"Каротажник", выпуск 78, 2001г.

Н. И. Бескровный ООО "Геоэлектроника"
Е. А. Кулигин ООО
"Фирма"СЭЛКА" г. Краснодар


СИСТЕМА СБОРА/РЕГИСТРАЦИИ ДАННЫХ КАРОТАЖА В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ


В статье рассмотрены вопросы структурного построения и технической реализации системы сбора, регистрации и предобработки потоков геофизических данных от кабельной аппаратуры (далее по тексту - система) как информационной базы каротажной станции, предназначенной для работы на бурящихся скважинах.

Особое внимание уделено выполнению требований функционирования "в реальном времени", а также "дружественному" характеру системы по отношению к пользователям. Последнее свойство (или его отсутствие) у подобных систем начинает проявляться уже на этапе адаптации пользователем различных скважинных геофизических приборов. Такая адаптация зачастую обнаруживает несовместимость системы и необходимость ее доработки поставщиком.

На основе опыта адаптации сканирующей аппаратуры электрического каротажа в состав различных каротажных станций сформулируем ряд принципиальных условий для "дружественной" системы:

  1. Невмешательство в структуру бортового компьютера системы. Не допускается при построении системы установка специализированных узлов на слоты компьютера. Связь узлов системы с бортовым компьютером должна производиться только через стандартные протоколы обмена (LPT, COM, USB). Такой подход обеспечивает быструю замену бортового компьютера, в том числе на другой, более совершенный тип. Развитие компьютерной техники опережает по времени разработки периферии каротажной станции. При выполнении указанного условия пользователь системы получает преимущества - возможности своевременного технического перевооружения и резервирования вычислительной техники (ВТ), неся при этом минимальные дополнительные затраты.
  2. Работа бортового компьютера только в операционной системе, наиболее широко используемой на данном этапе развития ВТ широкого применения (Win 95-98, 2000). Исходя из интересов пользователя, не оправдано применение устаревших и специальных ОС (обычно это MS DOS, Win NT), хотя они и упрощают, например, обработку поступающей информации в реальном времени. Работа в среде Windows обеспечивает пользователю широкие возможности для эффективного использования бортового компьютера, в т. ч. в многозадачном режиме (параллельная работа с пакетами обрабатывающих программ, доступ в Интернет, работа со сканером, работа с документами и т. д.).
  3. "Дружественный" характер системы по отношению к действиям пользователя. Условие содержит множество аспектов, рассмотрим здесь один из основных. Зачастую процесс каротажа проходит для оператора системы в стрессовых условиях: лимит времени, отказы отдельных блоков и приборов системы, срывы в электропитании и т. д. Поведение системы при этом не должно усугублять ситуацию, а по возможности сглаживать ее. Например, при открытии нового сеанса работы в системе организуется и хранится, независимо от действий оператора, внутренний протокол с момента запуска программы и до окончания работы, включая запись основных исходных потоков данных ("протокол истории каротажа"). При благоприятном ходе работ этот протокол может оставаться невостребованным. В случае ошибочных действий оператора или отказов техники становится возможной повторная "прокрутка" с измененными параметрами регистрации без проведения повторных работ в скважине. Например, при отказе прибора после его спуска на забой можно получить диаграмму каротажа этим прибором на спуске.
  4. Открытость и гибкость системы. Прежде всего, должна быть обеспечена возможность программного и технического развития системы, ее переориентации на решение новых задач, в т. ч. смена ВТ и периферии, оснащение новыми компонентами геофизического оборудования и программного обеспечения.

Рассмотрим пример конкретного варианта реализации системы с выполнением указанных выше требований.


Бортовой компьютер
Все основные функции - управление системой, сбор потоков геофизических данных, их предобработка и регистрация в "реальном времени", визуализация данных на экране и/или бумажном носителе, редактирование данных - выполняются одним бортовым компьютером.

Минимальные требования к бортовому компьютеру:

  • IBM - совместимый с процессором не ниже "Pentium MMX 200";
  • на бортовом компьютере должна быть установлена ОС Windows 95/98;
  • объем свободного дискового пространства - не менее 1,0 Гбайт;
  • параллельный порт, поддерживающий режим ЕРР;
  • конструктивное исполнение - любое (настольный, промышленный, notebook).

В качестве резервного компьютера рекомендуется notebook с указанными выше параметрами.


Интерфейсный блок
Интерфейсный блок (ИБ) предназначен для стыковки информационных сигналов геофизической аппаратуры и датчиков каротажной станции с бортовым компьютером. Он обеспечивает быструю трансляцию содержимого цифровых телеметрических каналов из наземных панелей аппаратуры в бортовой компьютер, одновременное аналого-цифровое преобразование сигналов из наземных панелей аппаратуры и датчиков каротажной станции с выдачей результатов в бортовой компьютер, фиксацию меток глубины с выдачей в бортовой компьютер.

ИБ выполнен на одной печатной плате формата "еврокарта" размером 160 х 100 мм с разъемом входного интерфейса типа DIN 41612 (аналог - СНП 59-96) для установки в наземную панель системы.
Подключение ИБ к бортовому компьютеру производится через параллельный порт LPT (режим ЕРР).

Функциональная схема ИБ приведена на рис. 1. Он состоит из входного интерфейса, схем приема цифровых данных, приема адреса канала, приема меток глубины, АЦП высокого разрешения, быстрого АЦП среднего разрешения, микроконтроллера, буферного блока памяти и адаптера параллельного порта.

78-1.gif (77029 bytes)

Рис. 1. Функциональная схема интерфейсного блока системы

Входной интерфейс ИБ представляет собой шины следующих функциональных групп:

  • адреса каналов - 8 цифровых линий адреса плюс линия контроля четности;
  • цифровые данные - 16 цифровых линий данных плюс две линии побайтного контроля четности;
  • медленный аналоговый канал высокого разрешения - две линии с дифференциальным представлением аналогового канала плюс линия аналоговой "земли";
  • два независимых быстрых аналоговых канала среднего разрешения - четыре линии (по две на один физический канал) с дифференциальным представлением аналогового сигнала плюс линия аналоговой "земли";
  • метки глубины - три цифровых линии;
  • сигналы синхронизации - три цифровых линии.

Схема приема цифровых данных обеспечивает прием 256 цифровых каналов с разрешением до 16 двоичных разрядов. Цифровые данные поступают в ИБ мультиплексно по одному физическому цифровому каналу. Допустимая средняя скорость приема данных - не менее 15 кбайт/с. Режим приема данных - синхронный.

Схема АЦП высокого разрешения предназначена для высококачественного преобразования сигналов ПС в диапазоне +2500 мВ. Она представляет собой низкоскоростной интегрирующий "дельта-сигма" аналого-цифровой преобразователь с дифференциальным входом, в котором осуществляются усиление, фильтрация и преобразование медленно меняющегося сигнала ПС в цифровой код с разрешением 24 двоичных разряда. Параметры преобразования -коэффициент усиления по напряжению, частота среза ФНЧ и частота режекции, шаг дискретизации - могут устанавливаться оператором в программе регистрации.

Схема быстрого АЦП среднего разрешения обеспечивает прием 256 аналоговых каналов с разрешением до 16 двоичных разрядов. Схема предназначена для преобразования быстроменяющихся аналоговых сигналов, например, волновых сигналов акустического каротажа. Аналоговые сигналы поступают в ИБ мультиплексно, по двум дифференциальным физическим аналоговым каналам. Время преобразования одного канала - не более 10 мкс.

Микроконтроллер управляет работой узлов и информационных потоков внутри ИБ. Он работает по программе, находящейся во внутреннем ПЗУ. От бортового компьютера микроконтроллер получает команды управления (инициализация, стоп, калибровка АЦП и др.).

Память интерфейсного блока выполняет роль буфера, согласующего скорости и задержки по времени информационных потоков -входного, от геофизических приборов, и выходного, к бортовому компьютеру. Память имеет организацию FIFO ("первым пришел - первым ушел"). Емкость буфера выбрана равной 8 кбайт, что позволяет бортовому компьютеру, при скоростях входного потока до 10 кбайт/с, задерживать ввод данных на время до 0,8 с и выполнять при этом другие задачи без потери входных данных. Практически из ОС Windows 95/98 могут загружаться любые дополнительные задачи - редактирование данных, печать диаграмм и т, п., вплоть до оптимизации дискового пространства. Таким методом в системе реализована функция "реального времени" при работе компьютера в многозадачной ОС.

Адаптер параллельного порта работает в режиме ЕРР и позволяет на скоростях до 500 кбайт/с записывать команды в регистр внутреннего параллельного порта микроконтроллера и считывать данные из буферной памяти интерфейсного блока.

Регистрация данных
Программное обеспечение регистрации данных, под управлением которого работают бортовой компьютер и связанный с ним интерфейсный блок, обеспечивает при каждом открытии сеанса выполнение следующих основных функций:

  • инициализацию и контроль работоспособности интерфейсного блока;
  • калибровку канала медленного АЦП высокого разрешения, установку коэффициента усиления, частоты среза и частоты режекции цифрового фильтра;
  • прием цифровых и аналоговых данных от геофизических блоков, контроль корректности полученной информации;
  • усреднение отсчетов в каналах данных (при необходимости);
  • привязку поступающих данных к глубине и времени, автоматическую коррекцию глубин по магнитным меткам (при необходимости);
  • запись всей принятой в течение сеанса работы информации во временный файл ("история каротажа");
  • предварительную обработку принятой информации в реальном времени по алгоритмам и макетам, выбранным оператором;
  • регистрацию выбранной информации на жесткий диск в формате, заданном оператором (LAS, GDF).


Визуализация данных
Программное обеспечение системы включает также развитую систему отображения, позволяющую просматривать и печатать поступающую и обработанную информацию в табличном и графическом видах, в т. ч. в режиме реального времени. При отображении у оператора имеется возможность выбирать и создавать макеты визуализации, изменять алгоритмы обработки, порядок, оси развертки, масштабы, шкалы и режимы переноса графиков, цвета каротажных кривых. Имеется возможность быстрой "прокрутки" графиков назад-вперед по оси глубин (времени) в пределах выбранного сеанса работы.

На рис. 2 приведен пример контроля каротажных данных на экране бортового компьютера при работе системы с прибором двойного бокового микрокаротажа Э42С. Исходные данные от прибора Э42С (токи сегментов центрального электрода и потенциалы электродов) преобразованы в физические параметры (удельные электрические сопротивления) по алгоритмам, приведенным в эксплуатационной документации, и в таком виде отображаются на экране в процессе каротажа.

78-2.gif (110010 bytes)

Рис. 2. Пример контроля записи каротажных данных на экране компьютера при работе с прибором двойного бокового микрокаротажа Э42С





  "Каротажник", выпуск 78, 2001г.