Система передачи данных для буровых скважин

СОЮЭ СОВЕТСНИХщяалищаесиижРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕ ОМИТЕТ СССР ИЙ И ОТКРЫТИЙ ОБРЕТ НИЕ О ПАТЕНТУ Ю(72) Антуан Ж. Белэг, Ален Ф. Помери Ив Дюран (Франция)(56) 1. Авторское свидетельство СССВ 757697, кл. Е 21 В 47/12, 1978.2. Патент США кф 3991611,кл. 73-151, опублик. 197.(54)(57) 1. СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХДЛЯ БУРОВЫХ СКВАЖИН, содержащая наземную часть с приемниками информации,кабель связи и глубинную часть с однакили несколькими глубинными приборами,каждый из которых выполнен в видекорпуса удлиненной формы, в которомустановлены блок питания и измеритель"ный элемент со вторичным преобразователем, о т л и ч а ю щ а я с я тем,что, с целью повышения надежности 801087082 А наземная часть снабжена модемом, процессором, шинами, генератором сйгналов специфичных адресов и генератором сигналов универсальных адресов, а глубинная часть снабжена модемом, процессором, шинами и интерфейсными схемами, причем модемы каждой части подключены к кабелю связи и соответствующему процессору, а шины глубинного прибора соединены с процессором и со вторичными преобразователями по. средством интерфейсных схем со схема ми распознавания специфичного и универсального адреса, подключенных параллельно к шинам, а шины наземной части подключены к процессору и параллельно соединены с приемниками н с генераторами сигналов специфичных и универсальных адресов.2. Система по и. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что корпус каждого глубинного прибора выполнен по тор" цам с электрическими разъемами с резьбовыми соединениями для подключения к кабелю связи или к одному из глубинных приборов.Как показано на фиг. 8 и 12, интерфейсы могут принимать или посылать сигнал "КеГоцг" (возврат). Действительно, сигнал "Кегоцг" (возврат) посылается интерфейсом в конце сообщения, т.е. когда содержимое счетчика 48 равно нулю. Этот сигнал прини мается, с одной стороны, контроллером, который оповещает об этом глу-бинный морем так, что последний заканчивает свое сообщение посылкой слова ошибки (54 на фиг. 6) и, с другой стороны, другими интерфейсами таким образом, что они не передают данные в канал связи, пока посылающий интерфейс не закончил свою передачу. Это осуществляется при разрешении в схеме ответа 50 передачи данных от клеммы 00 (вход) на клемму 00 (выход) только в том случае, если сигнал "Кегоцг" (возврат) принят на клемме "Кегоцг" (возврат) схемы 50. Все же для того, чтобы телеметрическая система не прекратила свою работу, когда интерфейс, послав свои данные, не посылает сигнал "Кегоцг" (возврат), например при неисправности интерфейса, контроллер посылает сигнал "Кегоцг" (возврат) в конце отрезка времени, соответствующего максимальной длине сообщения, которое нужно передать. Эта длина определяется битами 7-12 (фиг. 7) слова состояний, вырабатываемого глубинным контроллером.Регистр "ЕсЬо" (эхо) 55 представляет собой регистр сдвига, позволяющий возвратить на наземную аппаратуру команду 14 (фиг. 2) из шестнадцати битов, когда сигнал появляется на выходе "ЕсЬо" (эхо) схемы выборки адреса 44, что соответствует на фиг. 4 логическому состоянию всех битов 0-3 или 0-5, указывая на длину сообщения, Регистр "Есйо" (эхо) принимает синхронизирующие импульсы цН на входе 56, Возврат на поверхность осуществляется тем, что это слово из шестнадцати битов подается параллельно на шестнадцать входов 57 регистра 55, когда поступающий от схем 44 сигнал "ЕсЬо" (эхо) приходит на его вход 58. Слово из шестнадцати битов, содержащееся в регистре 55, восстанавливается в форму последовательного действия на выходе 59 регистра 55 и подается в схему ответа 50, которая посылает его на поверхность через свою клемму ЦР (вы 17 108708полосы пропускания передавать максимальное количество информации,Информационные сигналы, посылаемые приборами, кодируются в видеХК 21 . Эти сигналы глубинньи модемомпреобразуются в код РЯК и затем передаются по кабелю на наземный модем.Последний снова преобразует код РБКв код ИК 2 Ь.На фиг. 12 схематически изображен 10универсальный интерфейс, обозначенныйна фиг. 8 цифрой 20, Этот интерфейссодержит пороговую схему со значени 1 1ями + - и -- , Схема преобразует2 215сигнал 08 в сигнал РН и в сигнал РР(см, фиг. 9). Оба эти сигнала поступают на вход схемы распознавания адреса 42, которая может быть обычнойдекодирующей схемой. Эта схема выдаетсигнал на вход 43 схемы выборки адреса 44, когда адрес интерфейса распоз.нан схемой 42, и сигнал на вход 45универсальной схемы 46, когда интерфейс распознал универсальный адрес.Схема 42 выдает также сигнал АК. Схема выборки адреса 44 запоминает сигнал 00, поступающий на ее вход 47,когда в сигнале 08 содержится специфический адрес, и универсальная схема46 запоминает сигнал 00, когда в сигнале РВ содержится универсальный адрес. Универсальный адрес и специфический адрес интерфейса, т, е, адрес прибора избираются путем соединения прово-.Ф35дами схемы распознавания адреса 42.Схема выборки адреса 44 и универсальная схема 46, составляющие запоминающую часть интерфейса, могут быть,например, буферными регистрами после 40довательно-параллельного действия.Содержимое счетчика 48 приводитсяк величине, соответствующей длинесообщения, которое необходимо передать на поверхность (биты от 0-го до455-го разряда на фиг. 4). Для этогологические состояния битов от 0-го.до 5-го разряда поступают на входы49 счетчика 48. Эти логические состояния "вошли" в счетчик, т,е. длинасообщения учтена, когда схема ответа5050 посыпает сигнал на вход 51 счетчика. Счетчик принимает синхронизирующие импульсы 13 Н на входе 52, Когдаего содержимое достигает нулевойвеличины, он посылает сигнал на вход5553 схемы ответа 50 таким образом,11что эта схема выдает сигнал Кесоцг19 10870 ход). Регистр "Есйо" (зхо) используется для проверки нормальной работы систем связи путем контроля согласования команды, посланной наземной аппаратурой, с командой, принятой (эхо) наземной аппаратурой, Схема ответа 50, осуществляющая уплотнение данных, посылаемых приборами, может быть выполнена в виде обычной схемы уплотнения в сочета О нии с логической схемой контроля посылки данных в канал связи.Выходной сигнал ПИПТ схемы выборки адреса 44 позволяет ввод данных, содержащих в схеме выборки адреса 44, в регистр сдвига последовательно-параллельного действия (не показан), с целью временного хранения в памяти второй команды 13 (фиг. 2), находящейся .в распоряжении оператора. Выход ПИСК схемы выборки адреса 44 вьщает синхронизирующие импульсы ПИСК, позволяющие управлять внесением команды 13 в память регистра сдвига. Форма и . синхронизация импульсов ПИСК изобра жены на фиг, 9. Когда оператор не использует комннду 13, регистр сдвига не нужен, в противном. случае он необходим.Сигнал инициализации"1 пГвьщается универсальной схемой 46 на специфи-ческую часть 19 прибора, с одной стороны, когда система связи запущена, и, с другой стороны, когда бит 8-го разряда команды 14 имеет значение 1. Сигнал инициализации может быть также использован, например, для установки на нуль укаэанного дополнительного регистра, используемого при случае оператором для внесения второй коман ды 13 в память.40Сигнал истинности Ча 1 появляется на выходе Ча 1, когда интерфейсу дано разрешение на посылку данных. Сигнал . Ча 1 подается в схему ответа 50. Этот сигнал выдается .схемой 60 истинности,45 принимающей на два входа сигналы Чай и Ча 2. Сигнал Чай посылается схемой выборки адреса 44, когда бит 8 в специфической команде находится в логическом состоянии 1 (фиг. 4). Сигнал ЧаХ 2 выдается универсальной схемой 46, когда в универсальной команде биты 6 и 7 одновременно находятся. в логических состояниях 1. Сигнал "Раго 1 е" выдается схемой ответа 50, когда интерфейс передает свои данные.Информационные биты, выдаваемые специфической частью 19 прибора,по 82 20ступают на вход НП (вход) схемы ответа 50 и выдаются схемой ответа без изменения, но под контролем ее логической схемы на выход НП (выход).Режим работы системы, указываемый битами 4-го и 5-го разрядов универсальной команды (фиг. 5), режим непрерывной работы или режим "команда 1ответ , сообщается универсальной схемой 46 в схему ответа 50 по соединению 61.Когда в интерфейс поступает команда со специфическим адресом, т.е. когда данные представлены в схеме ,выборки адреса 44, схема ответа полччает сигнал от схемы выборки адреса 44 по соединению 62.На выходах В 4 и В 5 схемы выборки адреса 44 появляются биты 4-го и 5-го разрядов команды фиг, 4. Выходы В 4 и В 5 соответственно соединены с входами В 4 и В 5, если биты 4-го и 5-го разрядов используются. для увеличения длины сообщения, передаваемого глубинным оборудованием (см. фиг. 4). Биты от 0-го до 5-го разряда управляющего сигнала, изображенные на фиг. 4, появляются на выходах 63 схемы выборки адреса 44 и поступают на входы 49 счетчика 48 с целью его предварительной установки в положение на длину сообщения, которое должен передать интерфейс, Содержимое счетчика 48 появляется на его выходах 64. Когда эти выходы в логическом состоянии О, на входе 53 схемы ответа появляется сигнал, указывающий на конец сообщения (сигнал) "Ке 1 оцг" (возврат).На выходе интерфейса 20 (фиг. 8 и 12) имеется много сигналов на соединительных проводах. Эти сигналы представляются в распоряжение оператора, так как их иногда можно использовать в других целях, а не по назначению. Например, логические состояния выходов В 4 и В 5 схемы выборки адреса можно использовать для других целей, а не только для увеличения длины сообщения, когда нет необходимости в увеличении длины. Логические состояния на клеммах 63 и 64, указывающие соответственно длину передаваемого сообщения и содержимое счетчика 48, можно использовать, например, для избирания ячейки памяти специфической части 19 в зависимости от ее емкости, когда эта специфическая часть содержит одну или несколько запоминающих ячеек. Сигнал ЧаЗ(битов 6-го и 7-го разрядов командыс универсальным адресом - фиг. 5 ибита 8-го разряда команды со специ"фическим адресом - фиг. 4), служащийдля обнаружения неисправного прибора и его возможного отключения, можно использовать, например, для воздействия на переключатель, позволя.ющий включить в цепь избыточный элемент или схему по отношению к неис Олравному прибору. Предшествующиепримеры показывают гибкость применения и многочисленные возможности глубинной аппаратурыНа фиг. 13 схематически изображена схема выполнения глубинного контроллера. Глубинный модем принимаетуправляющие сигналы, поступающиес поверхности, и посылает их на глубинный контроллер в виде сигналовМОЭ и МОН. Сигналы М 00 и М 0 Н поступают иа два входа регистра последовательно-параллельного действия 65.Регистр принимает также сигнал "Меззаае" (сообщение) (см, фиг. 10) и р 5выдает на выходе 66 синхронизирующиеи информационные сигналы, которые подаются в схему распознавания адреса67, которая может быть обычной кодирующей схемой, Когда адрес содержащийся в информационном сигнале, является универсальным, на вход 68 универсальной памяти 69 подается сигнал истинности, тогда сигнал М 00 запоминается в этой универсальной памяти данных 69. Также когда адрес, распознаваемый-35 схемой 67, является специфическим адресом контроллера, на вход 70 запоминающего устройства 71, называемогоадресной памятью контроллера", подается сигнал истинности так, что сигнал М 00 запоминается в адресной памяти контроллера 71. Сигнал, хранящийся в универсальной памяти 69, применяется для выбора типа диалога, исполь 45 зуемого системой связи (биты 4 и 5 команды, фиг. 5): например, режима ."команда-ответ", режима непрерывной передачи или режима псевдонепрерывной передачи,Содержимое памяти 69 подается на вход 72 схемы 73, контролирующей диалог между глубинным модемом и глубинным контроллером. Для этого схема 73 получает сигналы МБН "Меззаде" (сообщение) и "Ргег. а ЕшеСГге" (готов к посылке). Сигнал МБН преобразуется в сигнал БН, как уже было пояснено в отношении фиг11. Схема 73 82 22выдает сигналы "Еппзз 3.оп" (посылка) и "СопЕхгшаопйе КеГоцг" (подтверждение возврата) на глубинный модем и синхронизирующие импульсы ПН в схему уплотнения 74, на счетчик 75 и на регистр состояний 76. Синхронизирующие импульсы БН получены из синхронизирующих импульсов КЗН, когда сннхронизирующие импульсы КЗН совпадают с сигналами "ЕшЫзоп" (посылка) и "Ргег а Еше 1 гге" (готов к посылке). Эти импульсы БН заставляют срабатывать счетчик 75, регистр состояний 7 и схему уплотнения 74, Причина различия и синхронизирующих импульсов БН и УН заключается в том, что когда регистр состояний передает слово состояний, интерфейсы не должны одновременно передавать данные от приборов (известно, что только импульсы УН используются для передачи данных)Хронирующая схема 73 получает так- же на вход 78 сигнал истинности, посы. лаемый схемой обнаружения состояний 77 которая контролирует нормальную работу системы и указывает на возможную неисправность, а также на сигналы КеСоцг (возврат), СопПгшас 1 оп де Кегоцг" (подтверждение возврата) и АК. Схема обнаружения состояний 77 принимает на входе сигналы "МеззаЕе" (сообщение), "КеСоцг" (возврат), АК "ИЬеац Ядпа 2 (уровень сигнала), "Ггапзвпззхоп (передача) и "Сопппапд Пп 1 чегзе 11 е"(универсальная команда). Она принимает также сигнал "Еназздоп" (посылка). Использование этих сигналов уже пояснялось. В частности, упомянуто, что сообщение, посыпаемое глубинной аппаратурой (фиг. 6), содержит слово состояний (фиг, 7), Состояние (истинность или нет) различных сигналов, принятых схемой обнару. жения состояний 77, регистрируется в регистре состояний 76, который может быть регистром последовательно- параллельного действия, загружаемым схемой обнаружения состояний 77, Этот регистр выдает сигнал состояния на схему уплотнения 74, которая принимает также сигналы 00, посылаемые интерфейсами приборов. Память контроллера 1 выдает на счетчик 75 мак. симальную длину сообщения, которое необходимо передать на поверхность. Схема объединения 79 выдает сигнал с тремя уровнями (фиг. 9), вырабатываемый путем объединения сигналов М 00 и МОН, выдаваемых глубинным мо23 10870 демом. РЯ выдается только в том слу чае, если сигнал "Меззаде" (сообщение) в логическом состоянии 1 на входе 80 схемы объединения 79 и если схема обнаружения состояний 77 выдает сигнал истинн-.".ти на вход 81 схе.мы объединения 79.Работу глубинного контроллера, азображенного на фиг. 13, легче понять, если обратиться к фиг. 7, 9,10 10 и 11. Схема обнаружения состояний 77 вырабатывает биты разрядов О, 1, 2, 3, 6 и 15 слова состояний (фиг. 7), которые подаются на вход регистра состояний 76, который пере дает их на вход 82 схемы уплотнения 74 синхронно с синхронизирующими им- .пульсами ПН. Хронирующая схема 73 выдает импульсы ПН на интерфейсы приборов, исходя из импульсов МИН, 0 если одновременно имеются сигналы "Еназз 1 оп" (посылка) и "Ргес а Ещеййге" (готов к посылке) (см, фиг.11), Когда глубинная аппаратура хочет послать на псверхность сообщение,хронирующая схема 73 посылает сигналЕщззюп" (посылка) на глубинный модем для сигнализации о том, что у контроллера имеется сообщение для выдачи. В этом случае глубинный мо 30 дем прежде всего посылает синхронизирующее слово 38 (см. фиг, 6) на поверхность, затем сигнал "Ргей а ЕщеС- сге" (готов к посылке) в хронирующую схему 73. Тогда контроллер знает, что модем готов к передаче данных. Он выдает команду в схему уплотнения 74 сначалапосылается слово состояний (17 на фиг, 6 и 7) на глубинный модем, затем хронирующая схема 73 направляет импульсы ПН на различные интерфейсы40 приборов так, чтобы осуществить выборку данных. Появляется сигнал ОР на входе схемы уплотнения 74, которая передает на глубинный модем сигнал КЛ) (фиг. 11), Когда счетчик 75, ло 45 казакия которого изменяются в ритме/импульсов ЦН от значения, соответствующего максимальной длине передаваемого сообщения (выдаваемого памятью контроллера 71), достигает зна 0 чения нуль, он посылает сигнал на вход 83 хронирующей схемы 73. Послед" ний сигнал или сигнал Кесоцг" (возврат), посылаемый интерфейсами в схему обнаружения состояний 77 и поступающий на вход 78 хронирующей схемы, /подает команду на останов схемы уплотнения 74, которая прекращает пере 82 24дачу данных. Из этого следует, что сигнал "Ещ 1 ззхоп" (посылка) переходит из логического состояния 1 в логическое состояние 0 и что глубинный модем переводит сигнал "Рге а ЕщеСге" (готов к посылке) из логического состояния 1 в логическое состояние О. Когда схема обнаружения состояний 77 не обнаруживает сигнала АК, в то время как сообщение с поверхности распознано, она посылает сигнал на вход 78 хронирующей схемы 72, которая управляет схемой уплотнения 74 таким образом, что последняя посылает только укороченное сообщение, т.е. сообщение, состоящее только из синхронизирующего слова, слова состояний и слова ошибки, а информационные слова непосылаются, они передаются только в режиме команда-ответ".Глубинный контроллер может с преимуществом содержать микропроцессор,объединенный с запоминающим устройством. Микропроцессор может быть размещен, например, на входе глубинногоконтроллера, т.е. между глубинным модемом и контроллером. Микропроцессор может использоваться для выполнения различных задач. управляющие сигналы, поступающие с поверхности, могут быть помещены в память, объединенную с микропроцессором, Последний передает команды контроллеру в зависимости от готовности контроллера. Этот режим работы представляет исключительный интерес, в частности, когда система работает в режиме "команда-ответ" и когда управляющие сигналы имеют большую длину, чем информационные сигналы. Частота синхронизирующих импульсов выбора приборов (80 кГц) выше частоты, применяемой для управляющих сигналов (20 кГц), поэтому образуются интервалы времени, в течение которых глубинная аппаратура не передает данных. Благодаря микропроцессору,и объединенной с ним памяти команды на глубинный контроллер можно адресовать, как только это будет возможно, В режиме непрерывной передачи момент ответа прибора определяется его положением в цели приборов. С помощью микропроцессора порядок ответа приборов может быть независимым от их взаимного положения в цепи и легко определяться с помощью 1 ор 1- с 1 е 1. Кроме того, микропроцессор может осуществлять предварительную об работку данных прибора, уменьшая25 10870количество передаваемых на поверх"ность данных,Примеры выполнения наземного иглубинного модемов изображены соответственно на фиг, 14 н 15. Каждыймодем можно разложить на нисходящийи восходящий каналы. Нисходящий со"держит схемы модема для транспорти"ровки информации от наземной аппаратуры на глубинную и нисходящий содержит схемы для транспортировки информации от глубинной аппаратуры на наземную,Наземный модем принимает по нисходящему каналу (Фиг. 14) управляющие сигналы, посылаемые наземнымконтроллером. Данные управляющегосигнала, т.е. слова 13 и 14 из шестнадцати битов каждое, как показанона Фиг. 2, последовательно входятв параллельной Форме на шестнадцатьвходов 83 наземного модема. Первоеи второе слова запоминаются соответственно в регистрах 84 и 85 из шестнадцати битов каждый. Хранящееся в д 5регистре 85 первое слово может сво"бодно использоваться оператором, ахранящееся в регистре 84 второе сло-.во содержит адрес, который можетбыль или специфическим, или универсальным. Этот адрес может быть такжеадресом самого наземного модема, когда управляющий сигнал предназначенему.Адрес, содержащийся в управляющемсигнале, декодируется с помощью схемы35декодирования адреса 86. Последняясоединена с логической схемой контроля 87, которая интерпретирует сигнал, декодированный схемой адреса 86.о 40Если декодированный адрес является оадресом наземного модема, логическаясхема контроля 87 выдает сигнал истинности на вход 88 программной памяти 89,при этом сигнал позволяет внести вс 5память 89 два информационных слова,осодержащихся в регистрах 84 и 85 и.подаваемых на входы 90 н 91 запоминающего устройства 89. Когда адрес,декодированный схемой декодированияадреса 86, является адресом прибора50или приборов, данные, содержащиесяв двух регистрах 84 и 86, должны бытьпереданы на глубинную аппаратуру. Сообщение, передаваемое по кабелю наземным модемом, кодируется в виде55В 6-М (Фиг. 38 ) и передача осущестуйляется на частоте 20 кГц с помощьюимпульсов, выдаваемых синхронизиру 82 26ющим генератором 92, Структура вырабатываемого сигнала изображена на Фиг.2.Схема . последовательного действия 93 и схема ИЛИ 94 позволяет модему послать сначала синхронизирующее слово (16 на фиг. 2), затем две команды (13 и 14 на фиг. 2) и, наконец, слово контроля ошибки (15 на Фиг. 2), Логическая схема контроля 87 посыпает сигнал начала передачи на вход 95 схемы последовательного действия 93. Последняя дает команду на генератор синхронизирующих слов 96, который по схеме ИЛИ 94 посылает синхронизирующее слово на вход 97 кодирующей схемы 98. Кодирующая схема преобразует кодированные сигналы БКЕЬ в кодированные сигналы Ве-М, Синхронизирующее слово посылается затем в коде В-М по кабелю через усилитель 99. Затем содержимое регистров 84 и 85, т.е. обе команды, подаются на вход преобразователя параллельного кода в последовательный, преобразующий обе команды в последовательный сигнал из тридцати двух битов. Этот сигнал подается на вход 97 кодирующей схемы 98Оба слова в коде В 4-М передаются по кабелю с помощью усилителя 99, Наконец, слово обнаружения ошибки посылается схемой 100 кода ошибки. Код ошибки передается по кабелю в коде В 4-М с помощью усилителя 99.Логическая схема контроля 87 посылает сигнал "Тгапзшхззьоп еп Соцгв" (передача в действии), когда наземный модем передает свои данные. В этом случае наземный контроллер получает предупреждение о том, что он должен посылать новые данные, Сигнал "Рп де Меззаде" (конец сооб-щения) подается в логическую схему контроля 87 наземным контроллером. Сигнал "Бцрргезз 1 оп РогСецзе" (подавление несущей) может быть послан наземным контроллером в логическую схему контроля 87 для подавления синхронизирующих импульсов 92, что означает подавление сигнала, посылаемого по кабелю наземным модемом. Для этого подается сигнал на вход 101 схемы последовательного действия 93. Сиг-нал "1 п 1 еггцрС 1 оп Йе гапзпазв 1 оп" (прерывание передачи) может быть подан контроллером на логическую схему контроля 87 для помехи передачи .любого сигнала по кабелю. Сигнал "Ейайз" (состояния) подается логической схе27 087082. 28 мой контроля 87 на наземный контрол- содержит синржит синхронизирующее слово, слолер, этот сигнал указывает,.правиль- во состоянийни , п.информационных слов но ли произведена передача вьщает и наконецконец, слово кода ошибки. Эт указания, например, выше или ниже сообщение модумодулировано методом РБк амплитуда передаваемого сигнала, чем 5 (фиг. 3) с частотой 40 или 80 кГц, предварительно "тановленный порог, Когда глубинглу инныи контроллер имеетСигналы на выходе 102 (фиг. 14) данные для передачи на поверхность, нисходящего канала наземного модема ш 1 ззоп (посыпподаются по кабелю связи на вход 103 ка) на логическую 114скую схему контроля 11 нисходящего канала глубинного моде глубинного модема. Схема 114 управЭ ма (фиг. 15). Сигналы в коде В 3-М ляемая синхронизирующими импульсами прежде всего демодулируются с помощью демодулятора 104, который рование сообщения, которое должно преобразует их в кодированные сиг- быть послано ло кабек елю на поверхность. налы НВУ 1 Демодулятор 104 восстанав Схема прежде всего дает команду генеливает, с одной стороны, управляющие ратору синхрониэирующих слов 115 коУ сигналы на его выходе 105, и, с дру- торый посылает синхронизирующее слогой стороны, синхронизирующие сигна- во, поступающее на вход 116 схемы лы ЮН на его выходе 10 б. Управля- ИЛИ 117, Затем синхронизирующее слоющие сигналы прежде всего поступают 20 во модулируется в код РБК модулятов схему 107 обнаружения синхронизи- ром 118 и посылается по кабелю после рующего кода, что позволяет обнару- усиления в усилителе 119, жить начало сообщения. Затем данные После посылки синхронинхронизирующего временно заносятся в запоминающее слова необходимо послатьослать слова состо. устройство .08 с тридцатью двумя 25 яния и данных, Логическая схема конт- битами. Это запоминающее устройство роля 114 посыпает сигнал "Рге а Еше синхронизируемое импульсами МЭН, гге" (готов к посылке) на глубинный вьщает на выходе сигнал ЮР. Кодконтроллер, который посыпает в обошибки, последнее слово сообщения, ратной связи сигнал 1%П, Этот сиганализируетсяс помощью детектора З нал передается непосредственно на рассогласования 109. Последний ука- модулятор РБК 118, пройдя через схезывает на схему обнаружения состо- му ИЛИ 117, затем в кабель через усияний 110 на наличие или отсутствие литель 119. Сигнал МУВ также поступаошибки. Таким же образом схема об- ет на вход 120 генератора кода ошибнаружения синхронизации 107 сигнали- ки 121 который соедиген своим35Узирует в схему обнаружения состояний 122 с логической схемой контроля 114, 110, правилен ли синхронизирующий Код ошибки может быть кодом контроля код. Демодулятор также указывает в четности, который зависит от значесхему обнаружения состояний 110, не ния битов, входящих в сигнал МОЭ. Геб ольше или не меньше определенного нератор кода ощиб и40щи ки выдает слово кода порога амплитуда полученного сигнала, ошибки, которое после модуляции РБК Схема обнаружения состояний 110 выда- в 118 и усиления 119 посылается по 11 ф Б Рпет на глубинный контроллер сигналы кабелю. Когда глубиннь"лу инныи контроллерИчеац БЦпа 2" (уровень сигнала) и . закончил передачу своих данных, он иэ"сгапзппзя 1 оп" (передача). Логическая меняет состояние сигнала "Ец 45сигнала ш 1 яз 1.оп схема контроля 111 выдает "Меззаде" (посыпка), т.е. переводит его из ло(сообщение) в течение пересылки трид- гического.состояния 1 в логическое соцати двух битов на контроллер, если стояние О. После этого модем готов синхронизирующий ксд обнаружен. Гене- передавать новую информацию. ратор 112 вьщает синхронизирующие им- Сигнал "Бирргеяяоп Рогецзе" (попульсы частотой 80 кГц на глубинный давление несущей) может быть подан контроллер. Эти импульсы могут быть . на вход 123 модулятора РБК 118 так, синхронны импульсам МОН, выдаваемым чтобы подавить несущую частоту сигнаназемным модемом, благодаря средствам, ла, передаваемого на поверхность. Этот изображенным пунктирной линией 113. сигнал выдается наземным контроллеСледует отметить, что синхронизация ром в логическую схему контроля 8755необязательна. (фиг. 14) и передается в скважинуСтруктура информационного сообщения в виде частного бита нисходящего передаваемого глубинной аппаратурой, сообщения.(подтверждение возврата) (42 нафиг. 11), используемый для индикациипосылки сигнала "Кеоцг" (воэврат)последним прибором, в сущности являетСя первым битом. слона кода ошибки.Его ввод в сообщение управляется логической схемой контроля 114 с помощью схемы 124 и 117. Коммутационный сигнал частотой 80-40 кГц может 1 Обыть подан на вход 125 модулятораРБК 118. Этот сигнал позволяет посы"лать сообщение с частотой 40 килобитов или 80 килобитов,Информационные сигналы, посылаемые глубинной аппаратурой на наземную, поступают на наземный модем навход 126 демодулятора РЯК 127. Сигналы демодулируются на выходе демодулятора 127 преобразуются в коди Орованные сигналы ИК 21 и поступаютна вход схемы обнаружения синхронизации 128, которая обнаруживает синхронизирующее слово, первое словосообщения (фиг. 6). Информационные 25слова, следующие за синхронизирующимсловом преобразуются в форму словиз шестнадцати параллельных битовпреобразователем последовательногокода в параллельный 129, затем запоминаютсяв регистре 130, Шестнадцатьвыходов регистра 130 соединены параллельно с шестнадцатью входами 131наземного контроллера. Зто изображено на фиг, 14 в виде сигнала "0 оппеез" (данные),Слово кода ошибки анализируетсяс помощью схемы обнаружения ошибки132, связанной с входом 133 регистра состояний 134, на который она сигнализирует о наличии или отсутствииошибки в сообщении. Вход 135 регистрапринимает также сигнал демодулятораРБК 127, обозначающий амплитуду полученного сигнала. Если амплитуда слишкрм мала, он сигнализирует об этомна регистр состояния 134, а такжена вход 136 схемы обнаружения синхронизирующего слова, от программной памяти 89 поступает сигнал с индикациейОизбранного режима работы, напримеррежима непрерывной передачи или режима"команда-ответ". Схема обнаружениясинхронизирующего слова 128 подаетсигнал на вход 137 регистра состояний55134 и на вход 138 логической схемыконтроля 139 с индикацией о правильности или неправильности синхронизации. Логическая схема контроля 139 2 30выдает на своем выходе 140 сигнал,предупреждающий наземный контроллеро том, что данные в наличии имеются.Эта логическая схема 139 вьщает также сигналы "ОеЬы с 1 е Мезза 8 е" (началосообщения) и Рзп сне Мезза 8 е" (конецсообщения), соответствующие первомуи последнему словам сообщения. Регистрсостояний 134 вьдает на контроллерразличные сигналы "Е 1 айз" (состояния),обозначающие хорошее или плохое качество передачи сообщения, напримерамплитуду получаемого сигнала, состояние различных уровней синхронизации,ошибку передачи и т.д.Программная память 89 вьщает навход 141 схемы обнаружения синхронизирующих слов 128 сигнал с индикацией длины сообщений, поступающих намодем.Уже упомянуто, что программнаяпамять 89 подает на вход 136 схемыобнаружения синхронизирующих слов128 сигнал, характеризующий избранный способ передачи. Речь идет в сущности, об управлении подходящим образом открытием вентильной схемы, которая пропускает или не пропускаетданные, идущие из кабеля, В режиме"команда-ответ" схема обнаружения128 открывает зту вентильную схему,как только она обнаружила синхронизирующее слово, и она держит вентильную схему. открытой в продолжение сообщения, которое должно быть принято(указанное программной памятью 89на входе 141). Когда сообщение принято, схема обнаружения 128 открываетвновь эту вентильную схему тогда,когда она обнаружила следующее синхронизирующее слово. Наоборот, в режиме.непрерывной передачи, после приема. первого цикла (получение которого осуществляется таким же образом, как и в режиме "команда-ответ") схема обнаружения синхронизирующего слова 128 проверяет наличие синхронизирующего слова без ошибки в равные промежутки времени (длина сообщения) идержит вентильную схему открытой для пропуска данных. В случае нераспознавания синхронизирующего слова вентильная схема запирается до следующего распознавания.Наземный контроллер 54 (фиг. 1) подает на наземный модем 4 управляющие сигналы, которые необходимо передать на приборы, и принимает по обратной связи данные, посылаемыедается на выход контроллера в ожида"нии внешнего сигнала. Последний может быть послан, например, обычным каротажным устройством, выдающим сигнал о глубине каждый раз, когда зонтпрошел определенное расстояние в глубину скважины, Внешний сигнал может интервалвремени. Когда появляется сигнал глубины или времени, первая команда подается на входы 83 нисходящего канала наземного модема. Затеи система связи ожидает ответа глубинной аппаратуры на управляющий сигнал, передавая на наземную аппаратуру информационный сигнал. Когда информационный сигнал поступил на наземный модем, последний своей логической схемой контроля 139 (фиг. 14) выдаетсигнал "Гхп йе Мезза 8 е" (конец сообщения) для сигнализации на контроллеро конце сигнала. В этот момент данные заносятся в память вычислительной машины (блок 143); Истинностьпринятых сигналов (блок 144) проверяется контроллером. Для этого консультируется регистр состояний 134(фиг, 14) наземного модема, Если полученное сообщение истинное, данныетранспортируются (блок 145) на различные устройства обработки 7 (фиг. 1). Если полученное сообщение ложно, на глубинную аппаратуру вновь посылается управляющий сигнал повторением команды. Затем исследуется лист хранящихся в блоке 142 комнд, чтобы определить, все ли команды поданы (блок 146). Если контроллер достиг конца листа, в блок 142 вводится новый лист команд и первая команда нового листа появляется на выходе контроллера. Наоборот, если лист еще не закончился, вызывается следующая команда (блок 14) для посылки на глубинную аппаратуру.На фиг. 17 схематически и в качестве примера изображены операции, производимые наземным контроллером, когда.система связи работает в режиме непрерывной передачи. Контроллер начинает осуществлять инициализацию системы связи и посыпает универсальный уп".равляющий сигнал таким образом, чтобы система работала в режиме непрерывной передачи (блок 148). Глубинная аппаратура посылает данные наповерхность и выдает сигнал "Рдп с 1 еМеззаде" (конец сообщения) в концекаждого цикла выборки данных прибора.. 31 1087082 . 32приборами. Возможны два способа выполнения. В обоих случаях контроллер5 содержит программируемые средства,например вычислительную машину.По первому способу, изображенномуссхематически на Фиг. 1, контроллерсоединен каналом связи 2 с устройствами получения и обработки данных, также характеризовать определенныйпричем каждое из этих устройств соответствует определенному прибору, Поэтому структура устройства можетбыть структурой, свойственной прибору, которому оно придано. Он может,в частности, содержать микросчетное .устройство для обработки данных,получаемых со своего прибора. Внешние устройства, например печатающие,магнитной или оптической записи, могут быть подсоединены к различнымустройствам обработки 7 с помощьюканала связи 6. Канал связи соединен с устройствами обработки 7,внешними устройствами и контроллером 5. Таким образом контроллер 5 малогабаритная вычислительная машинаили микромашина, способная, с однойстороны хранить в памяти список команд, передаваемых на приборы, и пе"редавать их на наземный модем в определенном порядке и ритме, и, сдругой стороны, принимать данныеот приборов и распределять их наустройства обработки 7 или непосредственно на периферийные устройства.По второму способу выполнения(не изображен) контроллер 5 являетсяболее мощной вычислительной машиной,чем в первом способе, так как онсам может осуществлять все операцииобработки данных. Устройства индивидуальной обработки 7 заменены единственным блоком. Эта система содержит .вычислительную машину, принимающую каротажные данные с помощьюинтерфейса и соединенную с периферий.45ными устройствами, например памятью,записывающими устройствами и т.д.На фиг. 16 и 17 в качестве примерапоказана блок-схема алгоритма функционирования наземного контроллера 5,работающего в режимах "команда-ответ"(фиг. 17),Контроллер начинает с инициализации системы и внесения в свою памятьлиста управляющих сигналов, которыенеобходимо передать на приборы (блок142). Затем первая команда листа по87082 34 33 10Данаье вводятся затем в память вычислительной машины (блок 149). Эта память может содержать определенное число информационных слов, которые образуют блок данных. Блок анализируется контроллером для определения его полноты (блок 150). Если он неполный, в память вводятся новые данные. Если блок полный, то полученные данные будут анализироваться и посылаться на различные устройства обработки, соответствующие прибору, и адреса памяти контроллера, принимающего данные, приводятся в их первоначальное состояние (блок 151),истинность первого сообщения, содержаще гося в памяти вычислительной машины, подвергается анализу (блок 152), . Если сообщение недействительно, оно устраняется. Это подавление отмечается для того, чтобы отключить прибор или приборы, если они продолжают посыпать сообщения с ошибками, Если полученное сообщение истинно, то данные посылаются (блок 153) на устройство обработки 7, к которым они относятся. В конце блока(фиг. 154) данные обрабатываются и регистрируются (блок 155) и это является концом программы. Если конец блока не подошел, вызывается следующее сообщение (блок 156). Последнее, как и первое, сообщение анализируется на истинность (блок 152) и данные посылаются на устройство обработки, к которым они относятся(блок 153).На фиг, 18 изображен телеметрический датчик в соответствии с изобретением. Телеметрический датчик укрепляется на конце кабеля 2, соединяющего глубинную аппаратуру с наземной, и является верхней частью глубинной аппаратуры, Телеметричес.кий датчик имеет прочный корпус 157 удлиненной формы, предпочтительно цилиндрической. Два диска 158 и 159закрывают концы корпуса 157. Эти диски, образующие втулки, пересекаются электрическими соединениями, образуя разъемы. Диск 158 снабжен штепселями 160, а диск 159 содержит отверстия 161 для гнезд. Конец кабеля 2 зафиксирован на кабельной муфте 162, имеющей втулку 163 с отверстиями 164, образующими гнезда, соединяемые со штепселями 160. Электрические провода кабеля 2 соединены с некоторыми гнездами, при этом число гнезд равно или больше числаэлектрических проводов кабеля. Конечная муфта 162 имеет внутреннююрезьбу, выполненную таким образом,что муфта может ввинчиваться на конец корпуса благодаря резьбе, выполненной на внешней поверхности этогоконца корпуса. Таким образом штеп"сельные соединения и дополнительная 1 О резьба обеспечивают соответственноэлектрическое и механическое соединение корпуса с кабелем. Внутри кор.пуса установлены модулятор - демоду"лятор (модем) 9, контроллер 10 и ин терфейс 20. Эти элементы во всемидентичны укаэанным элементам и оооэначены теми же цифрамн. Иодем 9 соединен с кабелем 2 электрическимиприводами. Контроллер 10 соединен 20 с модемом 9 электрическим соединением, состоящим из нескольких проводов. В корпусе находится также каналсвязи (шины), состоящий иэ пяти проводов 26-30, Интерфейс 20 и контрол лер 10 подсоединены параллельно кканалу связи, Таким образом электрические сигналы могут проходить отодного к другому по этому каналу.Концы проводов канала связи, не соединенные с контроллером 10, электрически соединены с отверстиями, принадлежащими к группе отверстий, образующих гнезда втулки электрического соединения, Внутри корпуса размещена также схема электропитания165, соединенная с питающими проводами кабеля 2. Электрические провода 166 и 167 служат для питания модема 9, контроллера 10 и интерфейса 4 О 20, Эти провода соединены также сгнездами диска 159, образующегоэлектрическую втулку. Внешняя пове 1 Фхность одного конца корпуса 157 имеетвыемку и заканчивается кольцевымвыступом. В этой выемке установлено 45кольцо, свободно вращающееся в выемке. Кольцо снабжено эаплечиком, опирающимся на кольцевой выступ, На егоконце имеется шаг внутренней реэьзы.Эти элементы составляют механические средства, благодаря которым мож,но соединить телеметрический датчиксо следующим глубинным прибором.Электрические связи штепсельныхсоединений на, обоих концах приборови телеметрического датчика осущест,влены таким образом, что когда приборы размещены встык,. причем первый прибор соединен с концом телеметри35 1087082 36ческого датчика, каналы связи различ- бинную аппаратуру модульной формы,ных приборов и телеметрического дат- при которой каздый модуль представчика образуют единый канал связи. ляет собой прибор или телеметричесТо ке самое касается вин электричес- кий датчик, и любой тип прибора моакого тока, образующих единую питающую 5 но подсоединить к другому приборулинию. Таким об 1: зом, получают глу- и в любом порядке,ч1087082 1 О 1Изобретение относится к геофизическому приборостроению и предназначено для использования в системахпередачи данных для буровых скважин,Известно устройство для передачиинформации из скважины на поверхностьпо кабелю связи 1.11,Известна система перекачи данныхдля буровых скважин. сопеожащая наземную часть с приемниками информации, кабель связи и глубинную частьс одним или несколькими глубиннымиприборами, каждый из которых выполненв виде корпуса удлиненной формы, вкотором установлены блок питания иизмерительный элемент со вторичнымпреобразователем 23,Недостатком системы является трудность осуществления обмена информациимежду глубинными приборами и наземной частью, что снижает ее надежностьЦелью изобретения является повышение надежности системы.Поставленная цель достигается тем,что в системе передачи данных длябуровых скважин, содержащей наземнуючасть с, приемниками информации, кабель связи и глубинную часть с однимили несколькими глубинными приборами,каждый из которых выполнен в видеЗОкорпуса удлиненной Формы, в которомустановлены блок питания и измерительный элемент со вторичным преобразователем, наземная часть снабжена модемом, процессором, шинами, генератором сигналов специфичных адресов игенератором сигналов универсальныхадресов, а глубинная часть снабженамодемом, процессором, шинами и интерфейсными схемами, причем модемыкаждой части подключены к кабелю40связи и соответствующему процессору,а шины глубинного прибора соединеныс процессором и с вторичными преобразователями посредством интерфейсныхсхем со схемами распознавания специ 45фичного и универсального адреса,подключенных параллельно к шинам,а шины наземной части подключенык процессору и параллельно соединеныс приемниками и с генераторами сигна ОРлов специфичных и универсальных адре сов.При этом корпус каждого глубинного прибора выполнен по торцам с электрическими разъемами с резьбо выми соединениями для подключения к кабелю связи или к одному из глубинных приборов,2На фиг. 1 представлена схема системы; на фиг. 2 - схема структурыуправляющего сигнала, посылаемогона глубинную аппаратуру; на фиг.3различные виды модуляции, используемые в системе связи; на фиг. 4 и5 - структура команды соответственно со специфичным и универсальнымадресом; на фиг. Ь - структура информационного сигнала, передаваемогоглубинной аппаратурой на наземную;на фиг. 7 - структура слова состояний; на фиг, 8 - глубинная аппаратура и, в частности, канал связи иего соединения с глубинным контроллером и приборами; на фиг, 9, 10,11 - форма различных сигналов, исполь.зуемых в системе передачи данных;на фиг. 12 - схема универсального интерфейса в сочетании с прибором; нафиг. 13 - схема глубинного контроллера; на фиг. 14 и 15 - соответственноназемный и глубинный модемы; на фиг. 16и 17 - блок-схема алгоритма работыдля наземного контроллера, работающего в режимах команда-ответ (фиг. 16)и непрерывной передачи (фиг. 17);на фиг. 18 - схема телеметрическогодатчика согласно изобретению, образующего головную часть глубинной аппаратуры,Схема системы содержит наземнуючасть 1, кабель связи 2 и глубиннуючасть 3. Наземная часть 1 содержитмодем 4 процессор (контроллер) 5,шины 6, приемники информации 7 и генераторы 8 сигналов специфичных илиуниверсальных адресов. Глубиннаячасть 3 содержит модем 9, процессор10, шины 11, измерительные приборыс вторичными преобразователями и схе.мами интерфейса 12.Система передачи данных управляется наземным процессором (вычислительной машиной) и использует кодово-импульсную модуляцию.йроцессор (контроллер) 5 - основасистемы передачи - преобладает надглубинным процессором 10, являетсявычислительной машиной. Процессор 5соединен с внешними устройствами -с запоминающим устройством на тороидальных сердечниках, аппаратом магнитной записи и клавиатурой печатающего устройства,Наземный процессор (контроллер) 5посылает управляющие сигналы на различные приборы, например, для контро-.ля истинности или ложности прибора.82 3 10870 Как было указано, система связи применяет только цифровые сигналы. Управляющие сигналы, посылаемые процессором, образованы иэ двух слов, причем одно слово содержит и битов, где для описываемой формы выполнения и равно шестнадцати. Одно из этих слов содержит или адрес, называемый "специфичным", принадлежащий .определенному прибору, или адрес, назцва емый "универсальным", распознаваемый всеми приборами. Последний позволяет посыпку информации на все приборы одновременно. При принятии управляющих сигналовобычно все приборы отвечают, направляя сигнал данных на ловерхность после формирования импульсов глубинным модемом 9.На фиг, 2 схематически изображена структура полного управляющего сигна 20 ла, посылаемого наземной аппаратурой по кабелю иа приборы. Исходя из команд 13 и 14, выдаваемых контроллером 5, наземный модем 4 составляет полный управляющий сигнал, добавляя к двум словам 13 и 14 слово обнаружения ошибок 15 и синхронизирующее слово 16. Следовательно, полный управ ляющий сигнал последовательно и в группе содержит синхрониэирующее сло" во 16, передаваемое наземным моде-; мом и состоящее из семи битов; две команды 13 и 14,вырабатываемые назем ным контроллером и содержащие по шестнадцать битов каждая; слово обнаружения ошибок 15, передаваемое наземным модемом и состоящее из семи битов. В описанной форме выполнения используется только команда 14, а вторая команда находится в распоряжении оператора системы. Когда по кабелю 2 не посылается никакого управляющего сигнала, наземный модем посылает по кабелю биты со значением О.Управляющие сигналы, вырабатыва-" емые наземным контроллером, кодируются согласно форме, изображенной на фиг. ЗА. Биты сзначением 1 соответствуют сигналам, имеющим определенный уровень амплитуды, и биты со значением О соответствуют другому уровню амплитуды, Этот код обычно обозначают сокращением НК 2 Ь (поп геСцгп о него 1 ече 1). Применение этого кода на уровне передачи по ка. 5 белю имеет два недостатка: с одной стороны, передача битов с частотой Е вызывает необходимость иметь кабель с полосой пропускания 0 --Г2 ф с другой стороны, синхронизация затруднена в том случае, когда сигнал содержит последовательность битов с одним и тем же значением 1 или О. Для устранения этих недостатков наземный модем 4 преобразует кодированные сйгналы ЯК 2 Ь в кодированные сигналы В 4-М (ЬьрЬазе шагМ), как это представлено на фиг. 3, Этот код отличается изменением уровня в начале и конце каждого бита и изменением уровня в середине каждого бита со значением 1. Благодаря применению этого кода облегчается синхронизация управляющих сигналов. Что касается полосы пропускания кабеля, которая должна быть в пределахй.от 0 до - с тем чтобы пропускать2Эбез искажения сигналы ИК 2 Ь с частотой Е, то можно показать, что она должнаЕ ЗЕ быть в пределах от - до, с тем2 2В чтобы пропускать сигналы Ве-М с частотой Г. В описанном примере к ядый бит управляющего сигнала имеет длительность 50 мкс. Следовательно, полоса пропускания сигналов НК 2 Ь равна 10 кГц, но вследствие изменения уровня в середине каждого бита со значением 1 частота основной гармоники удваивается, т.е. равна 20 кГц. Передача управляющих сигналов с поверхнос ти на приборы осуществляется, следова тельно, беэ несущей частоты и в количестве 20 кбитов (полоса пропускания 10-30 кГц). Можно отметить, что для предотвращения передачи по кабелюкрутых фронтов импульса (прямоугольные сигналы) сигналы можно фильтро" вать на выходе наземного модема 4, округляя Форму сигналов.Управляющие сигналы, передаваемые по кабелю, поступают на глубинный модем 9. Последний выполняет несколько функций. В первую очередь, он должен откорректировать по частоте глубинный генератор, исходя и". управляющих сигналов, состоящих из сообщения В-М, посылаемого наземной аппаратурой. Вследствие исключительно суровых условий внутри скважины (повышенные температура и давление) может действительно произойти уход номинальной частоты глубинного генератора относительно частоты наземного генератора, поэтому необходимо регу082 1087лирование по частоте на уровне глубинного модема, Последний содержитс этой целью устройство регулирования, которое может быть известнымв,практике под названием ЧСО (чо 1 аВесоигго 1 овс 11 айог),Глубинный модем должен также по"казывать, имеют ли поступающие нанего биты значение 1 или О. Поступа.ющиена глубинный модем сигналы иска" 1 Ожены как по амплитуде, так и по .ширине. Поэтому глубинный модем восстанавливает форму сигналов, получаяпрямоугольные сигналы, и градуируетсигналы но ширине, т,е. по продолжительности. Глубинный модем такжевыявляет синхронизирующее слово уп. равляющего сигнала и проверяет истинность переданного сигнала с помощьюслова обнаружения ошибок. Синхронизирующее слово 16 и слово обнаружения ошибок 15 не передаются в глубинный контроллер 1 О, передаются толькокоманды. Перед. передачей глубинныймодем демодулирует кодированные.сигналы В 4-М в эквивалентные кодированные сигналы МКЕЬ (фиг. 3 А ).Команды передаются от глубинногоконтроллера 10 на наземные приборыпо каналу. связи 2. Как уже было указано, адрес, содержащийся в командах,может быть или специфичным, относящимся к одному прибору, или "универсальным". В первом случае речь идето частном указании, даваемом прибору.Именно это происходит каждый раз, ког35да результаты измерений, проведенныхприбором, транспортируются на поверхность: прибору дается указание выдатьданные, хранящиеся в памяти (регистр40со сдвигом), которой он снабженНа фиг. 4 схематически изображенаструктура команды 14 (фиг. 2) дляслучая специфического адреса. Семьбитов 9-15 используются для кодированного адреса прибора. Следовательно, имеется возможность кодировать27 различных адресов, т.е. применять27 или 128 различных приборов. Разумеется, это количество приборов50очень велико и хорошо показываетвбзможности системы передачи. Бит8-го разряда является битом контроляистинности, который принимает значение 1, когда соответствующий адресуприбор получает указание на посыпку55данных. Когда бит контроля истинности имеет значение О, все происходиттак, как будто прибора не существует. Эта возможность является преимуществом, особенно для выключения из схемы определенного прибора, не мешая другим приборам посыпать свои данные, Бит 7-го разряда является битом инициализации. Бит 6-го разряда, называемый битом "последнего прибора", используется для указания данному прибору о том, что он должен посыпать обратный сигнал в глубинный контроллер по истечении передачи своего сообщенич. Биты от 0-го до 3-го разрядов используются для того, чтобы указать прибору число слов, которое он должен передать, Число слов может меняться от нуля до пятнадцати, так как используются четыре бита. Биты 4-го и 5-го разрядов используются нли по усмотрению оператора, или для увеличения числа слов, которые долженпослать прибор. Если бит 4-го разряда используется, то максимальное число слов, которое может послать прибор, тридцать одно, и если бит 5-го разряда также используется, то максимальное число слов шестьдесят три.Когда по кабелю посылается управ- . ляющий сигнал, содержащий так называ-. емый "универсальный адрес", то последний распознается всеми приборами. Управляющий сигнал с универсальным адресом приводит все приборы в .своего рода положение приема приказа, который последует. Этот приказ посыпается специфическим управляющим сообщением, которое следует за сообщением с универсальным адресом. Последнее сообщение используется для отбора режима работы системы связи. Используется только команда 14, вторая команда 13 не используется и не находитсяв распоряжении оператора в противоположность команде со специфическим адресом.На фиг. 5 изображена структура ко" манды с универсальным адресом, Биты от 9"го до 15-го разрядов используются для указания универсального адреса, т.е. адреса, распознаваемого всеми приборами, В изображенном на фиг. 5 примере этот универсальный адрес имеет значение сто семьдесят шесть в вось меричном коде. Бит 8-го разряда явля- ется битом инициализации, Биты 6-го и 7-го разрядов являются битами контфроля истинности: когда оба бита имеют значение 1, все приборы одновременно контролируются на истинность, когда1087 082 8бой. Изменение способа передачи отрежима полудуплексной связи на режимдвуплексной связи и наоборот осуществляется просто изменением программирования наземного контроллера, а ма"териальная часть наземной и глубинной аппаратуры остаются без изменения,Обычно режим работы "команда-от 11вет используется с режимом передачив полудуплексной связи. Однако возможно использовать режим работы"команда-ответ" с режимом дуплекснойсвязи. В этом случае наземный контроллер может посылать второе управляющее сообщение в то время, когдаприбор отвечает на первое сообщение.Можно показать, что этот режим работы позволяет на полную мощность испольэовать линию от приборов к поверхности, когда количество передаваемой на поверхность информациибольше, .чем количество управляющихсигналов, посылаемых на приборы чтообычно имеет место).Когда управляющий сигнал со специфическим адресом передан глубиннымконтроллером на приборы и один изэтих приборов распознал своИ адрес,этот прибор посылает обратно в глубинный процессор 1 О сигнал о приеме команды АК. Если контролллернепринимает сигнала АК, он делает1вывод, что прибор не сработал илине получил управляющего сигнала.В случае универсальной команды сигналАК отсутствует; принимается, что этауниверсальная команда была распознанавсеми приборами. Вместо использованиясигнала АК возможно также присоединить к каждому прибору схему обнаружения кода ошибки.Если предположить, что управляющийсигнал достиг прибора или всех приборов, то сигнал данных посылается наповерхность. Для этого глубинныйконтроллер запрашивает глубинный модем о генерировании синхронизирующегокода. Затем глубинный контроллер посылает так называемое "слово состоияний и, наконец; приборы получаютприказ на посылку своих данных. Этосхематически изображено на фиг, 6,на котором показана структура сообщения, передаваемого глубинной аппарату.рой на наземную. Синхрониэирующееслово содержит шестнадцать битов вместо семи для управляющего сообщенияна приборы. Это вызвано тем, что инбит 6-го разряда имеет значение 0 и бит 7-го разряда значение 1, все приборыодновременно контролируются на ложность. Это используется в случае поломки, когда для обнаружения неисправного прибора одновременно все приборы приводятся в ложное состо яние, а затем один за другим в истинное состояние для их раздельной проверки. Биты от 0-го и 3-го разряда 10 не используются. Биты 4-го и 5-го разрядов служат для определения режима работы системы связи и выбора способа обмена информацией между поверхностью и забоем. 15Система передачи данных по изобретению позволяет в действительности осуществлять несколько режимов работы и два режима передачи данных, называемых "полудуплексной" и "дуплексной связью. Согласно режиму работы "команда-ответ" наземный контроллер посылает управляющее сообщение на определенный прибор и ожидает ответа от этого прибора перед тем,25 как послать следующее управляющее сообщение. Этот способ избирается тогда, когда биты 4-го и 5-го разрядов имеют значение О и когда бит 8-го разряда имеет значение 1. Наоборот, в режиме непрерывной передачи данные, идущие от приборов, непрерывно посылаются на поверхность. Режим непрерывной передачи выбирают, давая битам 4-го и 5-го разрядов значение 1. Можно испольэовать третий режим псевдо- непрерывной передачи. Этот режим характеризуется тем, что все приборы одной цепи посылают сообщение через 16,6 мс (запуск, производимый от напряжения питания 60 Гц), затем прекращают посылку. Этот режим избирается приданием биту 4-го разряда значения 0 и биту 5-го разряда значения 1 Когда бит 4-го разряда имеет значе 45 ние 1 и бит 5-го разряда О, команды . могут посыпаться с поверхности, но приборы не дают никакого ответа.Данные могут бысть переданы в режим полудуплексной связи или в режиме дуплексной связи. Управляющий провод приборов и провод передачи данных на поверхность разделены. При передаче в режиме полудуплексной связи информация проходит по проводам неодновременно. Наоборот, в режиме дуплексной связи информация может быть передана одновременно в обоих направлениях, на поверхность и в за9 10870формация в одном сообщении, передаваемом на поверхность, может быть больше, чем в сообщении, передаваемомв забое, и .что чем больше битов используется для опознания синхронизирующего кода, тем меньше возможность неправильной синхронизации. Слово состояний подробно изображено на фиг.7.Затем следуют данные, поступающие отприборов, Эти данные представлены 1 Ов форме слов от 1 до и, где в описанном примере и может максимально равняться шестидесяти одному,Каждое слово состоит из шестнадцати битов. Когда работа осуществляется в режиме "команда-ответ", данныесообщения исходят из одного прибора.Наоборот, в режиме непрерывной передачи сообщение содержит последовательность информационных слов, исходящих 20от последовательного запроса приборов. Каждый прибор посыпает определенное количество слов и группа слов,посланных приборами, образует словаот 1 до и, Так, например, прибор В 1 25может послать три слова, прибор У 2 одно слово, прибор У 3 - нять слови т.д.Наконец, посылается слово кодаобнаружения ошибки. Код ошибки содер- З 0жит шестанадцать битов, причем пятнадцать битов используются для собственно кода, а один бит для индикации хорошей нли плохой работы прибораЕсли этот бит имеет значение 1, зтоозначает, что прибор правильно послал,обратный сигнал в конце передачи сво-.его сообщения, если зто не так, тобит имеет значение О.На фиг, 7 схематически изображенослово состояний 17 с фиг, 6. Эго сло;во генерируется глубинным контроллером каждый раз, когда глубинная аппаратура посыпает ответ. Бит 0-го разряда принимает значение 1, если одинили несколько управляющих сигналовприняты с ошибками. Бит 1-го разрядауказывает на то, что выше или нижеуровень управляемого сигнала порогаопределенной амплитуды. Бит 2-го раз 50ряда указывает на то, что не был лираспознан адрес одним или несколькимиприборами, следовательно, не был липередан сигнал АК. Бит 3-го разрядапринимает значение 1, если сообщение55было правильно. Биты 4-го и 5-горазрядов используются для воспроизведения примененного режима работы,1 11например режима команда-ответ или 82 10режима непрерывной передачи. Бит 6-го разряда используется для указания принята ли .универсальная команда, Длина сообщения, посылаемого глубинной аппаратурой, указывается битами7-12-го разряда, Следующие биты13-го и 14-го разрядов не используют.ся, Бит разряда 15 указывает на хорошую или плохую работу системы: онуказывает, что по меньшей мере одиниз битов О-го, 1-го и 2-го разрядовизвещает об ошибке, Таким образом,оператор немедленно оповещает о плохом или хорошем функционировании системы, справляясь о состоянии бита .15-го разряда.На фиг. 8 схематически изображеносоединение приборов с каналом связи(изображено только два прибора, нов действительности можно подсоединить гораздо большее их количество).На фиг, 8 видно, что каждый прибор 12схематически изображен в виде трехразличных частей: часть 18, котораяпредставляет собой собственно прибор,например датчик давления, датчик радиоактивности или акустический датчикчасть 19, имеющаяся в каждом приборе,например электронная схема, связаннаяс датчиками, и универсальный интерфейс, соединенный с каналом связи(шины) 11, Этот интерфейс, идентичныйнезависимо от типа прибора, позволяет соединить любой прибор с каналомсвязи, если информация, выдаваемаяприбором, представлена в цифровойформе, Таким образом, достигаетсястандартизация соединений приборовглубинной аппаратуры.Сигналы, выдаваемые собственноприборами, имеют обычно аналоговуюформу, в то время как интерфейс обрабатывают только сигналы в цифровойформе, Поэтому необходим аналого-цифровой преобразователь в каждой специфической части прибора или на входеВкаждого интерфейса,Собственно прибор 18 соединен соспецифической частью 19. Универсальный интерфейс 20 соединен непосредственно с прибором 18, что позволяетосуществлять непосредственную передачуинформации, когда нет необходимостипропускать ее через специфическуючасть 19. Эти соединения служат дляконтроля или управления собственноприбором: например, они используютсядля команды на открытие лапы или лап прибора, когда последний снабжен лапами,11 10870 или для подачи электрического тока, Информация, посылаемая прибором в фор. ме датчика, проходит от прибора 18 на специфическую часть 19 ло соединению 21. Эта информация обычно относит ся к измерениям физической величины или велйчин, проводимым прибором 18. Но она может относиться и к самому прибору, например его состоянию. Речь может идти, например, об открытом 1 О или закрытом состоянии лапы прибора.Посылаемая прибором 18 информация транспортируется от специфической час ти 19 на универсальный интерфейс 20 по соединению 22. В специфической час 15 ти 19 сигналы претерпевают соответствующую электронную обработку, например. усилие,. формирование импульсов и др. Это обычная обработка в известных в настоящее время коротажных зон О дах и не требует подробного описания, Кроме того, информационные сигналы в аналоговой форме преобразуются в цифровую форму обычным аналого-цифровым преобразователем. 25 Глубинный контроллер 10 присоединен к каналу связи 11 так же, как и приборы. С точки зрения передачи данных контроллер рассматривается как прибор, Следовательно, контроллер содержит универсальный интерфейс 20 и собственно контроллер 24. Контроллер связан с приборами каналом свя- зи,11. Канал связи (шины) 11 состоит из пяти электрических проводов. Конец канала адаптирован с характеристичес" ким сопротивлением схемы с помощью сопротивлений 25, соединенных с массой. Глубинная аппаратура должна быть малогабаритной и поэтому для канала40 связи использовано тблько пять 26-30 проводов. Первый провод 26 транспортирует управляющие сигналы О. Ооппееа (О.О) и нисходящие синхрониэирующие импульсы О. Ног 1 ояе (О.Н) с час 45 тотой 20 кГц. Затем сигналы, перед которыми стоит буква О, передаются от наземной апп.ературы на глубинную и обратно; сигналы, перед которыми стоит буква У, передаются от глубинной аппаратуры на наземную.Видно, что управляющие сигналы и синхронизирующие импульсы транспортируются по одному проводу. Второй провод 27 выделен для сигналов АК, посы лаемых универсальными интерфейсами 23акогда они распознали свои адреса, Третий провод 28 используется для 82 12передачи на поверхность данных О. Ооа пеев (Б,О), исходящих от приборов.Количество данных, передаваемых от глубинной аппаратуры на наземную, обычно больше управляющих сигналов, передаваемых от наземной аппаратуры на глубинную, т.е. информация, которую нужно передать на поверхность, значительно больше информации, которую нужно передать в скважину. Поэтому частота передачи должна быть больше для пересылки информации из скважины на поверхность (40-80 кГц), она .почти соответствует верхнему пределу передачи сигналов по кабелю без искажения. Синхрониэирующие импульсы с частотой 80 или 40 кГц выра. батываются генератором, встроенным в глубинном модемеГенератор может быть независимым или связанным с генератором импульсов с частотой 20 кГц размещенным на поверхности. Когда закончен цикл выбора приборов, на пятый провод 30 канала связи посылается обратный импульс "Ке 1 оог (возврат) для оповещения глубинного контроллера. В режиме непрерывнойпередачи прибор, посылающий сигнал "йесоцг" (возврат), размещен последним в схеме приборов, передающих данные. Последним прибором в схеме является тот, который принял команду, в которой бит шестого разряда принял значе.ние 1 (см. фиг. 4).В режиме непрерывной передачи импульсы ОН пересылаются последователь но от одного прибора к другому, Эти синхрониэирующие импульсы являются в некотором роде сигналами выбора, Каждый прибор содержит в интерфейсе запоминающее устройство, в котором хранятся данные. Импульсы БН позволяют переслать содержимое памяти на наземную аппаратуру, причем синхрони. эирующий импульс запускает передачу бита информации. Емкости запоминающих устройств, фактически регистров сдвига; небольшие и позволяют хранить лишь небольшое число слов на прибор, Полный цикл выбора, осуществляемый передачей данных приборов по кабелю, соответствует последовательности и слов, содержащих каждый по 16 битов (фиг. 6). Когда передана информация последнего прибора, т.е. в конце цикла выбора, этот последний прибор посылает на контроллер сигнал Кейоцг (возврат). Этот сигнал позволяет ввести в запоминающие устройства приборов82 14ливают информационные и синхронизирующие сигналы, как показано на фнг,9"Р. Роппеев Кевин" и "Ног 1 ояе Кезг".Видно, что отсутствие синхронизирующнх сигналов совпадает с отсутствиеминформационных слов.Управляющий сигнал содержит максимально два слова по шестнадцать битовкаждое. Следовательно, максимальнаядлина сигнала Ъ. Эопаеев Кевин" составляет тридцать два бита, т,е. тридцатьдва импульса "Р. Хог 1 ояе Кевин". Когда на интерфейсы поступает сообщение,они отсчитывают тридцать два синхро"низирующих импульса н в конце посылают "предупредительный" сигнал, какизображено на фиг. 9. Это в некоторомроде самообнаружение конца сообщения.Пщинятое слово объявляется истинным,если оно содержит тридцать два бита,если это не так, то оно не учитывается интерфейсом.Синхронизация сигналов, поступивших на глубинное оборудование, показана на фиг. 10. Уже было упомянуто,что управляющие сигналы, кодированные в виде В 6-М для транспортировкипо кабелю между наземной и глубиннойаппаратурой, декодируютоя глубинныммодемом для восстановления формы синхронизирующих и информационных сигналов, изображенных на фиг, 10 подобозначение МЭ, Ног 1 ояе (МЭН) и МОРоппеев (МРР), причем МО обозначает,"нисходящий модем". Когда глубинныймодем распознал синхронизирующееслово управляющего сигнала (обозначение 16 на фиг. 2), он выдает сигнал"Меззаде" (сообщение), соответствующий логическому состоянию 1 в течение тридцати двух синхронизирующихимпульсов (длина двух команд по шест-надцати битов каждая). Начало сигнала "Мевваде", обозначенное на фиг.10цифрой 31, соответствует концу обнаружения синхронизирующего кода,сдвинутого, однако, вперед на четверть периода синхронизирующего импульса. Конец 32 согласно "Мевзаде"запаздывает также на четверть периода синхронизирующего импульса,Глубинный модем проверяет истинность поступившего управляющего сигнала, анализируя код ошибок 14(фиг, 2) Если модем обнаруживает1 13ошибку, он выдает сигнал Еггеиг"Еггеог" посылаются на глубинный конт"роллер, который пропускает сигналы 13 10870новые данные и подать импульсы на входпервого прибора, таким образом, система готова к следующему циклу выбора.В режиме "команда-ответ" на определенный прибор посылается специфический управляющий сигнал, Затем содержимое памяти этого прибора посылаетсяв кабель и транспортируется в контроллер. Когда содержимое памяти переданополностью, прибор посыпает сигнал 1 О"Кегоиг" (возврат) для оповещения глубинного контроллера; запоминающее устройство может принимать новые данные.Для передачи на поверхность другойинформации того же прибора или другого прибора наземный контроллер долженвновь послать специфический управляющий сигнал.На фиг. 9 изображены кодированиеи декодирование информационных (управ оляющих) и синхронизирующих сигналов,посылаемых от наземной аппаратуры наглубинную. При рассмотрении фиг. 3уже было указано, что сигналы, передаваемые наземным модемом на глубинный модем, представляют собой кодированные, сигналы В 6-М 50. Они содержатинформационные и синхронизирующиесигналы. Глубинный модем восстанавливает в отдельности форму информационных и синхронизирующих сигналов, изображенных на фиг. 9 соответственноР. Ног 1 ое (РН) и Р. Ропп 1 ев (0,0),Эти типы сигналов посылаются в глубинный контроллер, который снова преобра 35зует их в единый сигнал, обозначенный Р. 83.дпа 1 (08), который посылается по проводу 2 б канала связи, соединяющего приборы с глубинным контроллером. Объединение двух сигналов производится с целью экономии одногопровода в канале связи. Объединениеподчиняется следующим правилам еслиРР = 1 и РН = 1, то Р = + 1. ЕслиРН = О, то 0 = О. Если 00 = О и0 Н 1, то Р = 1. Следовательно, сигнал Р может быть трех уровней +1,О и -1, как изображено на фиг, 9,Интерфейсы, исходя из сигнала РС,восстанавливают синхронизирующие и50информационные сигналы. Сигнал 03мог подвергнуться значительному искажению и, поступая в интерфейсы, может(иметь форму, аналогичную изображенной на фиг, 9Р. Б 3.рпа 1 Г 1 Ргге", Ин 5терфейсы располагают двумя пороговыми12 2еличинами + - и -- для фильтрациисигнала РБ. Таким образом восстанав.15 10870 М)Н только в том случае, если сигнал "Меззаце" в логическом состоянии 1 и если сигнал "Еггецг" в логическом состоянии О. Так получают в самом глубинном контроллере сигнал ЭН 34. Таким 5 же образом в глубинном контроллере вырабатываются сигналы РЭ 35, если сигнал Меззаяе в логическом состоянии 1 и если сигнал "Еггецг" в логическом состоянии О. 10На фиг. 11 показана синхронизация различных сигналов для передачи данны от глубинной аппаратуры на наземную. Синхронизирующие импульсы с частотой 40 или 80 кГц, служающие для выбора приборов, выдаются глубинным модемом и изображены на фиг. 11обозначением 1%. Ногояе (ЮЗН), где М обозначает "модем на поверхность". Диалог между глубинным модемом и глубинным контроллером осуществляется с помощью сигналов "Еппзз 1 оп" (посылка) и "Рге 2 а Евегтге" (готов к посылке), изображенных на Фиг. 11 цифрами 36 и 37. Сигнал "РгеГа ЕвеГГге" посылается на 25 глубинный контроллер глубинным модемом, когда последний готов к передаче данных на поверхность. Сигнал Ев 1 зздоп" посылается глубинным контроллером на глубинный модем, когда глубин-З 0 ный контроллер располагает данными для передачи на поверхность. В режиме работы команда-ответ сигнал "Евззоп" приводится в логическое состояние 0 в конце каждого сообщения, направляемого на поверхность, В режиме непре 35 рывной передачи сигнал "Еппззоп" приводится в догическое состояние 1 сигналом "КеГоцг". Глубинный модем оповещен о том, что данные необходимо транспортировать на поверхность с принятием сигнала "Еппззоп" = 1. В этом случае глубинный модем генери. рует синхронизирующий код (38 на фиг. 6), затем посылает ла глубинный коллектор сигнал "Рге А Евеггге" 37.45 Синхронизирующие импульсы 1 Н 39 посы. лаются контроллером на приборы для выборки данных. Сигналы НН, выдаваемые глубинным контроллером, не что иное, как сигналы БЗН, выдаваемые50 глубинным модемом, когда сигнал "Евззьоп" в логическом состоянии 1й .и сигнал "РгЫ а ЕвеССге" в логичес. ком состоянии 1.Выбранные синхронизирующими импуль сами приборы посылают свои данные в канал связи. Эти данные поступают на модем через глубинный контроллер. Они представлены на фиг, 11 сигналом .МОР 40. Видно, что данные приборов выбираются задними фронтами синхрони зирующих импульсов 39. Когда сообщение передано, выдается сигнал "КеГо 13цг 41. Глубинный контроллер генерирует сигнал подтверждения возврата 42, когда он принимает сигнал "Кегоцг" 41.Наземная аппаратура соединена с глубинной аппаратурой с помощью обычного многожильного кабеля (в описанном примере выполнения собственно кабель состоит из семи электрических проводов). Электрический ток питания для глубинной аппаратуры подается в забой ло иным проводам кабеля, отличающимся от проводов, используемых для транспортировки данных. Однако электрический ток питания может проходить в тех проводах, ло которым передается информация. В этом случае на входе глубинного модема необходимо использовать фильтр. Этот кабель обычно используют в большинстве каротажных операций.Со ссылкой на фиг. 3 упомянуто, что управляющие сигналы, выдаваемые наземным контроллером, кодируются в виде ИК 2 Наземный модем преобразует эти сигналы в кодированные сигналы ВФ-М (фиг. 3 Д и 3 В ) . Сигналы Вд-М передаются ло кабелю от наземного модема на глубинный модем,Модуляция, используемая для передачи информационных сигналов от приборов на поверхность, является фазовой модуляцией известного типа, называемого РБК. Можно отметить, что модуляция В 4-М для управляющих сигналов не использует несущей частоты в противоположность модуляции РБК для информационных сигналов приборов. В соответствии с кодом Ж 7 Л (поп геЫцгп го гего ваг 1) уровень сигнала не принимается в расчет, так как биты 1 представлены в виде изменения уровня в одном или другом направлениях (увеличение или уменьшение уровня) и биты 0 представлены в виде отсутствия изменения уровня. Кодированные сигналы РБК в действительности являются сигналами, полученными с помощью несущей волны (80 кГц), модулированной кодированными сигналами ТКЕМ по двум фазам для модуляции с частотой 40 кГц или ло четырем фазам для модуляции с частотой 80 кГц. Модуляция РБК позволяет для данной