Система передачи данных для буровых скважин

 

1. СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ДЛЯ БУРОВЫХ СКВАЖИН, содержащая наземную часть с приемниками информации, кабель связи и глубинную часть с одним или несколькими глубинными приборами, каждый из которых выполнен в виде корпуса удлиненной формы, в котором установлены блок питания и измерительный элемент со вторичным преобразователем , отличающаяся тем, что, с цепью повьпиения надежности. наземная часть снабжена модемом, процессором , шинами, генератором сигналов специфичных адресов и генерато- , ром 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 посредством интерфейсных схем со схемами распознавания специфичного и универсального адреса, подключенных параллельно к шинам, а шины наземной части подключены к процессору и параллельно соединены с приемниками и О) с генераторами сигналов специфичных и универсальных адресов. с 2. Система по п. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что корпус каждого глубинного прибора выполнен по торцам с электрическими разъемами с резьбовыми соединениями для подклю00 чения к кабелю связи или к одному из глубинных приборов. о 00 1C

СОЮЗ COBETCHHX

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

H ПАТЕНТУ (21) 2577250/22-03 (22) 03.02.78 (31) 77.02976 (32) 03.02.77 (33) Франция (46) 15.04.84. Бюл. У 14 (72) Антуан Ж. Белэг, Ален Ф. Помер и Ив Дюран (Франция) (71) Шлюмбергер Оверсиз С.А. (Панама) (53) 622.241(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 757697, кл. Е 21 В 47/12, 1978.

2. Патент США В 3991611, кл. 73-151, опублик. 1977. (54)(57) 1. СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

ДЛЯ БУРОВЫХ СКВАЖИН, содержащая наземную часть с приемниками информации, кабель связи и глубинную часть с одином или несколькими глубинными приборами, каждый из которых выполнен в виде корпуса удлиненной формы, в котором установлены блок питания и измерительный элемент со вторичным преобразователем, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, „„SU „„1087082 А наземная часть снабжена модемом, процессором, шинами, генератором сигналов 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 посредством 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 торцам с электрическими разъемами с резьбовыми соединениями для подключения к кабелю связи или к одному иэ глубинных приборов.

1087082

1

Изобретение относится к геофизическому приборостроению и предназначено для использования в системах передачи данных для буровых скважин.

Известно устройство для передачи информации из скважины на поверхность по кабелю связи 1.11.

Известна система перекачи данных для буровых скважин. сопеожащая наземную часть с приемниками информации, кабель связи и глубинную часть с одним или несколькими глубинными приборами, каждый из которых выполнен в виде корпуса удлиненной формы, в котором установлены блок питания и измерительный элемент со вторичным преобразователем f 2 J.

Недостатком системы является трудность осуществления обмена информации между глубинными приборами и наземной частью, что снижает ее надежность

Целью изобретения является повышение надежности системы.

Поставленная цель достигается тем, что в системе передачи данных для буровых скважин, содержащей наземную часть с, приемниками информации, кабель связи и глубинную часть с одним или несколькими глубинными приборами, каждый из которых выполнен в виде

30 корпуса удлиненной формы, в котором установлены блок питания и изб-еритель ный элемент со вторичным преобразователем, наземная часть снабжена модемом, процессором, шинами, генератором сигналов специфичных адресов и генератором сигналов универсальных адресов, а глубинная часть снабжена модемом, процессором, шинами и интерфейсными схемами, причем модемы каждой части подключены к кабелю

40 связи и соответствующему процессору, а шины глубинного прибора соединены с процессором и с вторичными преобразователями посредством интерфейсных схем со схемами распознавания специ45 фичного и универсального адреса, подключенных параллельно к шинам, а шины наземной части подключены к процессору и параллельно соединены с приемниками и с генераторами сигна- 50 г лов специфичных и универсальных адре. сов.

При этом корпус каждого глубинного прибора выполнен по торцам с электрическими разъемами с резьбовыми соединениями для подключения к кабелю связи или к одному из глубинных приборов.

На фиг. 1 представлена схема системы; на фиг. 2 — схема структуры управляющего сигнала, посылаемого на глубинную аппаратуру; на фиг.3 различные виды модуляции, используемые в системе связи; на фиг. 4 и

5 — структура команды соответственно со специфичным и универсальным адресом; на фиг. Ь вЂ” структура информационного сигнала, передаваемого глубинной аппаратурой на наземную; на фиг. 7 — структура слова состояний; на фиг. 8 — глубинная аппаратура и, в частности, канал связи и его соединения с глубинным контроллером и приборами; на фиг, 9, 10, 11 — форма различных сигналов, используемых в системе передачи данных; на фиг. 12 — схема универсального интерфейса в сочетании с прибором; на фиг. 13 — схема глубинного контроллера; на фиг. 14 и 15 — соответственно наземный и глубинный модемы; на фиг. 16 и 17 — блок-схема алгоритма работы для наземного контроллера, работающего в режимах команда-ответ (фиг. 16) и непрерывной передачи (фиг. 17); на фиг. 18 — схема телеметрического датчика согласно изобретению, образующего головную часть глубинной аппаратуры.

Схема системы содержит наземную часть 1, кабель связи 2 и глубинную часть 3. Наземная часть 1 содержит модем 4,, процессор (контроллер) 5, шины 6, приемники информации 7 и генераторы 8 сигналов специфичных или универсальных адресов. Глубинная часть 3 содержит модем 9, процессор

10, шины 11, измерительные приборы с вторичными преобразователями и схемами интерфейса 12.

Система передачи данных управляется наземным процессором (вычислительной машиной) и использует кодово-импульсную модуляцию. йроцессор (контроллер) 5 — основа системы передачи — преобладает над глубинным процессором 10, является вычислительной машиной. Процессор 5 соединен с внешними устройствами— с запоминающим устройством на тороидальных сердечниках, аппаратом магнитной записи и клавиатурой печатающего устройства.

Наземный процессор (контроллер) 5 посылает управляющие сигналы на различные приборы, например, для контро-ля истинности или ложности прибора.

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 равко шестнадцати. Одно из этих слов содержит или адрес, называемый

"специфичным", принадлежащий .определенному прибору, или адрес, называемый "универсальным", распознаваемый всеми приборами. Последний позволяет посыпку информации на все приборы одновременно. При принятии управляющих сигналов обычно все приборы отвечают, направляя сигнал данных на поверхность после формирования импульсов глубинным модемом 9.

На фиг. 2 схематически изображена структура полного управляющего сигна20 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 слово 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. 3А. Биты с i значением 1 соответствуют сигналам, имеющим определенный уровень амплитуды, и биты со значением 0 соответствуют другому уровню амплитуды. Этот код обычно обозначают сокращением NRZL (non

return to zего level). Применение этого кода на уровне передачи по кабелю имеет два недостатка: с одной стороны, передача битов с частотой

f вызывает необходимость иметь кабель с полосой пропускания 0 ——

2 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 NRZL в кодированные сигналы В4-М (biphase mark), как это представлено на фиг. Зф, 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 пределах

f .от 0 до — с тем чтобы пропускать

Э без искажения сигналы NRZL с частотой

f, то можно показать, что она должна

f 3f быть в пределах от — до с тем

2 2

В чтобы пропускать сигналы В4-М с частотой f. В описанном примере каждый бит управляющего сигнала имеет длительность 50 мкс. Следовательно, полоса пропускания сигналов NRZL 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 кабелю крутых 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". управ-ляющих 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 регу.

082

S 1087 лирование по частоте на уровне глубинного модема. Последний содержит с этой целью устройство регулирования, которое может быть известным в .практике под названием VCO (voltage

control oscillator).

Глубинный модем должен также показывать, имеют ли поступающие на него биты значение 1 или О. Поступа.ющие на глубинный модем сигналы иска- 10 жены как по амплитуде, так и по .ширине. Поэтому глубинный модем восстанавливает форму сигналов, получая прямоугольные сигналы, и градуирует сигналы о ширине, т.е. по продолжи- 15 тельности. Глубинный модем также выявляет синхронизирующее слово уп. равляющего сигнала и проверяет истинность переданного сигнала с помощью слова обнаружения ошибок. Синхрони- 20 зирующее слово 16 и слово обнаружения ошибок 15 не передаются в глубинный контроллер 10 передаются только команды. Перед. передачей глубинный .модем демодулирует кодированные.сигналы В4-М в эквивалентные кодированные сигналы NRZL (фиг. 3 A).

Команды передаются от глубинного контроллера 10 на наземные приборы по 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 идет о частном указании, даваемом прибору.

Именно это происходит каждый раз, ког

35 да результаты измерений, проведенных прибором, транспортируются на поверх ность: прибору дается указание выдать данные, хранящиеся в памяти (регистр

40 со сдвигом), которой он снабжен..

На фиг. 4 схематически изображена структура команды 14 (фиг. 2) для случая специфического адреса. Семь битов 9-15 используются для кодированного адреса прибора. Следовательно, имеется возможность кодировать

27 различных адресов, т.е. применять

27 или 128 различных приборов. Разумеется, это количество приборов

50 очень велико и хорошо показывает вбзможности системы передачи. Бит

8-ro разряда является битом контроля истинности, который принимает значение 1, когда соответствующий адресу прибор получает указание на посыпку

55 данных. Когда бит контроля истинности имеет значение О, все происходит так, 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-ro 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-ro 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-ro и 5-го разрядов используются нли по усмотрению оператора, или для увеличения числа слов, которые должен послать прибор. Если бит 4-ro разряда используется, то максимальное число слов, которое может послать прибор, тридцать одно, и если бит 5-ro 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 находится в распоряжении оператора в противоположность команде со специфическим адресом.

На фиг. 5 изображена структура ко" манды с универсальным адресом. Биты от 9-го до 15-ro 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-ro разряда явля- ется битом инициализации. Биты 6-ro и 7-го разрядов являются битами контv роля истинности: когда оба бита имеют значение 1, все приборы одновременно контролируются на истинность, когда

1087

082 8 бой. Изменение способа передачи от режима полудуплексной связи на режим двуплексной связи и наоборот осуществляется просто изменением программирования наземного контроллера, а материальная часть наземной и глубинной аппаратуры остаются без изменения.

Обычно режим работы "команда-от(1 вет используется с режимом передачи в полудуплексной связи. Однако возможно использовать режим работы

"команда-ответ" с режимом дуплексной связи. В этом случае наземный контроллер может посылать второе управ ляющее сообщение в то время, когда прибор 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 информации больше, .чем количество управляющих сигналов, посылаемых на приборы {что обычно имеет место).

Когда управляющий сигнал со специфическим адресом передан глубинным контроллером на приборы и один из этих приборов распознал своИ адрес, этот прибор посылает обратно в глубинный процессор 10 сигнал о приеме команды AR. Если контролллер не принимает сигнала AR, он делает

3 вывод, что прибор не сработал или не получил управляющего сигнала.

В случае универсальной команды сигнал

AR отсутствует: принимается, что эта универсальная команда была распознана всеми приборами. Вместо использования сигнала AR возможно также присоеди нить к каждому прибору схему обнаружения кода ошибки.

Если предположить, что управляющий сигнал достиг прибора или всех приборов, то сигнал данных посылается на поверхность. Для этого глубинный контроллер запрашивает глубинный модем о генерировании синхронизирующего кода. Затем глубинный контроллер посылает так называемое "слово состо(( яний и, наконец; приборы получают приказ на посылку своих данных. Это схематически изображено на фиг. 6, на котором показана структура сообщения, передаваемого глубинной аппаратурой на наземную. Синхрониэирующее слово содержит шестнадцать битов вмес то семи для управляющего сообщения на приборы. Это вызвано тем, что ин 7 бит 6-го разряда имеет значение О . и бит 7-ro разряда значение 1, все приборы .одновременно 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 О-ro и 3-ro разряда 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. 15

Система 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 посыпает 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 0 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 псевдонепрерывной передачи. Этот режим характеризуется тем, что все приборы одной цепи посылают сообщение через

16,6 мс (запуск, производимый от напряжения питания 60Гц), затем прекращают посылку. Этот режим избирается приданием биту 4-го разряда значения 0 и биту 5-ro разряда значения 1..

Когда бит 4-го разряда имеет значе45 ние 1 и бит 5-го разряда О, команды . могут посылаться 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 прово- . дам неодновременно. Наоборот, в режиме дуплексной связи информация может быть передана одновременно в обоих направлениях, на поверхность и в за9 10870 формация в одном сообщении, передаваемом на поверхность, может быть больше, чем в сообщении, передаваемом в забое, и .что чем больше битов используется для опознания синхронизиру- g ющего кода, тем меньше возможность неправильной синхронизации. Слово состояний подробно изображено на фиг.7.

Затем следуют данные, поступающие от приборов. Эти данные представлены !!! в форме слов от 1 до п, где в описанном примере и может максимально равняться шестидесяти одному.

Каждое слово состоит из шестнадцати битов. Когда работа осуществляется в режиме "команда-ответ", данные сообщения исходят из одного прибора.

Наоборот, в режиме непрерывной передачи сообщение содержит последовательность информационных слов, исходящих 2п от последовательного запроса приборов. Каждый прибор посыпает определенное количество слов и группа слов, посланных приборами, образует слова от 1 до и. Так, например, прибор В 1 может послать три слова, прибор Ф 2одно слово, прибор !! 3 — нять слов и т.д.

Наконец, посылается слово кода обнаружения ошибки. Код ошибки содер- 3!! жит шестанадцать битов, причем пятнадцать битов используются для собственно кода, а один бит для индикации хорошей нли плохой работы прибора

Если этот бит имеет значение 1, зто означает, что прибор правильно послал ,обратный сигнал в конце передачи сво-. его сообщения, если зто не так, то бит имеет значение О, На фиг. 7 схематически изображено слово состояний 17 с фиг. 6. Э го сло; во генерируется глубинным контроллером каждый раз, когда глубинная аппаратура посыпает ответ. Бит 0-го разряда принимает значение 1, если один или несколько управляющих сигналов приняты с ошибками. Бит 1-ro разряда указывает на то, что выше или ниже уровень управляемого сигнала порога определенной амплитуды. Бит 2-ro раз50 ряда указывает на то, что не был ли распознан адрес одним или несколькими приборами, следовательно, не был ли передан сигнал AR. Бит 3-го разряда принимает значение 1, если сообщение

55 было правильно. Биты 4-ro и 5-ro разрядов используются для воспроизведения примененного режима работы, II 11 например режима команда-ответ или

82 1О режима непрерывной передачи. Бит

6-ro разряда используется для указания принята ли .универсальная команда, Длина сообщения, посылаемого глубинной аппаратурой, указывается битами

7-12-ro разряда. Следующие биты I3-го и 14-ro разрядов не используются. Бит разряда 15 указывает на хорошую или плохую работу системы: он указывает, что по меньшей мере один из битов 0-ro 1-ro и 2-го разрядов извещает об ошибке. Таким образом, оператор немедленно оповещает о плохом или хорошем функционировании системы, справляясь о состоянии бита . 15-ro разряда.

На фиг. 8 схематически изображено соединение приборов с каналом связи (изображено только два прибора, но в действительности можно подсоединить гораздо большее их количество).

На фиг. 8 видно, что каждый прибор 12 схематически изображен в виде трех различных частей: часть 18, которая представляет собой собственно прибор, например датчик давления, датчик радиоактивности или акустический датчик часть 19, имеющаяся в каждом приборе, например электронная схема, связанная с датчиками, и универсальный интерфейс, соединенный с каналом связи (шины) 11. Этот интерфейс,.идентичный независимо от типа прибора, позволяет соединить любой прибор с каналом связи, если информация, выдаваемая прибором, представлена в цифровой форме. Таким образом, достигается стандартизация соединений приборов глубинной аппаратуры.

Сигналы, выдаваемые собственно приборами, имеют обычно аналоговую форму, в то время как интерфейс обрабатывают только сигналы в цифровой форме, Поэтому необходим аналого-цифровой преобразователь в каждой специфической части прибора или на входе каждого интерфейса.

Собственно прибор 18 соединен со специфической частью 19. Универсальный интерфейс 20 соединен непосредственно с прибором 18, что позволяет осуществлять непосредственную передачу информации, когда нет необходимости пропускать ее через специфическую часть 19. Эти соединения служат для контроля или управления собственно прибором: например, они используются для команды на открытие лапы или лап прибора, когда последний снабжен лапами, 11 10870 или для подачи электрического тока.

Информация, посылаемая прибором в форме 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 10 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- 20 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 канала

40 связи использовано тблько пять 26-30 проводов. Первый провод 26 транспортирует управляющие сигналы D. Donnees (D.D) и нисходящие синхрониэирующие импульсы D. Horloge (D.H) с час45 тотой 20 кГц. Затем сигналы, перед которыми стоит буква D, передаются от наземной апп.ературы на глубинную и обратно; сигналы, перед которыми стоит буква U передаются от глубинной аппаратуры на наземную.

Видно, что управляющие сигналы и синхронизирующие импульсы транспортируются по одному проводу. Второй провод 27 выделен для сигналов AR, посы- 55 лаемых универсальными интерфейсами 23 когда они распознали свои адреса.

Третий провод 28 используется для

82 12 передачи на поверхность данных U. Don. пеев (U,D), 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 вырабатываются генератором, встроенным в глубинном модеме ° Генератор может быть независимым или связанным с генератором импульсов с частотой 20 кГц размещенным íа поверхности. Когда закончен цикл выбора приборов, на пятый провод 30 канала связи посылается обратный импульс "Retour (возврат) для оповещения глубинного контроллера. В режиме непрерывной передачи прибор, посылающий сигнал "Retour" (возврат), размещен последним в схеме приборов, передающих данные. Последним прибором в схеме является тот, который принял команду, в которой бит шестого разряда принял значение 1 (см. фиг. 4).

В режиме непрерывной передачи импульсы UH 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 UH позволяют переслать содержимое памяти на наземную аппаратуру, причем синхрониэирующий 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 Il 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 Retour" (возврат). Этот сигнал позволяет ввести в запоминающие устройства приборов

82 14 ливают информационные и синхронизирующие сигналы, как показано на фнг.9

"D. Donnees Rest" и "Horloge Rest".

Видно, что отсутствие синхронизиру ющнх сигналов совпадает с отсутствием информационных слов.

Управляющий сигнал содержит максимально два слова по шестнадцать битов каждое. Следовательно, максимальная длина сигнала "D. Donnees Rest" составляет тридцать два бита, т,е. тридцать два импульса "D. Xorloge Rest". Когда на интерфейсы поступает сообщение, они отсчитывают тридцать два синхронизирующих импульса н в конце посылают "предупредительный" сигнал, как изображено на фиг. 9. Это в некотором роде 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 В6-М для транспортировки по кабелю между наземной и глубинной аппаратурой, декодируютоя глубинным модемом для восстановления формы синхронизирующих и информационных сигналов, изображенных на фиг. 10 под обозначение MB. Horloge (МОН) и MD

Donnees (NDD), причем ND обозначает ."нисходящий модем". Когда глубинный модем распознал синхронизирующее слово управляющего сигнала (обозначение 16 на фиг. 2), он выдает сигнал

"Иеззаде" (сообщение), соответствующий логическому состоянию 1 в течение тридцати двух синхронизирующих импульсов (длина двух команд по шест- надцати битов каждая). Начало сигнала "Message", обозначенное на фиг.10 цифрой 31, соответствует концу обнаружения синхронизирующего кода, сдвинутого, однако, вперед на четверть периода синхронизирующего импульса. Конец 32 согласно "Message" запаздывает также на четверть периода синхронизирующего импульса.

Глубинный модем проверяет истинность поступившего управляющего сигнала, анализируя код ошибок 14 (фиг. 2) Если модем обнаруживает

ll lt ошибку, он выдает сигнал Erreur (ошибка) 33. Сигналы "Message" и

"Erreur" посылаются на глубинный контроллер, который пропускает сигналы

13 10870 новые данные и подать импульсы на вход первого 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 посылается в кабель и транспортируется в контроллер. Когда содержимое памяти передано полностью, прибор посыпает сигнал 1р

"Retour" (возврат) для оповещения глубинного контроллера; запоминающее устройство может принимать новые данные.

Для передачи на поверхность другой информации того же прибора или друго го прибора наземный контроллер должен вновь послать специфический управляющий сигнал.

На фиг. 9 изображены кодирование и декодирование информационных (управ 0 ляющих) и синхронизирующих сигналов, посылаемых от наземной аппаратуры на глубинную. При рассмотрении фиг. 3 уже было указано, что сигналы, передаваемые наземным модемом на глубинный модем, представляют собой кодированные, сигналы В6-М 50. Они содержат информационные и синхронизирующие сигналы. Глубинный модем восстанавливает в отдельности форму информационных и синхронизирующих сигналов, изображенных на фиг. 9 соответственно

D. Horloge (ЭН) и D. Donnkes (D.D).

Эти типы сигналов посылаются в глубинный контроллер, который снова преобра35 зует их в единый сигнал, обозначенный D. Яхдаа1 (DS), который посылается по проводу 2б канала связи, соединяющего приборы с глубинным контроллером. Объединение двух сигналов производится с целью экономии одного провода в канале связи. Объединение подчиняется следующим правилам если

DD = 1 и DH = 1, то D = + 1. Если

DH = О, то D = О. Если DD = О и

DH 1, то D = 1. Следовательно, сигнал D может быть трех уровней +1, 0 и -1, как изображено на фиг. 9.

Интерфейсы, исходя из сигнала DC, восстанавливают синхронизирующие и

50 информационные сигналы. Сигнал DS мог подвергнуться значительному искажению и, поступая в интерфейсы, может (иметь форму, аналогичную изображенной на фиг. 9 "D. Signal FiPtre". Ин5S терфейсы располагают двумя пороговыми

2 2 еличинами + — и — — для фильтрации сигнала DS. Таким образом восстанав16

82.15 10870

ИОН только в том случае, если сигнал

"Message" в логическом состоянии 1 и если сигнал "Erreur в логическом состоянии О. Так получают в самом глубинном контроллере сигнал DH 34. Таким 5 же образом в глубинном контроллере вырабатываются сигналы DD 35, если сигнал Message в логическом состоянии 1 и если сигнал "Erreur" в логическом состоянии О. 10

На 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. 11 обозначением MU. Horloge (MUH), где MU обозначает "модем на поверхность". Диалог между глубинным модемом и глубинным контроллером осуществляется с помощью сигналов "Emission" (посылка) и "Prefa Emettre" (готов к посылке), изображенных на фиг. 11 цифрами 36 и 37.

Сигнал "Prefa Emettre" посылается на д5 глубинный контроллер глубинным модемом, когда последний готов к передаче данных на поверхность. Сигнал Emission" посылается глубинным контроллером на глубинный модем, когда глубин-З0 ный контроллер располагает данными для передачи на поверхность. В режиме работы команда-ответ сигнал "Emission" приводится в логическое состояние 0 в конце каждого сообщения, направляемого на поверхность. В режиме непре35 рывной передачи сигнал "Emission" приводится в догическое состояние 1 сигналом "Retour". Глубинный модем оповещен о том, что данные необходимо40 транспортировать на поверхность с принятием сигнала "Emission" = 1.

В этом случае глубинный модем генерирует синхронизирующий код (38 на фиг. 6), затем посыпает на глубинный коллектор сигнал "Pret А Emettre" 37.

I 45

Синхронизирующие. импульсы UH 39 посы. лаются контроллером на приборы для выборки данных. Сигналы П!, выдаваемые глубинным контроллером, не что иное, как сигналы MUH выдаваемые

50 глубинным модемом, когда сигнал

"Emission" в логическом состоянии 1 .й и сигнал "Prdt а Emettre" в логическом 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 .MUD 40. Видно, что данные приборов выбираются задними фронтами синхрони зирующих импульсов 39. Когда сообщение передано, выдается сигнал "Retoll

ur 41. Глубинный контроллер генерирует сигнал подтверждения возврата 42, когда он принимает сигнал "Retour" 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 по иным проводам кабеля, отличающимся от проводов, используемых для транспортировки данных.

Однако электрический ток питания может проходить в тех проводах, по которым передается информация. В этом случае на входе глубинного модема необходимо использовать фильтр. Этот кабель обычно используют в большинстве каротажных операций.

Со ссыпкой на фиг. 3 упомянуто, что управляющие сигналы, выдаваемые наземным контроллером, кодируются в виде NRZL. Наземный модем преобразует эти сигналы в кодированные сигналы В4-И (фиг. 3 А и 3 8 ) . Сигналы

В -М передаются по кабелю от наземного модема на глубинный модем.

Иодуляция, используемая для передачи информационных сигналов от приборов на поверхность, является фазовой модуляцией известного типа, называемого РБК. Иожно отметить, что модуляция В4-M для управляющих сигналов не использует несущей частоты в противоположность модуляции PSK для информационных сигналов приборов.

В соответствии с кодом 1Ж7Л (non

return to zего mark) 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 О представлены в виде отсутствия изменения уровня. Кодированные сигналы -PSK в действительности являются сигналами, полученными с помощью несущей волны (80 кГц), модулированной кодированными сигналами NRZM по двум фазам для модуляции с частотой 40 кГц или по четырем фазам для модуляции с частотой 80 кГц.

Иодуляция PSK позволяет для данной

18

17 10870 полосы пропускания передавать максимальное количество информации.

Информационные сигналы, посылаемые приборами, кодируются в виде

ХК21 . Эти сигналы глубинньи модемом преобразуются в код PSK и затем передаются по кабелю на наземный модем.

Последний снова преобразует код PSK в код NR2L.

На фиг. 12 схематически изображен универсальный интерфейс, обозначенный на фиг. 8 цифрой 20. Этот интерфейс содержит пороговую схему со значени1 1 ями + — и — — . Схема преобразует

2 2

15 сигнал DS в сигнал DH и в сигнал DD (см. фиг. 9). Оба эти сигнала поступают на вход схемы распознавания адреса 42, которая может быть обычной декодирующей схемой. Эта схема выдает сигнал на вход 43 схемы выборки адреса 44, когда адрес интерфейса распоз.нан схемой 42, и сигнал на вход 45 универсальной схемы 46, когда интерфейс распознал универсальный адрес.

Схема 42 выдает также сигнал AR. Схема выборки адреса 44 запоминает сигнал DD, поступающий на ее вход 47, когда в сигнале DS содержится специфический адрес, и универсальная схема

46 запоминает сигнал DD, когда в сигнале DS содержится универсальный адрес. Универсальный адрес и специфический адрес интерфейса, т. е. адрес прибора, избираются путем соединения прово-. дами схемы распознавания адреса 4?.

Схема выборки адреса 44 и универсальная схема 46, составляющие запоминающую часть интерфейса, могут быть, например, буферными регистрами после40 довательно-ràðàëëåëüíoão действия.

Содержимое счетчика 48 приводится к величине, соответствующей длине сообщения, которое необходимо передать на поверхность (биты от 0-ro до

5-го разряда на фиг. 4). Для этого логические состояния битов от 0-ro .до 5-го разряда поступают на входы

49 счетчика 48. Эти логические состояния "вошли" в счетчик, т.е. длина сообщения учтена, когда схема ответа

50 посыпает сигнал на вход 51 счетчика. Счетчик принимает синхронизирующие импульсы UH на входе 52. Когда его содержимое достигает нулевой величины, он посылает сигнал на вход

53 схемы ответа 50 таким образом, tt 11 что э та схема выдает сигнал Re tour (воз вр ат ) .

Как показано на фиг. 8 и 12, интерфейсы могут принимать или посылать сигнал "Retour" (возврат). Действительно, сигнал "Retour" (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 UD (вход) на клемму 00 (выход) только в том случае, если сигнал "Retour" (возврат) принят на клемме "Retour" (возврат) схемы 50.

Все же для того, чтобы телеметрическая система не прекратила свою работу, когда интерфейс, послав свои данные, не посылает сигнал "Retour" (возврат), например при неисправности интерфейса, контроллер посылает сигнал "Кейоиг" (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 "Echo" (эхо) 55 представляет собой регистр сдвига, позволяющий возвратить на наземную аппаратуру команду 14 (фиг. 2) из шестнадцати битов, когда сигнал появляется на выходе "Echo" (эхо) схемы выборки адреса 44, что соответствует на фиг. 4 логическому состоянию всех битов 0-3 или 0-5, указывая на длину сообщения. Регистр "Echo" (эхо) принимает синхронизирующие импульсы

UH 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 "Echo" (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 посьцтает его на поверхность через свою клемму UD (вы19 10870 ход). Регистр "Echo" (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- 10 нии с логической схемой контроля посылки данных в канал связи.

Выходной сигнал DWDT 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

DWCK схемы выборки адреса 44 вьщает синхронизирующие импульсы ПИСК, позволяющие управлять внесением команды 13 в память регистра сдвига. Форма и . синхронизация импульсов DWCK изобра- 25 жены на фиг. 9. Когда оператор не использует комннду 13, регистр сдвига не нужен, в противном. случае он необходим.

Сигнал инициализации"Ini""выдается универсальной схемой 46 на специфи- ческую часть 19 прибора, с одной стороны, когда система связи запущена, и, с другой стороны, когда бит 8-ro 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. °

Сигнал истинности Val появляется на выходе Ча1, когда интерфейсу дано разрешение на посылку данных. Сигнал .

Va1 подается в схему ответа 50. Этот сигнал выдается .схемой 60 истинности, 45 принимающей на два входа сигналы

Чай„ и Чай2. Сигнал Ча3„ посылается схемой выборки адреса 44, когда бит 8 в специфической команде находится в логическом состоянии 1 (фиг. 4). Сигнал ЧаХ2 выдается универсальной схемой 46, когда в универсальной команде биты 6 и 7 одновременно находятся. в логических состояниях 1. Сигнал

"Parole" выдается схемой ответа 50, когда интерфейс передает свои данные.

Информационные биты, выдаваемые специфической частью 19 прибора,по82 20 ступают на вход UD (вход) схемы ответа 50 и выдаются схемой ответа без изменения, но под контролем ее логической схемы на выход UD (выход).

Режим работы системы, указываемый битами 4-го и 5-го разрядов универсальной команды (фиг. 5), режим непрерывной работы или режим "командаIt ответ, 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 В4 и В5 схемы выборки адреса 44 появляются биты 4-ro и 5-ro разрядов команды фиг, 4. Выходы В4 и

В5 соответственно соединены с входами

В4 и В5, если биты 4-ro и 5-ro 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) "Retour" (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 В4 и В5 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 VaE

21 10870 (битов 6-го и 7-го разрядов команды с универсальным адресом — фиг. 5 и бита 8-ro разряда команды со специфическим адресом — фиг. 4), служащий для 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- 10 лравному прибору. Предшествующие примеры показывают гибкость применення и многочисленные возможности глубинной аппаратуры..

На фиг. 13 схематически изображена схема выполнения глубинного контроллера. Глубинный модем принимает управляющие сигналы, поступающие с поверхности, и посылает их на глубинный контроллер в виде сигналов

ИЮ и NDH. Сигналы NDD u MDH поступают иа два входа регистра последовательно-параллельного действия 65.

Регистр принимает также сигнал "Message" (сообщение) (см. фиг. 10) и р5 выдает на выходе 66 синхронизирующие и информационные сигналы, которые подаются в схему распознавания адреса

67, 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 MDD запоминается в этой универсальной памяти данных

69. Также когда адрес, распознаваемый

-35 схемой 67, является специфическим адресом контроллера, на вход 70 запоминающего устройства 71, называемого

"адресной памятью контроллера", подается сигнал истинности так, что сигнал ЫЮ запоминается в адресной памяти контроллера 71. Сигнал, хранящийся в универсальной памяти 69, применяется для выбора типа диалога, исполь45 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 MUH "Message" (сообщение) и "Pret à Emettre" (готов к посылке). Сигнал MUH преобразуется в сигнал UH, как уже было пояснено в отношении фиг ° 11. Схема 73

82 22 выдает сигналы "Emission" (посылка) и "Confirmation de Retour" (подтверждение возврата) на глубинный модем и синхронизирующие импульсы UH в схему уплотнения 74, на счетчик 75 и на регистр состояний 76. Синхронизи1 рующие импульсы UH получены из синхронизирующих импульсов MUH, когда сннхронизирующие импульсы NUH совпадают с сигналами "Emission" (посылка) и "Pret à Emettre" (готов к посылке).

Эти импульсы БН заставляют срабатывать счетчик 75, регистр состояний 77 и схему уплотнения 74. Причина различия и синхронизирующих импульсов

UH H UH заключается в том, что когt да 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, посылаемый схемой обнаружения состояний 77 которая контролирует нормальную работу системы и указывает на возможную неисправность, а также на сигналы

"Retour" (возврат), "Confirmation de

Retour" (подтверждение возврата) и AR.

Схема обнаружения состояний 77 принимает на входе сигналы "Message" (сообщение), "Retour" (возврат), AR

"Niveau Signal (уровень сигнала), "fransmission" (передача) и "Command

Universelle"(óíèâåðñàëüíàÿ команда).

Она принимает также сигнал "Emission" (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 последовательнопараллельного действия, загружаемым схемой обнаружения состояний 77. Этот регистр выдает сигнал состояния на схему уплотнения 74, которая принимает также сигналы UD, посылаемые интерфейсами приборов. Память контроллера 71 выдает на счетчик 75 максимальную длину сообщения, которое необходимо передать на поверхность.

Схема объединения 79 выдает сигнал с тремя уровнями (фиг. 9), вырабатываемый путем объединения сигналов

NDD и NDH, выдаваемых глубинным мо

23 10870 демом. Р$ выдается только в том слу чае, если сигнал "Message" (сообщение) в логическом состоянии 1 на входе 80 схемы объединения 79 и если схема обнаружения состояний 77 выдает сигнал истин -."ти на вход 81 схемы объединения 79.

Работу глубинного контроллера, изображенного 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 передает их на вход 82 схемы уплотнения

74 синхронно с синхронизирующими им- .

I пульсами UH ° Хронирующая схема 73 выдает импульсы UH на интерфейсы приборов, исходя из импульсов MUH y0 если одновременно имеются сигналы

"Emission" (посылка) и "Pret à Emettre" (готов к посылке) (см. фиг.11), Когда глубинная аппаратура хочет послать на псверхность сообщение,хронирующая схема 73 посылает сигнал Emission" (посылка) на глубинный модем для сигнализации о том, что у контроллера имеется сообщение для выдачи. В этом случае глубинный мо30 дем прежде всего посылает синхронизирующее слово 38 (см. фиг. 6) на поверхность, затем сигнал "Pret à Emettre (готов к посылке) в хронирующую схему 73. Тогда контроллер знает, что модем готов к передаче данных.

Он выдает команду в схему уплотнения

74 сначала посылается слово состояний (17 на фиг. 6 и 7) на глубинный модем, затем хронирующая схема 73 направляет импульсы UE3 на различные интерфейсы

40 приборов так, чтобы осуществить выборку данных. Появляется сигнал UD на входе схемы уплотнения 74, которая передает на глубинный модем сигнал

MUD (фиг. 11). Когда счетчик 75, ло45 казакия которого изменяются в ритме

I импульсов UH 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 Retour" (возврат), посылаемый интерфейсами в схему обнаружения состояний 77 и поступающий на вход 78 хронирующей схемы, / подает команду на останов схемы уплотнения 74, которая прекращает пере82 24 дачу данных. Из этого следует, что сигнал Еш1ззхоп (посылка) переходит из логического состояния 1 в логическое состояние 0 и что глубинный модем переводит сигнал "Pret à Emettre" (готов к посылке) из логического состояния 1 в логическое состояние О.

Когда схема обнаружения состояний 77 не обнаруживает сигнала AR 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. сообщен ние, состоящее только из синхронизирующего слова, слова состояний и слова ошибки, а информационные слова не посылаются, 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 глубинного контроллера, 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 logiciel, Кроме того, микропроцессор может осуществлять предварительную об. работку данных прибора, уменьшая

25 10870 количество передаваемых на поверхность данных.

Примеры выполнения наземного и глубинного модемов изображены соответственно на фиг. 14 н 15, Каждый модем можно разложить на нисходящий и восходящий каналы. Нисходящий содержит схемы модема для транспортировки информации от наземной аппаратуры на глубинную и нисходящий содер- 1О жит схемы для транспортировки информации от глубинной аппаратуры на наземную.

Наземный модем принимает по нисходящему каналу (фиг. 14) управляющие сигналы, посылаемые наземным контроллером. Данные управляющего сигнала, т.е. слова 13 и 14 из шестнадцати битов каждое, как показано на фиг. 2, последовательно входят в параллельной форме на шестнадцать входов 83 наземного модема. Первое и второе слова запоминаются соответственно в регистрах 84 и 85 из шестнадцати битов кажцый. Хранящееся в регистре 85 первое слово может свободно использоваться оператором, а хранящееся в регистре 84 второе сло-. во содержит адрес, который может фичес «, AH yHHsep- ЗО сальным. Этот адрес может быть также адресом самого наземного модема, когда управляющий сигнал предназначен ему.

Адрес, содержащийся в управляющем сигнале, декодируется с помощью схемы

35 декодирования адреса 86. Последняя соединена с логической схемой контроля 87, которая интерпретирует сигнал, декодированный схемой адреса 86. о 40

Если декодированный адрес является . адресом наземного модема, логическая схема контроля 87 выдает сигнал истинности на вход 88 программной памяти 89, при этом сигнал позволяет внести в с5 память 89 два информационных слова, о содержащихся в регистрах 84 и 85 и .подаваемых на входы 90 н 91 запоминающего устройства 89. Когда адрес, декодированный схемой декодирования адреса 86, является адресом прибора

50 или приборов, данные, содержащиеся в двух регистрах 84 и 86, должны быть переданы на глубинную аппаратуру. Сообщение, передаваемое по кабелю наземным модемом, кодируется в виде

В -М (фиг. 38 ) и передача осущестуйляется на частоте 20 кГц с помощью импульсов, выдаваемых синхронизиру82 26 ющим 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), затеи 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

NRZL в кодированные сигналы В4-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 98 ° Оба слова в коде В4-М передаются по кабелю с помощью усилителя 99. Наконец, слово обнаружения ошибки посылается схемой 100 кода ошибки. Код ошибки передается по кабелю в коде В4-М с помощью усилителя 99.

Логическая схема контроля 87 посыпает сигнал "Transmission еп Cours" (передача в действии), когда наземный модем передает свои данные.

В этом случае наземный контроллер получает предупреждение о том, что он должен посыпать новые данные.

Сигнал "Fin de Nessage" (конец сооб- щения) подается в логическую схему контроля 87 наземным контроллером.

Сигнал "Suppression Porteuse" (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 "Interruption de transmission" (прерывание передачи) может быть подан контроллером на логическую схему контроля 87 для помехи передачи .любого сигнала по кабелю. Сигнал "Etats" (состояния) подается логической схе27 !087 мой контроля 87 на наземный контроллер, этот сигнал указывает,.правильно ли произведена передача,.выдает указания, например, выше или ниже амплитуда передаваемого сигнала, чем

5 предварительно ""..òàíîâëåííûé порог.

Сигналы на выходе 102 (фиг. 14) нисходящего канала наземного модема подаются по кабелю связи на вход 103 нисходящего канала глубинного моде- 10 ма (фиг. 15). Сигналы в коде Bj-M прежде всего демодулируются с помощью демодулятора 104, который преобразует их в кодированные сигналы NRZL, Демодулятор 104 восстанав- 15 ливает, с одной стороны, управляющие сигналы на его выходе 105, и, с другой стороны, синхронизирующие сигналы MDH на его выходе 10б. Управляющие сигналы прежде всего поступают в схему 107 обнаружения синхронизирующего кода, что позволяет обнаружить начало сообщения. Затем данные временно заносятся в запоминающее устройство .08 с тридцатью двумя 25 битами. Это запоминающее устройство

108 синхронизируемое импульсами MDH выдает на выходе сигнал MDD. Код ошибки, последнее слово сообщения, анализируется с помощью детектора рассогласования 109. Последний указывает на схему обнаружения состояний 110 на наличие или отсутствие ошибки. Таким же образом схема обнаружения синхронизации 107 сигнализирует в схему обнаружения состояний»

110, правилен ли синхронизирующий код. Демодулятор также указывает в схему обнаружения состояний 110, не больше или не меньше определенного порога амплитуда полученного сигнала.

Схема обнаружения состояний 110 выдает на глубинный контроллер сигналы

"Niveau БЦпа2" (уровень сигнала) и

"transmission" (передача). Логическая схема контроля 111 выдает "Message" (сообщение) в течение пересылки тридцати двух битов на контроллер, если синхронизирующий ксд обнаружен. Генератор 112 выдает синхронизирующие импульсы частотой 80 кГц на глубинный контроллер. Эти импульсы могут быть синхронны импульсам MDH, выдаваемым наземным модемом, благодаря средствам, изображенным пунктирной линией 113.

Следует отметить, что синхронизация необязательна.

Структура информационного сообщения передаваемого глубинной аппаратурой, 30

082. 28 содержит синхронизирующее слово, слово состояний, п.информационных слов и, наконец, слово кода ошибки. Эт сообщение модулировано методом РБк (фиг. 3) с частотой 40 или 80 кГц.

Когда глубинный контроллер имеет данные для передачи на поверхность

3 он посылает сигнал "Emission" (посылка) на логическую схему контроля 114 глубинного модема. Схема 114, управляемая синхронизирующими импульсами частотой 80 кГц, обеспечивает формирование сообщения, которое должно быть послано по кабелю на поверхность.

Схема прежде всего дает команду генератору синхрониэирующих слов 115, который посылает синхронизирующее слово, поступающее на вход 116 схемы

ИЛИ 117. Затем синхронизирующее слово модулируется в код PSK модулятором 118 и посылается по кабелю после усиления в усилителе 119.

После посылки синхронизирующего слова необходимо послать слова состояния и данных. Логическая схема контроля 114 посылает сигнал "Pret à EmetII

tre (готов к посылке) на глубинный контроллер, который посыпает в обратной связи сигнал MUD. Этот сигнал передается непосредственно на модулятор PSK 118, пройдя через схему ИЛИ 117, затем в кабель через усилитель 119. Сигнал MUD также поступает на вход 120 генератора кода ошибки 121, который соединен своим входом

122 с логической схемой контроля 114.

Код ошибки может быть кодом контроля четности, который зависит от значения битов, входящих в сигнал MUD. Генератор кода ошибки выдает слово кода ошибки, которое после модуляции PSK в 118 и усиления 119 посылается по кабелю. Когда глубинный контроллер закончил передачу своих данных, он изменяет состояние сигнала "Emission" (посылка), т.е. переводит его из логического.состояния 1 в логическое состояние О. После этого модем готов передавать новую информацию.

Сигнал "Suppression Porteuse" (подавление несущей) может быть подан на вход 123 модулятора PSK 118 так, чтобы подавить несущую частоту сигнала, передаваемого на поверхность. Этот сигнал выдается наземным контроллером в логическую схему контроля 87 (фиг. 14) и передается в скважину в виде частного бита нисходящего сообщения.

29 108708

Сигнал "Confirmation de Retour" (подтверждение возврата) (42 на фиг. 11), используемый для индикации посылки сигнала "Retouch" (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 1О быть подан на вход 125 модулятора

PSK 118. Этот сигнал позволяет посылать сообщение с частотой 40 килобитов или 80 килобитов.

Информационные сигналы, посылаемые глубинной аппаратурой на наземную, поступают на наземный модем на вход 126 демодулятора PSK 127. Сигналы демодулируются на выходе демодулятора 127 преобразуются в коди- Zp рованные сигналы NRZL и поступают на вход схемы обнаружения синхронизации 128, которая обнаруживает синхронизирующее слово, первое слово сообщения (фиг. 6). Информационные слова, следующие за синхронизирующим словом,, преобразуются в форму слов из шестнадцати параллельных битов преобразователем последовательного кода в параллельный 129, затем запоминаются в регистре 130. Шестнадцать выходов регистра 130 соединены параллельно с шестнадцатью входами 131 наземного контроллера. Это изображено на фиг. 14 в виде сигнала "Donnees" (данные).

Слово кода ошибки анализируется с помощью схемы обнаружения ошибки

132, связанной с входом 133 регистра состояний 134, на который она сигнализирует о наличии или отсутствии. ошибки в сообщении. Вход 135 регистра принимает также сигнал демодулятора

PSK 127, обозначающий амплитуду полученного сигнала. Если амплитуда слишкрм мала, он сигнализирует об этом на регистр состояния 134, а также

-на вход 136 схемы обнаружения синхронизирующего слова, от программной памяти 89 поступает сигнал с индикацией

i0 избранного режима работы, например режима непрерывной передачи или режима

"команда-ответ". Схема обнаружения синхронизирующего слова 128 подает сигнал на вход 137 регистра состояний

134 и на вход 138 логической схемы контроля 139 с индикацией о правильности или неправильности синхронизации. Логическая схема контроля 139

2 30 выдает на своем выходе 140 си нал, предупреждающий наземный контроллер о том, что данные в наличии имеются.

Эта логическая схема 139 вьщает также сигналы "Debut de Message" (начало сообщения) и Fin de Message" (конец сообщения), соответствующие первому и последнему словам сообщения. Регистр состояний 134 выдает на контроллер различные сигналы "Elats" (состояния), обозначающие хорошее или плохое качество передачи сообщения, например амплитуду получаемого сигнала, состсяние различных уровней синхронизации, ошибку передачи и т.д.

Программная память 89 вьщает на вход 141 схемы обнаружения синхронизирующих слов 128 сигнал с индикацией длины сообщений, поступающих на модем.

Уже упомянуто, что программная память 89 подает на вход 136 схемы обнаружения синхронизирующих слов

128 сигнал, характеризующий избранный способ передачи. Речь идет в сущности, об управлении подходящим образом открытием вентильной схемы, которая пропускает или не пропускает данные, идущие из кабеля. В режиме

"команда-ответ" схема обнаружения

128 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 89 на входе 141). Когда сообщение принято, схема обнаружения 128 открывает вновь эту вентильную схему тогда, когда она обнаружила следующее синхрониэирующее 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) и держит 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, посылаемые дается на выход контроллера в ожидании внешнего сигнала. Последний может быть послан, например, обычным каротажным устройством, выдающим сигнал о глубине каждый раз, когда зонт прошел определенное расстояние в глубину скважины. Внешний сигнал может интервал времени. 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) выдает сигнал "Fin de Message" (конец сообщения) для сигнализации на контроллер о конце сигнала. В этот момент данные заносятся в память вычислительной машины (блок 143); Истинность принятых сигналов (блок 144) проверяется контроллером. Для этого консультируется регистр состояний 134 (фиг. 14) наземного модема. Если полученное сообщение истинное, данные транспортируются (блок 145) íà 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 ком нд, 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 посылает универсальный уп-. равляющий сигнал таким образом, чтобы система работала в режиме непрерывной передачи (блок 148). Глубинная аппаратура посылает данные на поверхность и выдает сигнал "Fin de

Message" (конец сообщения) в конце каждого цикла выборки данных прибора.. 31 1087082 32 приборами. Возможны два способа выполнения. В обоих случаях контроллер

5 содержит программируемые средства, например вычислительную машину.

По первому способу, изображенному

r ° схематически на Фиг. i, контроллер соединен каналом связи 2 с устройствами получения и обработки данных, также характеризовать определенный причем каждое из этих устройств соответствует определенному прибору. По- fð этому структура устройства может быть 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 различным устройствам обработки 7 с помощью канала связи 6. Канал связи соединен с устройствами обработки 7, внешними устройствами и контроллером 5. Таким образом контроллер 5малогабаритная вычислительная машина или микромашина, способная, с одной стороны хранить в памяти список команд, передаваемых на приборы, и передавать их на наземный модем в определенном порядке и ритме, и, с другой стороны, принимать данные от приборов и распределять их на устройства обработки 7 или непосредственно на периферийные устройства.

По второму способу выполнения (не изображен) контроллер 5 является более мощной вычислительной машиной, чем в первом способе, так как он сам может осуществлять все операции обработки данных. Устройства индивидуальной обработки 7 заменены единственным блоком. Эта система содержит .вычислительную машину, принимающую каротажные данные с помощью интерфейса и соединенную с периферий45 ными устройствами, например памятью, записывающими устройствами и т.д.

На фиг. 16 и 17 в качестве примера показана блок-схема алгоритма функционирования наземного контроллера 5, работающего в режимах "команда-ответ" (фиг. 16) и непрерывной передачи (фиг. 17).

Контроллер начинает с инициализации системы и внесения в свою память листа управляющих сигналов, которые необходимо передать на приборы (блок

142). Затем первая команда листа по87082 34

33 10

Данць|е 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 дан-. ные. 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 длиненной формы, предпочтительно цилиндрической. Два диска 158 и 159 закрывают 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 числа электрических проводов кабеля. Конечная муфта 162 имеет внутреннюю резьбу, выполненную таким образом, что муфта может ввинчиваться на конец корпуса благодаря резьбе, выполненной на внешней поверхности этого конца корпуса. Таким образом штепсельные соединения и дополнительная

10 резьба обеспечивают соответственно электрическое и механическое соединение корпуса с кабелем. Внутри кор.пуса установлены модулятор — демоду" лятор (модем) 9, контроллер 10 и интерфейс 20. Эти элементы во всем идентичны укаэанным элементам и оооэначены теми же цифрамн. Модем 9 соепннен с кабелем 2 электрическими приводами. Контроллер 10 соединен

20 с модемом 9 электрическим соединением, состоящим из нескольких проводов. В корпусе находится также канал связи (шины), состоящий иэ пяти проводов 26-30. Интерфейс 20 и контролzS лер 10 подсоединены параллельно к каналу связи. Таким образом электрические сигналы могут проходить от одного 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 электропитания

165, соединенная с питающими проводами кабеля 2. Электрические провода 166 и 167 служат для питания модема 9, контроллера 10 и интерфейса

40 20. Эти провода соединены также с гнездами диска 159, образующего электрическую втулку. Внешняя повефсность одного конца корпуса 157 имеет выемку и заканчивается кольцевым выступом. В этой выемке установлено

45 кольцо, свободно вращающееся в выемке. Кольцо снабжено эаплечиком, опирающимся на кольцевой выступ. На его конце имеется шаг внутренней реэьзы.

Эти элементы составляют механические средства, благодаря которым мож,но соединить телеметрический датчик со следующим глубинным прибором.

Электрические связи штепсельных соединений на, обоих концах приборов и телеметрического датчика осущест,влены таким образом, что когда приборы размещены встык,. причем первый прибор соединен с концом телеметри 35 1087082 36 ческого датчика, каналы связи различ- бинную аппаратуру модульной формы, ных приборов и телеметрического дат- при которой каждый модуль представчика образуют единый канал связи. ляет собой прибор или телеметричес»

То ке самое касается шин электричес- кий датчик, и любой тип прибора моакого тока, образующих единую питающую 5 но подсоединить к другому прибору линию. Таким об1: зом, получают глу- и в любом порядке. ! ч

Puz. !087082 д f д 1 f 1 0

ФмЗ

g e y n u sp y д 7 Е Х Ф s 2 1 Ю

Фиг. ls и

Ап. b

Фиг. ч

1087082!

087082!

087082

1087082

3 Ой 7()82

1Я

1бО

ВНИИПИ Эвкаэ 2292/54 Тирам 564 Подпиское

Филиал ШШ "Патемт", г, Ужгород, ул.Проектиая,4