[stells 12]

озадачился разработкой такой системы:

тенденцией развития подобных систем является переход к цифровому обмену между регистратором и скважинными приборами. Преимущества такого подхода очевидны:

- унификация интерфейса прибор-регистратор;

- помехозащищенность информации;

- возможность приема различной (в том числе служебной) информации от нескольких приборов (сборки) по одному кабелю;

- возможность управления прибором в процессе каротажа.

Целями настоящей работы являются:

- разработка протокола обмена между регистратором и ПК;

- разработка протокола обмена между скважинными приборами (СП) и регистратором (РГ).

В качестве интерфейса связи между РГ и ПК может быть применен любой известный последовательный интерфейс передачи данных. Для простоты реализации новой системы сохраняется интерфейс RS-232, использующийся в настоящее время.

В качестве интерфейса связи между РГ и СП разработан свой интерфейс (Interface Devices for Chinks – IDC).

лежат уже на столе регистратор, имитатор скважинного прибора, лежит на полу катушка с 300м достаточно "плохого" французского кабеля (сопротивление ТПЖ порядка 80Ом/км), набросал описание протокола и алгоритмы обработки пакетов данных.

регистратор содержит источник питания скважинных приборов 60В/20Вт, реализацию интерфейса IDC, обработку сигналов от датчиков меток и глубины (энкодер), интерфейс RS-232:

не особо рассчитываю, что кто-то будет вчитываться, но все же... может быть найдутся единомышленники или просто возникнут интересные идеи? :)

 

Изменено 30 ноября, 2009 пользователем stells

[Гость @Ark]

озадачился разработкой такой системы...

Требования на самые главные (критичные) характеристики системы, как раз, и не определены -

частота опроса датчиков и возможные объемы передаваемой информации. Не указан, также возможный температурный диапазон, уровень вибраций, э/м помех и т.п. ... В зависимости от этих требований диапазон возможных технических решений будет сильно различаться - от широкого выбора уже существующих вариантов, до необходимости разработки собственных, оригинальных решений... Разработку и применение собственного протокола обмена нужно как-то обосновать. Иначе, почему бы не применить какой-либо из уже существующих и стандартных (тот же Модбас, например)...

[stells 12]

Требования на самые главные (критичные) характеристики системы, как раз, и не определены -

частота опроса датчиков и возможные объемы передаваемой информации. Не указан, также возможный температурный диапазон, уровень вибраций, э/м помех и т.п. ... В зависимости от этих требований диапазон возможных технических решений будет сильно различаться - от широкого выбора уже существующих вариантов, до необходимости разработки собственных, оригинальных решений... Разработку и применение собственного протокола обмена нужно как-то обосновать. Иначе, почему бы не применить какой-либо из уже существующих и стандартных (тот же Модбас, например)...

1.частота опроса датчиков скважинных приборов определяется скоростью каротажа и количеством измерений на 1м. я исходил из того, что максимальная скорость каротажа составляет 3600м/ч, а количество измерений - 10 на 1м. таким образом время измерений и цикл опроса приборов составляют 100мс. полный цикл запрос-ответ для одного слова данных при скорости обмена по кабелю 9600бит/с составляет около 6мс, поэтому на заданный временной интервал можно получить 16 слов данных от скважинных приборов - вполне достаточно. при большем разрешении на 1м и/или большем количестве данных скорость каротажа нужно уменьшать.

2.температурный диапазон работы скважинных приборов сейчас не рассматривается, но для наших задач (глубины до 1км) это обычный индустриальный. температурный диапазон работы регистратора - кабина оператора кунга каротажной станции, т.е. коммерческий.

3.уровень вибрации для скважинных приборов так же не интересен сейчас, а для регистратора - опять же кабина оператора, сильных вибраций и ускорений нет.

4.ЭМП - сказать трудно. самыми мощными их источниками наверное являются привод лебедки и генератор, но они удалены и находятся в рабочем отсеке кунга.

5.существующие варианты - это чужие варианты, как правило суперуниверсальные, оттого сверхизбыточные и дорогие. есть уже готовый регистратор типа того, что я привел на рисунке?

6.протокол Модбас также сверхизбыточен для данной задачи, а значит требует лишних вычислительных ресурсов и оперативной памяти

спасибо, @Ark! :)

 

я в принципе сначала и начал с урезания Модбаса, но потом понял, что от него остается от силы четверть и при этом он все-равно остается избыточным и неэкономным по формату кадра, и решил делать по-новой... я оглядкой конечно

Изменено 30 ноября, 2009 пользователем stells

[Гость @Ark]

Ну, при таких требованиях, система получается в общем-то, ничем не выдающаяся. Таких много...

Приходится делать что-то подобное перманентно, из проекта в проект. Как правило - на основе RS-485 либо Ethernet... Стандартный интерфейс и протокол Modbus, в частности, удобен тем, что его можно обрабатывать непосредственно в ПК. Тогда отпадает необходимость в промежуточном регистраторе и конверторе протоколов/интерфейсов. Собственный же интерфейс и протокол, скорее всего, потребует наличия дополнительного устройства между линией и ПК. Это лишнее усложнение системы...

Кстати, реализовывать ModBus в полном объеме - нет ни какой необходимости. Достаточно ограничиться несколькими основными командами (двумя-тремя). В подавляющем большинстве случае - этого вполне достаточно...

P.S. Если ваши изыскания имеют под собой какой-то реальный проект - обращайтесь: http://www.ellab.ru/index.htm

Может получится сотрудничество, кто знает...

[stells 12]

Ну, при таких требованиях, система получается в общем-то, ничем не выдающаяся. Таких много...

 

обращайтесь: http://www.ellab.ru/index.htm

Может получится сотрудничество, кто знает...

1.написал в личку... сотрудничество, оказывается, и было, и есть этот регистратор ваш монтажник паял (Сереге привет!) :)

2.насчет "много"... например? :)

3.насчет выдающейся... не претендую, просто хотел услышать мнение

4.напрямую RS-485 или Ethernet не получается - нужно по 2-м жилам питание и сигнал передавать, так что преобразователь по-любому нужен

Изменено 30 ноября, 2009 пользователем stells

[Гость @Ark]

написал в личку... сотрудничество, оказывается, и было, и есть этот регистратор ваш монтажник паял (Сереге привет!)

Передам (только от кого?). Да, как тесен мир, оказывается... :)

насчет "много"... например?

Да, вот совсем недавно, пару в чем-то похожих проектов завершили. Только километрового кабеля там нет... :)

P.S. Ответил в личку.

[stells 12]

Только километрового кабеля там нет... :)

в смысле? меньше? больше? я находил ссылки на то, что RS-485 в принципе до 3км люди используют без повторителей... проверять только надо на конкретном кабеле

 

а в Лаборатории Электроники буду недельки через две - нужно будет отдать в монтаж партию комплектов плат радиометров

Изменено 30 ноября, 2009 пользователем stells

[Гость @Ark]

в смысле? меньше? больше? я находил ссылки на то, что RS-485 в принципе до 3км люди используют без повторителей... проверять только надо на конкретном кабеле.

Ну, в нашем случае значительно меньше... Надо по форуму поискать - помню, кто-то писал, что по RS-485 на 10км передавал без повторителей...

а в Лаборатории Электроники буду недельки через две...

Тогда, до встречи! :)

[stells 12]

помню, кто-то писал, что по RS-485 на 10км передавал без повторителей...

ну... теоретически при сопротивлении ТПЖ нормального кабеля 25Ом/км и сопротивлении терминатора 100-120Ом на входе приемника после 10км должно быть не меньше 500мВ дифференциального сигнала при чувствительности приемопередатчиков RS-485 - 200мВ. даже запас есть. просто реактивности кабеля сыграют свою роль, поэтому скорость сильно упадет

[stells 12]

на входе приемника после 10км должно быть не меньше 500мВ дифференциального сигнала при чувствительности приемопередатчиков RS-485 - 200мВ

а вот тут у меня сейчас возник вопрос по выбору резисторов подтяжки для трансиверов. схема интерфейса следующая:

дроссели и конденсаторы на входах трансиверов образуют частотный сплиттер для разделения сигналов и питания. терминальные резисторы указаны на всех слейвах, но на самом деле предполагается их включение только по концам кабеля.

но! во-первых, там, где их не будет резисторы подтяжки растянут напряжения до рельсов и слабый (скажем 1В) дифференциальный сигнал вход трансивера не воспримет. во-вторых, если слейвов большое количество, то резисторы подтяжки по переменному току включаются в параллель терминатору и снижают сопротивление согласования кабеля.

отсюда вывод: терминаторы на концах кабеля надо ставить не непосредственно на входах трансиверов, а до разделительных конденсаторов, а сопротивление резисторов подтяжки и смещения входов А и Б увеличивать. скажем, на подтяжки - 10кОм, на смещение - 1кОм. это обеспечит напряжение смещения около 230-240мВ, что близко к чувствительности трансиверов и помеха сможет вызвать их переключение. а если резистор смещения увеличить скажем до 2кОм, когда напряжение смещения станет равным 450мВ, то слабый дифференциальный сигнал не пробьется через трансивер или пробьется со значительным сдвигом фронтов.

в оригинале терминаторы обычно ставят 120Ом, а резисторы подтяжки - от 560 до 1,1кОм. теоретически это обеспечивает смещение 210-450мВ.

вопрос заключается в том, какое напряжение смещения обеспечивает устойчивое состояние трансиверов при длине кабеля до 1км при слабых ЭМП? что на практике?

 

кстати, на 300 метрах этого кабеля информационный сигнал при скорости передачи 19200бит/с восстанавливается прекрасно. видно, что скорость может быть и большей, но я пока не пробовал, да и программно затруднительно будет обрабатывать такой битрейт.

Изменено 2 декабря, 2009 пользователем stells

[serebr 0]

Для большинства каротажных кабелей с центральной жилой диаметром около 0.9 мм есть неприятный диапазон частот (в районе 4 кгц), в котором происходит изменение индуктивности центрального проводника. Это происходит из-за проявления скин эффекта, вытесняющего ток из объёма проводника на его поверхность. Как следствие меняется волновое сопротивление кабеля, условия его активного согласования становятся нетривиальными.

Известные мне системы, использующие модуляцию типа "манчестер", работают на частоте примерно 20 кбит/с. В этом случае максимум энергетического спектра сигнала сидит примерно на 15 кГц, что позволяет относительно безболезненно работать в условиях присутствия аномалии на 4 кГц.

Для вас я бы порекомендовал действовать так же, а именно - основной частотой сделать не 9600 бит/с, а 19200. Для кабеля длиной 1 км это совершенно "детская" скорость, всё будет работать на ура.

 

Кстати, кабель длиной 1 км - достаточно неудобный случай в плане обеспечения согласования волнового сопротивления. Дело в том, что, с одной стороны, на такой длине на частотах до 40 кГц затухание достаточно малое, а с другой стороны - заметная задержка сигнала в линии (~10 мкс на круг) приводит к вполне ощутимому искажению фронтов.

[stells 12]

описанную Вами аномалию и отражения, как ее следствие, пока не вижу. кабель, который сейчас использую, 4-жильный, длина около 300м, задержки фронтов около 2мкс в одну сторону. терминаторы включены на концах кабеля через разделительные конденсаторы, а подтяжку входов трансиверов RS-485 сделал просто на их питание, только для смещения один вход подтянут через 18кОм, а другой - через 24кОм.

пробовать буду пока со скоростью 19200бит/с, вроде как это оптимально с точки зрения пропускной способности и способности контроллеров программно обработать Манчестер

спасибо, serebr :)

Изменено 10 декабря, 2009 пользователем stells

[serebr 0]

Насколько я понял, информация будет передаваться в полудуплексном режиме, т.е. поочерёдно работают сначала передатчик сверху вниз, потом передатчик снизу вверх. Правильно?

 

В 4-х жильном кабеле сигнал будет передаваться по паре центральных жил (парафазно), или по одной из жил относительно оплётки кабеля?

[stells 12]

да, режим полудуплексный. на 4-жильном кабеле я сейчас просто экспериментирую/отлаживаюсь. вообще-то у нас используются в основном 3-жильные кабели, броня не используется, потенциал на броне - помеха при электрокаротаже. поэтому 2 жилы планируется использовать для питания и передачи данных, а 3-ю - для передачи в скважинный прибор потенциала земли (рыбы) для электрокаротажа (КС-ПС)

[serebr 0]

Понятно, значит вполне стандартное использование каротажного кабеля. В этом случае влияние 3-й несогласованной жилы (ПС) проявляться не будет, т.к. другие 2 сигнальные жилы работают по дифференциальной схеме.

Я спросил это потому, что при передаче данных по одной жиле относительно брони влиянием остальных жил пренебрегать уже не всегда можно. Из-за ёмкостной и индуктивной связи между жилами при несимметричной линии связи возникают наводки от сигнала на несигнальных жилах, а потом проявляются и обратные наводки с несигнальных жил на сигнальные. Очень неприятный эффект.

 

Конечное согласование связки приборов можно делать в нижней механической заглушке, если все приборы проходные. Если в связке есть непроходной прибор, то тогда ещё проще - он всегда последний и в нём можно делать согласование наверняка.

 

P.S. Я бы делал согласование и растяжку так (это после конденсаторов, конечно):

Изменено 10 декабря, 2009 пользователем serebr