель - преобразует электрический сигнал в звуковые колебания, излучаемые в породу.

Приемники - преобразуют звуковые колебания в упругой среде (порода) в электрический сигнал, расположены на известных расстояниях от пьезоизлучателя.

Усилители - усиливают сигналы, полученные от приемников.

Фильтры - выделяют необходимую частоту сигнала.

2-х канальный АЦП - одновременно измеряет сигналы с двух приемников, передает данные в микроконтроллер.

2.3.6 Описание функциональных блоков профилемера-каверномера

Блок питания - выдает необходимые уровни напряжений для работы функциональных блоков прибора, преобразуя стабилизированный ток 400 Гц от блока питания зондов.

Плата телеметрии - распознает команду, адресованную данному прибору, передает команду микроконтроллеру по интерфейсу UART, принимает данные от микроконтроллера, передает данные регистратору данных с присвоением адреса прибора, игнорирует команды, адресованные другим приборам.

Микроконтроллер - обрабатывает полученную команду, при поступлении команд на открытие/закрытие рычагов включает двигатель в нужном направлении до момента срабатывания концевых выключателей, переключает каналы коммутатора, дает старт на измерение АЦП, проводит несколько измерений, усредняет результаты измерений, передает обработанные данные плате телеметрии.

Двигатель - осуществляет раскрытие/закрытие рычагов.

Датчики - представляют собой потенциометры, движки которых механически связаны с рычагами и передвигаются пропорционально расстоянию от оси прибора до упирающегося конца соответствующего рычага.

Усилители - усиливают сигнал от датчика для АЦП.

Фильтры - фильтруют постоянный сигнал от высокочастотных помех, создаваемых щетками коллекторного двигателя и помех питания 400 Гц.

Коммутатор - коммутирует 4 канала датчиков на 1 вход АЦП, управляется микроконтроллером.

АЦП - оцифровывает значение напряжения и передает данные микроконтроллеру.

Делись добром ;)