專利名稱：一種用于油田井下測調(diào)設(shè)備的電源線載波通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種載波通信方法，特別是一種用于油田井下測調(diào)設(shè)備的電源線載波 通信方法。
背景技術(shù)：
在石油生產(chǎn)領(lǐng)域中，為了保證油田的開采效率和生產(chǎn)安全，需要對井下的流量、壓 力、溫度等工作參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測并相應(yīng)的加以調(diào)控。目前，油田井下測調(diào)設(shè)備對采集到的數(shù)據(jù)一般分為兩種提取方法一種是存儲式監(jiān)測，具體做法是將測調(diào)設(shè)備放入井下，利用設(shè)備中的MCU將采集 的數(shù)據(jù)通過存儲器存儲起來，然后將測調(diào)設(shè)備提到井上進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，分析井下流量變化 規(guī)律，再將測調(diào)設(shè)備放入井下進(jìn)行調(diào)控，這種方法無法實(shí)現(xiàn)對井下工作參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測， 安全性較差，并且操作繁瑣、效率低下；另一種是利用電源線進(jìn)行供電與數(shù)據(jù)傳輸，具體做法是地面控制儀將一定頻率的 連續(xù)脈沖作為一種指令，加載到電源信號上傳到井下測調(diào)儀，井下測調(diào)儀相應(yīng)的將傳感器 數(shù)據(jù)加載到電源信號上傳回地面或?qū)α髁窟M(jìn)行調(diào)控。這種方法雖然可以實(shí)現(xiàn)井下測調(diào)儀與 地面控制儀的數(shù)據(jù)傳輸，解決了存儲式監(jiān)測需要反復(fù)上提、下放儀器的問題，但由于每次只 能讀取一種數(shù)據(jù)(流量、壓力、溫度等)，因此對井下數(shù)據(jù)的讀取速度慢，且采用的脈沖信號 很容易受到數(shù)據(jù)傳輸中的線路干擾，造成數(shù)據(jù)誤報。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述油田井下測調(diào)設(shè)備無法對井下工作參數(shù)以及數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí) 時讀取、操作過于繁瑣、效率低下等問題，提供一種用于油田井下測調(diào)設(shè)備的電源線載波通 信方法，目的是使井下測調(diào)儀在井下工作時，能夠?qū)⒉杉降乃?、油井的工作參?shù)通過電 源線以數(shù)字方式傳輸?shù)降孛?，同時控制井下儀器的工作，滿足對油田水井、油井工作情況的 實(shí)時監(jiān)測和調(diào)控。其特征在于將電源載波通信技術(shù)與移頻鍵控調(diào)制解調(diào)技術(shù)相結(jié)合，以連 接地面控制儀和井下測調(diào)儀的高壓直流電源線(電壓幅值90V 190V)為傳輸介質(zhì)，采用 兩個頻率承載二進(jìn)制1和0的雙頻FSK載波調(diào)制解調(diào)方式，實(shí)現(xiàn)地面控制儀與井下測調(diào)儀 的實(shí)時通信。所述地面控制儀包含直流電源，通過電纜為井下測調(diào)儀的電機(jī)供電；所述地面控制儀和井下測調(diào)儀均含有MCU微控制單元；所述MCU微控制單元生成數(shù)字信號數(shù)據(jù)幀，并控制數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送；所述數(shù)字信號數(shù)據(jù)幀由通信協(xié)議確定，包括FSK數(shù)據(jù)幀的長度、信息類型、起始特 征碼格式、結(jié)束特征碼格式，校驗(yàn)碼類型等，其中所述數(shù)據(jù)幀長度用于指明信息內(nèi)容的字 節(jié)數(shù)之和；所述信息類型用于指明當(dāng)前數(shù)據(jù)幀中信息內(nèi)容的屬性，信息類型包括查詢、設(shè)置 和應(yīng)答等類型，可以根據(jù)實(shí)際使用需要進(jìn)行擴(kuò)充；所述起始碼格式用于判斷是否為所需接 收的數(shù)據(jù)幀，確保頭部數(shù)據(jù)的正確傳輸。所述結(jié)束特征碼用于確保數(shù)據(jù)幀尾部數(shù)據(jù)的可靠傳輸。所述校驗(yàn)碼用于檢驗(yàn)該數(shù)字幀的正確性，本發(fā)明采用異或校驗(yàn)。 所述地面控制儀和井下測調(diào)儀均包含有數(shù)據(jù)接收單元和數(shù)據(jù)發(fā)送單元；所述地面控制儀的數(shù)據(jù)接收單元和發(fā)送單元通過供電電纜與井下測調(diào)儀的數(shù)據(jù) 接收單元和發(fā)送單元相連接；所述數(shù)據(jù)發(fā)送單元包含有FSK調(diào)制模塊、功率放大模塊和信號耦合模塊，MCU中需 要發(fā)送的數(shù)字信號數(shù)據(jù)幀通過FSK調(diào)制模塊調(diào)制成頻率不同的正弦波信號，其中邏輯1 = 1300 士 4Hz，邏輯0 = 2100 士 4Hz。FSK數(shù)據(jù)信號通過功率放大模塊進(jìn)行功率放大后，再通過 信號耦合模塊加載到電源線上，通過電源線傳輸?shù)綄Ψ降臄?shù)據(jù)接收單元；所述數(shù)據(jù)接收單元包含有FSK解調(diào)模塊、信號耦合模塊和前置放大模塊，接收到 的信號通過信號耦合模塊將直流信號進(jìn)行隔離，分離出來的FSK信號通過前置放大模塊放 大后進(jìn)入FSK解調(diào)模塊進(jìn)行解碼，解調(diào)成MCU可識別的相應(yīng)高低電平信號；所述數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送由MCU微控制單元控制，首先井下測調(diào)儀按照一定的時間 間隔不斷的向地面控制儀發(fā)送井下數(shù)據(jù)，發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀后由井下的MCU微控制單元控 制進(jìn)入接收狀態(tài)，在這個時間間隔內(nèi)，地面控制儀由地面MCU微控制單元控制將地面數(shù)據(jù) 發(fā)送到井下測調(diào)儀中。本發(fā)明以給井下測調(diào)儀供電的高壓直流電源線為傳輸媒介，無須另設(shè)通信電纜， 大大降低了成本，在載波供電電源功率和電源線衰減特性內(nèi)沒有負(fù)載和傳輸距離的限制， 直接通信距離高達(dá)5000米，傳輸速率可達(dá)1200bit/s。采用的數(shù)字信號數(shù)據(jù)幀能夠一次性 傳輸多個數(shù)據(jù)，讀取速度快，能夠?qū)崟r的對井下各種工作參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。而采用正弦信號的 FSK調(diào)制解調(diào)方式能有效避免井下地磁地電及其他高壓用電設(shè)備所產(chǎn)生的脈沖噪聲對信號 傳輸?shù)挠绊?，具有可靠的抗干擾性，更適用于井下復(fù)雜的強(qiáng)噪聲環(huán)境。


圖1是井下測調(diào)設(shè)備的通信框圖。圖2是數(shù)據(jù)發(fā)送單元和數(shù)據(jù)接收單元的組成框圖。
具體實(shí)施例方式下面通過具體的實(shí)例并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。本實(shí)例如附圖1所示主要包括地面控制儀1和井下測調(diào)儀2，地面控制儀1中的 直流電源5，通過電源線3為井下測調(diào)儀的電機(jī)11供電。地面控制儀1包含MCU微控制單 元4、數(shù)據(jù)發(fā)送單元6、數(shù)據(jù)接收單元7 ；井下測調(diào)儀2包含MCU微控制單元8、數(shù)據(jù)發(fā)送單元 9、數(shù)據(jù)接收單元10。地面控制儀1和井下測調(diào)儀2的數(shù)據(jù)發(fā)送單元6、9如附圖2所示均 由FSK數(shù)據(jù)調(diào)制模塊12、功率放大模塊13、信號耦合模塊14組成；地面控制儀1和井下測 調(diào)儀2的數(shù)據(jù)接收單元7、10如附圖2所示均由FSK數(shù)據(jù)解調(diào)模塊15、前置放大模塊16、信 號耦合模塊17組成。各個模塊的工作過程描述(1)建立通信協(xié)議，在通信協(xié)議中至少確定數(shù)字信號數(shù)據(jù)幀的長度、信息類型、起 始特征碼格式、結(jié)束特征碼格式，校驗(yàn)碼類型等。(2)數(shù)據(jù)發(fā)送單元由一端MCU微控制單元(4、8)控制，并發(fā)出“發(fā)送命令”后，數(shù)
4據(jù)發(fā)送單元(6、9)立即進(jìn)入數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)。MCU微控制單元(4、8)中所需發(fā)送的數(shù)據(jù)按照 協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)幀格式組幀后，通過FSK數(shù)據(jù)調(diào)制模塊12將數(shù)字信號調(diào)制成頻率不同的正 弦波信號，其中數(shù)字信號邏輯1 = 1300士4Hz，邏輯O = 2100士4Hz。調(diào)制后的正弦波信號 通過功率放大模塊13進(jìn)行放大后，由信號耦合模塊14加載到電源信號上，通過電源線傳輸 到另一端的數(shù)據(jù)接收單元(10、7)； (3)數(shù)據(jù)接收單元由一端MCU微控制單元(4、8)控制，并發(fā)出“接收命令”后，數(shù) 據(jù)接收單元(7、10)立即進(jìn)入數(shù)據(jù)接收狀態(tài)。通過電源線傳輸過來的已調(diào)信號經(jīng)信號耦合 模塊17的提取、濾波，前置放大模塊16的放大后送入FSK數(shù)據(jù)解調(diào)模塊15，解調(diào)模塊將輸 入的正弦波信號解調(diào)成MCU可識別的相應(yīng)高低電平信號送入MCU，然后MCU即可對接收到的 有效數(shù)據(jù)進(jìn)行解幀、處理。(4)井下測調(diào)儀的MCU微控制單元8首先將采集到的傳感器數(shù)據(jù)根據(jù)制定的協(xié)議 組成數(shù)字信號數(shù)據(jù)幀，按照一定的時間間隔向地面發(fā)送井下數(shù)據(jù)，發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀后由 井下的MCU微控制單元8控制進(jìn)入接收狀態(tài)，在這個時間間隔內(nèi)，地面控制儀1由地面MCU 微控制單元4控制將地面數(shù)據(jù)發(fā)送到井下測調(diào)儀2中，井下測調(diào)儀2中的MCU根據(jù)地面控 制儀1發(fā)送的命令數(shù)據(jù)設(shè)定井下的數(shù)據(jù)接收、發(fā)送模式。
權(quán)利要求
一種用于油田井下測調(diào)設(shè)備的電源線載波通信方法，其特征在于將電源載波通信技術(shù)與移頻鍵控調(diào)制解調(diào)技術(shù)相結(jié)合，以連接地面控制儀和井下測調(diào)儀的高壓直流電源線(電壓幅值90V～150V)為傳輸介質(zhì)，采用兩個頻率承載二進(jìn)制1和0的雙頻FSK載波調(diào)制解調(diào)方式，實(shí)現(xiàn)地面控制儀與井下測調(diào)儀的實(shí)時通信。所述地面控制儀包含直流電源，通過電纜為井下測調(diào)儀的電機(jī)供電；所述地面控制儀和井下測調(diào)儀均含有MCU微控制單元；所述MCU微控制單元生成數(shù)字信號數(shù)據(jù)幀，并控制數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送；所述數(shù)字信號數(shù)據(jù)幀由通信協(xié)議確定，包括FSK數(shù)據(jù)幀的長度、信息類型、起始特征碼格式、結(jié)束特征碼格式，校驗(yàn)碼類型等。所述地面控制儀和井下測調(diào)儀均包含有數(shù)據(jù)接收單元和數(shù)據(jù)發(fā)送單元；所述地面控制儀的數(shù)據(jù)接收單元和發(fā)送單元通過供電電纜與井下測調(diào)儀的數(shù)據(jù)接收單元和發(fā)送單元相連接；所述數(shù)據(jù)發(fā)送單元包含有FSK調(diào)制模塊、功率放大模塊和信號耦合模塊，MCU中需要發(fā)送的數(shù)字信號數(shù)據(jù)幀通過FSK調(diào)制模塊調(diào)制成頻率不同的正弦波信號，其中邏輯1＝1300±4Hz，邏輯0＝2100±4Hz。FSK數(shù)據(jù)信號通過功率放大模塊進(jìn)行功率放大后，再通過信號耦合模塊加載到電源線上，通過電源線傳輸?shù)綄Ψ降臄?shù)據(jù)接收單元；所述數(shù)據(jù)接收單元包含有FSK解調(diào)模塊、信號耦合模塊和前置放大模塊，接收到的信號通過信號耦合模塊將直流信號進(jìn)行隔離，分離出來的FSK信號通過前置放大模塊放大后進(jìn)入FSK解調(diào)模塊進(jìn)行解碼，解調(diào)成MCU可識別的相應(yīng)高低電平信號；所述數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送由MCU微控制單元控制，首先井下測調(diào)儀按照一定的時間間隔不斷的向地面控制儀發(fā)送井下數(shù)據(jù)，發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀后由井下的MCU微控制單元控制進(jìn)入接收狀態(tài)，在這個時間間隔內(nèi)，地面控制儀由地面MCU微控制單元控制將地面數(shù)據(jù)發(fā)送到井下測調(diào)儀中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于油田井下測調(diào)設(shè)備的電源線載波通信方法，其中 所述數(shù)據(jù)幀長度用于指明信息內(nèi)容的字節(jié)數(shù)之和；所述信息類型用于指明當(dāng)前數(shù)據(jù)幀中信 息內(nèi)容的屬性，信息類型包括查詢、設(shè)置和應(yīng)答等類型，可以根據(jù)實(shí)際使用需要進(jìn)行擴(kuò)充； 所述起始碼格式用于判斷是否為所需接收的數(shù)據(jù)幀，確保頭部數(shù)據(jù)的正確傳輸。所述結(jié)束 特征碼用于確保數(shù)據(jù)幀尾部數(shù)據(jù)的可靠傳輸。所述校驗(yàn)碼用于檢驗(yàn)該數(shù)字幀的正確性，本 發(fā)明采用異或校驗(yàn)。
全文摘要
本發(fā)明是為了解決油田井下測調(diào)設(shè)備無法對井下工作參數(shù)以及數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時讀取、操作過于繁瑣、效率低下等問題，提供一種用于油田井下測調(diào)設(shè)備的電源線載波通信方法，目的是使井下測調(diào)儀在井下工作時，能夠?qū)⒉杉降乃⒂途墓ぷ鲄?shù)通過電源線以數(shù)字方式傳輸?shù)降孛?，同時控制井下儀器的工作，滿足對油田水井、油井工作情況的實(shí)時監(jiān)測和調(diào)控。其特征在于將電源載波通信技術(shù)與移頻鍵控調(diào)制解調(diào)技術(shù)相結(jié)合，以連接地面控制儀和井下測調(diào)儀的高壓直流電源線(電壓幅值90V～190V)為傳輸介質(zhì)，采用兩個頻率承載二進(jìn)制1和0的雙頻FSK載波調(diào)制解調(diào)方式，實(shí)現(xiàn)地面控制儀與井下測調(diào)儀的實(shí)時通信。
文檔編號H04B3/54GK101951279SQ20101027796
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者劉勇, 葉震, 林君, 王建平 申請人:長春銳利科技有限公司