CN101951279A - 一种用于油田井下测调设备的电源线载波通信方法 - Google Patents

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王建平
叶震
刘勇
林君
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Abstract

本发明是为了解决油田井下测调设备无法对井下工作参数以及数据进行实时读取、操作过于繁琐、效率低下等问题，提供一种用于油田井下测调设备的电源线载波通信方法，目的是使井下测调仪在井下工作时，能够将采集到的水井、油井的工作参数通过电源线以数字方式传输到地面，同时控制井下仪器的工作，满足对油田水井、油井工作情况的实时监测和调控。其特征在于：将电源载波通信技术与移频键控调制解调技术相结合，以连接地面控制仪和井下测调仪的高压直流电源线(电压幅值90V～190V)为传输介质，采用两个频率承载二进制1和0的双频FSK载波调制解调方式，实现地面控制仪与井下测调仪的实时通信。

Description

一种用于油田井下测调设备的电源线载波通信方法
技术领域
本发明涉及一种载波通信方法，特别是一种用于油田井下测调设备的电源线载波通信方法。
技术背景
在石油生产领域中，为了保证油田的开采效率和生产安全，需要对井下的流量、压力、温度等工作参数进行监测并相应的加以调控。
目前，油田井下测调设备对采集到的数据一般分为两种提取方法：
一种是存储式监测，具体做法是将测调设备放入井下，利用设备中的MCU将采集的数据通过存储器存储起来，然后将测调设备提到井上进行数据读取，分析井下流量变化规律，再将测调设备放入井下进行调控，这种方法无法实现对井下工作参数进行实时监测，安全性较差，并且操作繁琐、效率低下；
另一种是利用电源线进行供电与数据传输，具体做法是地面控制仪将一定频率的连续脉冲作为一种指令，加载到电源信号上传到井下测调仪，井下测调仪相应的将传感器数据加载到电源信号上传回地面或对流量进行调控。这种方法虽然可以实现井下测调仪与地面控制仪的数据传输，解决了存储式监测需要反复上提、下放仪器的问题，但由于每次只能读取一种数据(流量、压力、温度等)，因此对井下数据的读取速度慢，且采用的脉冲信号很容易受到数据传输中的线路干扰，造成数据误报。
发明内容
本发明是为了解决上述油田井下测调设备无法对井下工作参数以及数据进行实时读取、操作过于繁琐、效率低下等问题，提供一种用于油田井下测调设备的电源线载波通信方法，目的是使井下测调仪在井下工作时，能够将采集到的水井、油井的工作参数通过电源线以数字方式传输到地面，同时控制井下仪器的工作，满足对油田水井、油井工作情况的实时监测和调控。其特征在于：将电源载波通信技术与移频键控调制解调技术相结合，以连接地面控制仪和井下测调仪的高压直流电源线(电压幅值90V～190V)为传输介质，采用两个频率承载二进制1和0的双频FSK载波调制解调方式，实现地面控制仪与井下测调仪的实时通信。
所述地面控制仪包含直流电源，通过电缆为井下测调仪的电机供电；
所述地面控制仪和井下测调仪均含有MCU微控制单元；
所述MCU微控制单元生成数字信号数据帧，并控制数据的接收、发送；
所述数字信号数据帧由通信协议确定，包括FSK数据帧的长度、信息类型、起始特征码格式、结束特征码格式，校验码类型等，其中：所述数据帧长度用于指明信息内容的字节数之和；所述信息类型用于指明当前数据帧中信息内容的属性，信息类型包括查询、设置和应答等类型，可以根据实际使用需要进行扩充；所述起始码格式用于判断是否为所需接收的数据帧，确保头部数据的正确传输。所述结束特征码用于确保数据帧尾部数据的可靠传输。所述校验码用于检验该数字帧的正确性，本发明采用异或校验。
所述地面控制仪和井下测调仪均包含有数据接收单元和数据发送单元；
所述地面控制仪的数据接收单元和发送单元通过供电电缆与井下测调仪的数据接收单元和发送单元相连接；
所述数据发送单元包含有FSK调制模块、功率放大模块和信号耦合模块，MCU中需要发送的数字信号数据帧通过FSK调制模块调制成频率不同的正弦波信号，其中逻辑1＝1300±4Hz，逻辑0＝2100±4Hz。FSK数据信号通过功率放大模块进行功率放大后，再通过信号耦合模块加载到电源线上，通过电源线传输到对方的数据接收单元；
所述数据接收单元包含有FSK解调模块、信号耦合模块和前置放大模块，接收到的信号通过信号耦合模块将直流信号进行隔离，分离出来的FSK信号通过前置放大模块放大后进入FSK解调模块进行解码，解调成MCU可识别的相应高低电平信号；
所述数据的接收、发送由MCU微控制单元控制，首先井下测调仪按照一定的时间间隔不断的向地面控制仪发送井下数据，发送完一个数据帧后由井下的MCU微控制单元控制进入接收状态，在这个时间间隔内，地面控制仪由地面MCU微控制单元控制将地面数据发送到井下测调仪中。
本发明以给井下测调仪供电的高压直流电源线为传输媒介，无须另设通信电缆，大大降低了成本，在载波供电电源功率和电源线衰减特性内没有负载和传输距离的限制，直接通信距离高达5000米，传输速率可达1200bit/s。采用的数字信号数据帧能够一次性传输多个数据，读取速度快，能够实时的对井下各种工作参数进行监测。而采用正弦信号的FSK调制解调方式能有效避免井下地磁地电及其他高压用电设备所产生的脉冲噪声对信号传输的影响，具有可靠的抗干扰性，更适用于井下复杂的强噪声环境。
附图说明
图1是井下测调设备的通信框图。
图2是数据发送单元和数据接收单元的组成框图。
具体实施方式
下面通过具体的实例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
本实例如附图1所示主要包括地面控制仪1和井下测调仪2，地面控制仪1中的直流电源5，通过电源线3为井下测调仪的电机11供电。地面控制仪1包含MCU微控制单元4、数据发送单元6、数据接收单元7；井下测调仪2包含MCU微控制单元8、数据发送单元9、数据接收单元10。地面控制仪1和井下测调仪2的数据发送单元6、9如附图2所示均由FSK数据调制模块12、功率放大模块13、信号耦合模块14组成；地面控制仪1和井下测调仪2的数据接收单元7、10如附图2所示均由FSK数据解调模块15、前置放大模块16、信号耦合模块17组成。
各个模块的工作过程描述：
(1)建立通信协议，在通信协议中至少确定数字信号数据帧的长度、信息类型、起始特征码格式、结束特征码格式，校验码类型等。
(2)数据发送单元：由一端MCU微控制单元(4、8)控制，并发出“发送命令”后，数据发送单元(6、9)立即进入数据发送状态。MCU微控制单元(4、8)中所需发送的数据按照协议规定的数据帧格式组帧后，通过FSK数据调制模块12将数字信号调制成频率不同的正弦波信号，其中数字信号逻辑1＝1300±4Hz，逻辑0＝2100±4Hz。调制后的正弦波信号通过功率放大模块13进行放大后，由信号耦合模块14加载到电源信号上，通过电源线传输到另一端的数据接收单元(10、7)；
(3)数据接收单元：由一端MCU微控制单元(4、8)控制，并发出“接收命令”后，数据接收单元(7、10)立即进入数据接收状态。通过电源线传输过来的已调信号经信号耦合模块17的提取、滤波，前置放大模块16的放大后送入FSK数据解调模块15，解调模块将输入的正弦波信号解调成MCU可识别的相应高低电平信号送入MCU，然后MCU即可对接收到的有效数据进行解帧、处理。
(4)井下测调仪的MCU微控制单元8首先将采集到的传感器数据根据制定的协议组成数字信号数据帧，按照一定的时间间隔向地面发送井下数据，发送完一个数据帧后由井下的MCU微控制单元8控制进入接收状态，在这个时间间隔内，地面控制仪1由地面MCU微控制单元4控制将地面数据发送到井下测调仪2中，井下测调仪2中的MCU根据地面控制仪1发送的命令数据设定井下的数据接收、发送模式。

Claims (2)

1.一种用于油田井下测调设备的电源线载波通信方法，其特征在于：将电源载波通信技术与移频键控调制解调技术相结合，以连接地面控制仪和井下测调仪的高压直流电源线(电压幅值90V～150V)为传输介质，采用两个频率承载二进制1和0的双频FSK载波调制解调方式，实现地面控制仪与井下测调仪的实时通信。
所述地面控制仪包含直流电源，通过电缆为井下测调仪的电机供电；
所述地面控制仪和井下测调仪均含有MCU微控制单元；
所述MCU微控制单元生成数字信号数据帧，并控制数据的接收、发送；
所述数字信号数据帧由通信协议确定，包括FSK数据帧的长度、信息类型、起始特征码格式、结束特征码格式，校验码类型等。
所述地面控制仪和井下测调仪均包含有数据接收单元和数据发送单元；
所述地面控制仪的数据接收单元和发送单元通过供电电缆与井下测调仪的数据接收单元和发送单元相连接；
所述数据发送单元包含有FSK调制模块、功率放大模块和信号耦合模块，MCU中需要发送的数字信号数据帧通过FSK调制模块调制成频率不同的正弦波信号，其中逻辑1＝1300±4Hz，逻辑0＝2100±4Hz。FSK数据信号通过功率放大模块进行功率放大后，再通过信号耦合模块加载到电源线上，通过电源线传输到对方的数据接收单元；
所述数据接收单元包含有FSK解调模块、信号耦合模块和前置放大模块，接收到的信号通过信号耦合模块将直流信号进行隔离，分离出来的FSK信号通过前置放大模块放大后进入FSK解调模块进行解码，解调成MCU可识别的相应高低电平信号；
所述数据的接收、发送由MCU微控制单元控制，首先井下测调仪按照一定的时间间隔不断的向地面控制仪发送井下数据，发送完一个数据帧后由井下的MCU微控制单元控制进入接收状态，在这个时间间隔内，地面控制仪由地面MCU微控制单元控制将地面数据发送到井下测调仪中。
2.根据权利要求1所述的一种用于油田井下测调设备的电源线载波通信方法，其中：所述数据帧长度用于指明信息内容的字节数之和；所述信息类型用于指明当前数据帧中信息内容的属性，信息类型包括查询、设置和应答等类型，可以根据实际使用需要进行扩充；所述起始码格式用于判断是否为所需接收的数据帧，确保头部数据的正确传输。所述结束特征码用于确保数据帧尾部数据的可靠传输。所述校验码用于检验该数字帧的正确性，本发明采用异或校验。
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