📄Работа №42722
Тема: НАЗЕМНАЯ СТАНЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО СЕЙСМИЧЕСКОГО ПРОФИЛИРОВАНИЯ
Тип работы
Магистерская диссертация
Предмет
Физика
Объем:
58 листов
Год:
2018
Просмотров:
316
4900
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
ВВЕДЕНИЕ 3
1. ВЕРТИКАЛЬНОЕ СЕЙСМИЧЕСКОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ 7
1.1. Метод ВСП 7
1.2. Модификации метода ВСП 8
1.3. Направления развития ВСП 11
2. МОДУЛЬ ПРЕОБРАЗУЮЩИЙ ETHERNET В UART 14
2.1. Краткое описание протоколов TCP и UDP 14
2.1.1. Основы UDP 14
2.1.2. Основы TCP 15
2.3. Ethernet мост Wiznet W5500 17
2.4. Интеллект конвертера Ethernet-UART 20
2.5. Модульное исполнение конвертера Ethernet-UART 23
3. МОДУЛЬ СИНХРОНИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКАМИ
СЕЙСМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ 25
3.1. Функционал системы синхронизации 25
3.2. Аппаратная архитектура модуля 25
3.2.1. Блок питания 25
3.2.2. Входной аттенюатор 26
3.2.3. Контроллер процесса 27
3.3. Протокол связи 31
3.4. Алгоритм работы программного обеспечения 33
3.5. Корпус модуля 36
4. БЛОК ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПОЛЯРНОСТИ 38
5. НАЗЕМНЫЕ КАНАЛЫ СЕНСОРОВ ВИБРАЦИЙ 41
5.1. Архитектура аппаратной части сенсора 41
5.2. Алгоритм ПО с низким энергопотреблением 48
5.3. Усилитель мощности на 2.4 ГГц 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ВЕРТИКАЛЬНОЕ СЕЙСМИЧЕСКОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ 7
1.1. Метод ВСП 7
1.2. Модификации метода ВСП 8
1.3. Направления развития ВСП 11
2. МОДУЛЬ ПРЕОБРАЗУЮЩИЙ ETHERNET В UART 14
2.1. Краткое описание протоколов TCP и UDP 14
2.1.1. Основы UDP 14
2.1.2. Основы TCP 15
2.3. Ethernet мост Wiznet W5500 17
2.4. Интеллект конвертера Ethernet-UART 20
2.5. Модульное исполнение конвертера Ethernet-UART 23
3. МОДУЛЬ СИНХРОНИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКАМИ
СЕЙСМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ 25
3.1. Функционал системы синхронизации 25
3.2. Аппаратная архитектура модуля 25
3.2.1. Блок питания 25
3.2.2. Входной аттенюатор 26
3.2.3. Контроллер процесса 27
3.3. Протокол связи 31
3.4. Алгоритм работы программного обеспечения 33
3.5. Корпус модуля 36
4. БЛОК ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПОЛЯРНОСТИ 38
5. НАЗЕМНЫЕ КАНАЛЫ СЕНСОРОВ ВИБРАЦИЙ 41
5.1. Архитектура аппаратной части сенсора 41
5.2. Алгоритм ПО с низким энергопотреблением 48
5.3. Усилитель мощности на 2.4 ГГц 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
📖 Введение
ВСП - вертикальное сейсмическое профилирование - один из методов скважинной сейсморазведки, в основе которого лежит изучение особенностей волнового поля во внутренних точках среды применительно к решению целого ряда задач по геологическому строению в зоне, близлежащей к каротируемой скважине. В общем комплексе скважинной геофизики данные ВСП существенно расширяют информацию об особенностях строения и физических свойствах среды, как в стволе скважины, так и околоскважинном пространстве. Сейсмические наблюдения в скважинах методом ВСП особенно востребованы на стадии доразведки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений. Получаемая информация о строении разреза в околоскважинном пространстве на удалениях нескольких сот метров, а в благоприятных условиях до 1.5 км, позволяет оптимизировать выбор точек заложения доразведочных и эксплуатационных скважин, снижая вероятность их непродуктивности [1].
В основных районах нефтегазовой добычи нашей страны объемы скважинных сейсмических исследований методом ВСП непрерывно растут. Поэтому одной из перспективных и актуальных направлений в нефтегазовой промышленности является автоматизация процессов по скважинной сейсморазведке.
Процесс сейсморазведки, в частности ВСП требует целый аппаратурный комплекс для проведения измерений. Аппаратурный комплекс для ВСП принято разделять на глубинные зонды и наземные каналы. Управление осуществляется диспетчером через блок управления. Диспетчер вынужден вручную осуществлять управление лебедкой, выставляющий глубину зонда, в случае необходимости вручную ориентируясь по показаниям прибора прижимать лапу зонда к стенке скважины и запускать измерение. Запуск измерения также осуществляется вручную, при этом включается источник сейсмического воздействия, а для анализа направленных характеристик колебаний рядом с источником размещаются наземные каналы сенсоров «морковок». Весь процесс повторяется с дискретным изменением глубины.
Автоматизация процесса сейсмических исследований ВСП значительно увеличит производительность процесса и облегчит работу диспетчера. Для автоматизации целого аппаратного комплекса необходимо программно-аппаратная модификация каждой системы ВСП, а именно:
• Контроль и мониторинг системы энергообеспечения, системы синхронизации источника сейсмического воздействия и системы управления глубинными зондами по сетевому каналу Ethernet. При этом система должна иметь программно-аппаратное решение позволяющее оперировать с протоколами транспортного уровня TCP или UDP. Данная модификация позволяет диспетчеру удаленно выполнять процедуру ВСП, что может быть ключевым аспектом в локально критических условиях.
• Модификация наземных каналов путем исключения проводной передачи данных и переходом к беспроводным каналам связи. Есть множество решений для этой задачи, однако потенциал очевиден. Кроме удобства размещения, в местах с трудностью протягивания кабелей линии связи данное решение уменьшает время развертывания на предполагаемой местности.
• Система управления контроллерами источников сейсмического воздействия. Данная система является связующим звеном между программным обеспечением верхнего уровня, являющимся интеллектом всего процесса проведения ВСП, и аппаратной частью источника. Модификация позволяет программе управлять физическим воздействием, с возможностью точного запуска и остановки воздействия.
• Управление электромеханическими частями глубинных зондов. Как и в предыдущем пункте передает управление программе.
Каждая из этих модификаций требует реализацию отдельных модулей и разработку эффективного программного обеспечения для их функционирования. Это весьма длительный и трудоемкий процесс, решение которого описывается в данной работе.
Цель данной работы: Разработать программно-аппаратный комплекс синхронизации и контроля наземных каналов для системы вертикального сейсмического профилирования
В связи с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:
> Разработать модуль преобразующий протокол ETHERNET в UART
• Разработать схему электрическую принципиальную
• Разработать топологию печатной платы
• Реализовать гибкое программное обеспечение, осуществляющее прием/передачу по протоколам транспортного уровня TCP и UDP
> Разработать модуль синхронизации и управления источниками сейсмического воздействия
• Разработать схему электрическую принципиальную
• Разработать топологию печатной платы
• Разработать протокол связи (по ethemet)
• Реализовать программное обеспечение низкого уровня
> Разработать блок переключателей полярности для скважинного прижима
• Разработать схему электрическую принципиальную
• Разработать топологию печатной платы
• Реализация программного обеспечения низкого уровня
> Разработать беспроводной вибросенсор для наземных каналов измерений
• Разработать схему электрическую принципиальную
• Разработать топологию печатной платы
• Разработать протокол связи (по ZIGBEE)
• Реализация программного обеспечения низкого уровня
• Разработать ВЧ-усилитель мощности для наземных каналов
В основных районах нефтегазовой добычи нашей страны объемы скважинных сейсмических исследований методом ВСП непрерывно растут. Поэтому одной из перспективных и актуальных направлений в нефтегазовой промышленности является автоматизация процессов по скважинной сейсморазведке.
Процесс сейсморазведки, в частности ВСП требует целый аппаратурный комплекс для проведения измерений. Аппаратурный комплекс для ВСП принято разделять на глубинные зонды и наземные каналы. Управление осуществляется диспетчером через блок управления. Диспетчер вынужден вручную осуществлять управление лебедкой, выставляющий глубину зонда, в случае необходимости вручную ориентируясь по показаниям прибора прижимать лапу зонда к стенке скважины и запускать измерение. Запуск измерения также осуществляется вручную, при этом включается источник сейсмического воздействия, а для анализа направленных характеристик колебаний рядом с источником размещаются наземные каналы сенсоров «морковок». Весь процесс повторяется с дискретным изменением глубины.
Автоматизация процесса сейсмических исследований ВСП значительно увеличит производительность процесса и облегчит работу диспетчера. Для автоматизации целого аппаратного комплекса необходимо программно-аппаратная модификация каждой системы ВСП, а именно:
• Контроль и мониторинг системы энергообеспечения, системы синхронизации источника сейсмического воздействия и системы управления глубинными зондами по сетевому каналу Ethernet. При этом система должна иметь программно-аппаратное решение позволяющее оперировать с протоколами транспортного уровня TCP или UDP. Данная модификация позволяет диспетчеру удаленно выполнять процедуру ВСП, что может быть ключевым аспектом в локально критических условиях.
• Модификация наземных каналов путем исключения проводной передачи данных и переходом к беспроводным каналам связи. Есть множество решений для этой задачи, однако потенциал очевиден. Кроме удобства размещения, в местах с трудностью протягивания кабелей линии связи данное решение уменьшает время развертывания на предполагаемой местности.
• Система управления контроллерами источников сейсмического воздействия. Данная система является связующим звеном между программным обеспечением верхнего уровня, являющимся интеллектом всего процесса проведения ВСП, и аппаратной частью источника. Модификация позволяет программе управлять физическим воздействием, с возможностью точного запуска и остановки воздействия.
• Управление электромеханическими частями глубинных зондов. Как и в предыдущем пункте передает управление программе.
Каждая из этих модификаций требует реализацию отдельных модулей и разработку эффективного программного обеспечения для их функционирования. Это весьма длительный и трудоемкий процесс, решение которого описывается в данной работе.
Цель данной работы: Разработать программно-аппаратный комплекс синхронизации и контроля наземных каналов для системы вертикального сейсмического профилирования
В связи с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:
> Разработать модуль преобразующий протокол ETHERNET в UART
• Разработать схему электрическую принципиальную
• Разработать топологию печатной платы
• Реализовать гибкое программное обеспечение, осуществляющее прием/передачу по протоколам транспортного уровня TCP и UDP
> Разработать модуль синхронизации и управления источниками сейсмического воздействия
• Разработать схему электрическую принципиальную
• Разработать топологию печатной платы
• Разработать протокол связи (по ethemet)
• Реализовать программное обеспечение низкого уровня
> Разработать блок переключателей полярности для скважинного прижима
• Разработать схему электрическую принципиальную
• Разработать топологию печатной платы
• Реализация программного обеспечения низкого уровня
> Разработать беспроводной вибросенсор для наземных каналов измерений
• Разработать схему электрическую принципиальную
• Разработать топологию печатной платы
• Разработать протокол связи (по ZIGBEE)
• Реализация программного обеспечения низкого уровня
• Разработать ВЧ-усилитель мощности для наземных каналов
✅ Заключение
В ходе выполнения данной работы был разработан программно-аппаратный комплекс синхронизации и контроля наземных каналов для системы вертикального сейсмического профилирования. Данная разработка исключает проблему ручного запуска и синхронизации источников сейсмического воздействия, а также ручного управления прижимами скважинных сенсоров. Переход к беспроводным каналам вибросенсоров с низким энергопотреблением позволил упростить процесс развертывания и уменьшить необходимое на это время. Реализованное соединение между модулями по протоколу Ethernet позволяет диспетчеру удаленно выполнять процедуру ВСП, что может быть ключевым аспектом в локально критических условиях. При реализации обозначенной цели были решены следующие задачи:
Разработан и успешно протестирован модуль преобразующий протокол Ethernet в UART:
Аппаратная часть реализована на микроконтроллере STM32F103 и Ethernet-моста W5500.
Печатная плата выполнена 72х28 [мм], 2 слоя металлизации с односторонним монтажом компонентов и имеет 3 порта: Ethernet, UART и SW (для загрузки ПО).
Реализовано гибкое и многофункциональное программное обеспечение позволяющее осуществлять конвертацию в UDP или TCP, выбором порта в момент инициализации связи.
Разработан и успешно протестирован модуль синхронизации и управления источниками сейсмического воздействия:
операционных усилителях и блок питания, состоящего из линейного стабилизатора и DC-DC преобразователя TRACO POWER.
У Печатная плата выполнена с характеристиками печатной платы конвертера, габариты платы составляют: 125х77 [мм].
Разработанный протокол связи успешно исключает ошибочный прием команд.
Корпус реализован в форме дисковода от стационарного ПК.
Устройство показало стабильную работу и успешно прошло тестирование с источниками сейсмического воздействия PELTON и VIBPRO.
Разработан блок переключателей полярности для скважинного прижима:
Управление H-мостом осуществляет микроконтроллер STM32F103, высоковольтная часть реализовано на легкодоступных пускателях EKF.
Устройство реализовано на отдельных модулях, для быстрой замены в случае выхода из строя компонентов.
ПО позволяет определить состоянии линии связи с зондом и грамотно управлять высоковольтной частью.
Разработан беспроводной вибросенсор для наземных каналов измерений:
Аппаратная часть реализована на основе акселерометра LIS2DH12TR и микроконтроллера CC2650.
Печатная плата выполнена в форме диска диаметром 2 [мм].
Корпус реализован в форме конуса, полностью изолирован от внешней среды.
В данной реализации, ВЧ усилитель на частоте 2400 [МГц] усиливает мощность примерно в 2 раза.
Разработан и успешно протестирован модуль преобразующий протокол Ethernet в UART:
Аппаратная часть реализована на микроконтроллере STM32F103 и Ethernet-моста W5500.
Печатная плата выполнена 72х28 [мм], 2 слоя металлизации с односторонним монтажом компонентов и имеет 3 порта: Ethernet, UART и SW (для загрузки ПО).
Реализовано гибкое и многофункциональное программное обеспечение позволяющее осуществлять конвертацию в UDP или TCP, выбором порта в момент инициализации связи.
Разработан и успешно протестирован модуль синхронизации и управления источниками сейсмического воздействия:
операционных усилителях и блок питания, состоящего из линейного стабилизатора и DC-DC преобразователя TRACO POWER.
У Печатная плата выполнена с характеристиками печатной платы конвертера, габариты платы составляют: 125х77 [мм].
Разработанный протокол связи успешно исключает ошибочный прием команд.
Корпус реализован в форме дисковода от стационарного ПК.
Устройство показало стабильную работу и успешно прошло тестирование с источниками сейсмического воздействия PELTON и VIBPRO.
Разработан блок переключателей полярности для скважинного прижима:
Управление H-мостом осуществляет микроконтроллер STM32F103, высоковольтная часть реализовано на легкодоступных пускателях EKF.
Устройство реализовано на отдельных модулях, для быстрой замены в случае выхода из строя компонентов.
ПО позволяет определить состоянии линии связи с зондом и грамотно управлять высоковольтной частью.
Разработан беспроводной вибросенсор для наземных каналов измерений:
Аппаратная часть реализована на основе акселерометра LIS2DH12TR и микроконтроллера CC2650.
Печатная плата выполнена в форме диска диаметром 2 [мм].
Корпус реализован в форме конуса, полностью изолирован от внешней среды.
В данной реализации, ВЧ усилитель на частоте 2400 [МГц] усиливает мощность примерно в 2 раза.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.