СПОСОБ СБОРА ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМЕ ДАТЧИКОВ Российский патент 2018 года по МПК E21B47/12 G06F11/22 G06F12/10 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к области геофизических исследований скважин, а именно к способам для осуществления измерения и контроля параметров скважины.

Известна система управления технологическими процессами установок комплексной подготовки газа газоконденсатных месторождений Крайнего Севера (см. патент на полезную модель RU 125623, МПК Е21В 47/00), включающая датчики контроля параметров технологических процессов установок комплексной подготовки газа, контроллеры сбора и предварительной обработки информации, измерительные каналы от упомянутых датчиков до входа в контроллеры сбора и предварительной обработки информации, базу данных для фактических показаний датчиков и расчетных показаний датчиков на основе математического моделирования, при этом упомянутая автоматизированная система управления технологическими процессами имеет возможность циклического контроля в течение заданного периода времени фактических показаний датчиков, фиксирования для каждого датчика разницы между фактическим и расчетным значениями регистрируемого им параметра, слежения за динамикой поведения фактических показаний каждого датчика и, в случае превышения среднего арифметического значения отклонения заданной величины допустимого отклонения, выдачи сообщения об отказе соответствующего датчика с рекомендацией перехода на режим моделирования его показаний до восстановления работоспособности с использованием расчетных значений показаний за вычетом среднего арифметического значения отклонения. Однако данная система применима только в случае плавной смены контролируемых параметров, поскольку в ином случае (вне зависимости от принятой максимальной разницы между регистрируемой и моделируемой величиной параметра) существует вероятность принятия резкой смены величины параметра за неисправность либо наоборот. Кроме того, обработку данных некоторых датчиков целесообразно проводить не по отдельности, а в совокупности (например, в некоторых случаях показания датчиков температуры и давления должны коррелировать между собой), что также поможет избежать ошибочного решения о неисправности соответствующих датчиков.

Известен сетевой протокол компьютерных систем DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol — протокол динамической настройки узла), реализующий автоматическое обнаружение и подключение нового сетевого устройства с выдачей ему динамического адреса и также автоматическое исключение из системы отказавшего или отключенного датчика без возникновения системной ошибки, позволяющий компьютерам автоматически получать IP-адрес и другие параметры, необходимые для работы в сети. Данный протокол работает по модели «клиент-сервер». Для автоматической конфигурации компьютер-клиент на этапе конфигурации сетевого устройства обращается к серверу и получает от него нужные параметры. Сетевой администратор может задать диапазон адресов, распределяемых сервером среди компьютеров. Однако такая система не применима напрямую в области геофизических исследований скважин. Для задач геофизики вышеописанный протокол имеет избыточные элементы – как правило, не требуется выбор адреса из нескольких предложенных сервером, нет необходимоcти в задании времени действия адреса, чаще всего имеется только один сервер и так далее. С другой стороны, распределение основной части адресов геофизических модулей (датчиков) происходит в начале работы системы и для уменьшения коллизий и разгрузки сети в начальные моменты работы необходимо разделение запросов от клиентов во времени, чего лишен протокол DHCP.

Известен способ, реализуемый скважинным контрольно-измерительным комплексом (см. патент на изобретение RU 2425213, МПК E21B 47/00, E21B 47/12) (прототип), содержащим последовательно соединенные между собой модуль телеметрии и, по крайней мере, один связочный модуль, каждый из которых включает блок питания, соединенный с блоком обработки информации, блоком памяти и блоком согласования уровней сигнала, а блок обработки информации соединен с блоком памяти и блоком согласования уровней сигнала, при этом по крайней мере один из модулей содержит блок датчиков параметров скважины, соединенный с блоком обработки информации, а модуль телеметрии дополнительно содержит блоки выделения и формирования информационного сигнала, каждый из которых соединен с блоками питания и обработки информации, блоки питания, выделения и формирования информационного сигнала соединены при помощи геофизического кабеля с наземной аппаратурой, включающей источник питания и информационного сигнала, блоки согласования уровней сигнала модуля телеметрии и соединенного с ним связочного модуля соединены между собой посредством линии питания и/или связи. Комплекс осуществляет идентификацию датчиков в системе, опрос датчиков и отправку полученных данных телеметрии на наземные станции. При этом идентификация модулей осуществляется следующим образом. После включения все связочные модули имеют один широковещательный адрес (например, FFH). С наземной аппаратуры подается команда с широковещательным адресом назначения FFH «сменить адрес на 01H». Поскольку первый модуль имеет адрес FFH, он перехватывает команду, меняет свой адрес на 01H и отсылает ответ, дополнив его своими параметрами. После этого посылается команда «сменить адрес на 02H» также с широковещательным адресом FFH. Поскольку первый модуль уже имеет адрес 01H, он пропускает данную команду дальше, и она воспринимается последующим модулем с дальнейшей выдачей ответа. Раздача адресов ведется до тех пор, пока не будет превышено время ожидания ответа, то есть пока все датчики не получат адрес и в комплексе не останется модулей с адресом FFH. Однако этот способ не предназначен для раздачи адресов непосредственно в процессе работы, а также при замене или добавлении новых модулей.

Заявляемое изобретение направлено на решение технической проблемы, связанной с повышением точности определения количества и состава датчиков в системе при включении системы, проведения опроса датчиков во время работы, идентификации и включения в состав системы вновь подключенных датчиков, исключения из состава системы отключенных либо неисправных датчиков.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении надежности и точности способа сбора информации в системе датчиков, при котором возможно точное определение и отключение неисправных датчиков, а также замена и подключение датчиков с последующим получением адреса без прерывания работы системы.

Заявленный технический результат достигается тем, что способ сбора информации в системе датчиков, состоящей из устройства управления датчиками и датчиков, включает циклический опрос датчиков из таблицы соответствия временных адресов устройства управления датчиками; передачу от устройства управления датчиками широковещательной команды задания временного адреса, воспринимаемой всеми датчиками, еще не получившими временного адреса; прием датчиком без временного адреса широковещательной команды на задание адреса; присвоение датчиком временного адреса из поля данных принятой команды; выжидание паузы случайной длительности, заданной генератором случайных чисел датчика; проверку занятости линии и, в случае свободной линии – выдачу ответного сигнала, содержащего необходимые для идентификации датчика данные из его энергонезависимой памяти, в случае занятой линии – сброс адреса датчика до первоначального; после присвоения временного адреса датчику сведения о нем вносятся в таблицу соответствия адресов устройства управления датчиками; в случае определения отсутствия датчика либо его неисправности временный адрес данного датчика освобождают для использования в поле данных широковещательной команды на задание адреса, при этом сведения о самом датчике удаляют из таблицы соответствия адресов устройства управления датчиками.

После отправки ответа на широковещательную команду задания адреса датчик может ожидать подтверждения со стороны устройства управления датчиками и при его отсутствии сбрасывать адрес до первоначального.

Для инициализации генератора случайных чисел, задающего паузы перед ответом датчика, может быть использован MAC-адрес или заводской номер этого датчика.

Неисправность датчика определяют по отсутствию ответа на команду, подаваемую по адресу данного датчика из таблицы соответствия адресов устройства управления датчиками, в течение заранее оговоренного количества циклов.

Для задания широковещательной команды на сброс используют другой широковещательный адрес, отличный от адреса широковещательной команды получения временного адреса для неинициализированных датчиков.

Согласно заявляемому решению способ сбора информации осуществляется в системе, включающей устройство управления датчиками – главное устройство (MASTER) и некоторое количество подключенных к нему подчиненных устройств, датчиков (SLAVE). Инициатором инициализации может быть только MASTER, то есть система работает в режиме «ведущий-ведомый» (MASTER-SLAVE). Система допускает каскадирование, то есть MASTER текущего уровня может являться SLAVE для MASTER более высокого уровня.

Максимальное количество датчиков в системе определяется разрядностью поля адреса как 2^n-2, где n — количество разрядов поля адреса. Так, например, при n=8 в системе может быть не более 254 датчиков.

Согласно заявляемому способу выбирают два адреса, для определенности назовем эти адреса 0х00 и 0хff. Один из них, допустим, 0х00 — широковещательный. Он служит для одновременной отправки команды от MASTER на все датчики. Второй - 0хff, также широковещательный, является адресом команды «получить адрес» для датчика. После включения питания системы все датчики присваивают себе адрес 0хff и начинают прослушивать линию. При обнаружении в линии команды с адресом 0хff значение поля данных воспринимается каждым датчиком с адресом 0хff как временный адрес, который будет назначен в случае успеха инициализации в качестве постоянного до команды сброса или выключения питания датчика. После этого каждый датчик выдерживает случайную паузу, причем с целью предотвращения совпадающего поведения разных датчиков для инициализации генератора случайных чисел используется MAC-адрес датчика (заводской номер), затем проверяет состояние линии связи и, если она не захвачена другим устройством, ответившим быстрее, начинает обмен с MASTER-ом. При этом MASTER-у передается содержимое FLASH-памяти датчика, в котором содержится вся необходимая для идентификации и работы с датчиком информация — заводской номер, дата изготовления, назначение датчика, эталонировочная информация, дата последней эталонировки, время ее валидности или дата следующей эталонировки, количество измеряемых параметров, их формат и тому подобное. С этого момента полученный адрес закрепляется за датчиком до команды сброса, выключения питания системы или его выхода из строя. Если же линию связи успел захватить другой датчик, датчику снова присваивается адрес 0хff.

Главное устройство (устройство управления датчиками) строит таблицу соответствия идентифицированных датчиков присвоенным им адресам. В соответствии с этой таблицей происходит циклический опрос датчиков. В каждый цикл запроса обязательно включается запрос датчика по адресу 0хff.

Таким образом, если в системе остались неинициализированные датчики, или подключился новый, или в результате намеренного или ненамеренного сброса некоторые датчики утеряли инициализацию, произойдет их инициализация и включение в состав системы. Напротив, если какой-то датчик (или группа датчиков) перестал отвечать на присвоенный адрес, то после нескольких (количество заранее задано в системе) тайм-аутов (циклов) датчик будет исключен из системы, а присвоенный ему адрес освободится и может быть назначен вновь подключенному датчику.

В вариантах осуществления заявляемого способа после отправки ответа на широковещательную команду задания адреса датчик может ожидать дополнительного подтверждения со стороны устройства управления датчиками и при его отсутствии сбрасывать адрес до первоначального.

Для задания широковещательной команды на сброс может быть использован другой широковещательный адрес, отличный от адреса широковещательной команды получения временного адреса для неинициализированных датчиков.

В качестве примера рассмотрим систему ГТИ (геолого-технологических исследований), состоящую из прискважинной части с большим числом датчиков, устройства опроса датчиков и соединенного с ним устройства связи (УСО), передающего данные с этих датчиков оператору. В качестве MASTER в данной системе используется устройство опроса датчиков. В начальный момент времени устройство опроса датчиков проводит инициализацию вышеописанным образом и составляет таблицу соответствия идентифицированных датчиков присвоенным им адресам (таблица 1).

Таблица 1

Датчик Адрес датчика Датчик натяжения кабеля 0x01 Датчик глубины 0x02 Датчик температуры 1 0x03 Датчик температуры 2 0x04 Датчик температуры 3 0x05 Датчик давления 1 0x06 Датчик давления 2 0x07 Датчик давления 3 0x08

Согласно таблице дальнейшие опросы будут проводиться циклически, при этом в каждом цикле будут посылаться запросы на 8 датчиков, а также один широковещательный запрос с командой на получение нового адреса, содержащий в поле данных присваиваемый адрес 0x09.

При присоединении еще одного датчика (например, индикатора содержания сероводорода) в процессе очередного опроса новый датчик откликнется на широковещательную команду, и ему будет присвоен адрес 0x09.

При отсутствии ответа от датчика на команду по соответствующему адресу в течение установленного количества раз датчик считается отключенным (неисправным) и его адрес освобождается. Пусть перестал отвечать на опрос датчик температуры № 1. Тогда после вышеописанных действий таблица соответствия устройства опроса датчиков будет выглядеть следующим образом (таблица 2):

Таблица 2

Датчик Адрес датчика Датчик натяжения кабеля 0x01 Датчик глубины 0x02 Датчик температуры 2 0x04 Датчик температуры 3 0x05 Датчик давления 1 0x06 Датчик давления 2 0x07 Датчик давления 3 0x08 Индикатор содержания сероводорода 0x09

При этом следующий широковещательный запрос может иметь в поле данных адрес 0x03.

В заявляемом способе раздача новых адресов происходит циклически при опросе датчиков в процессе работы, таким образом, подключение новых датчиков и отключение неисправных не вызывает смену режима работы или сбоя.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к области геофизических исследований скважин, а именно к способам для осуществления измерения и контроля параметров скважины. Техническим результатом является повышение надежности и точности способа сбора информации в системе датчиков. Предложенный способ сбора информации в системе датчиков, состоящей из устройства управления датчиками и датчиков, включает циклический опрос датчиков из таблицы соответствия временных адресов устройства управления датчиками; передачу от устройства управления датчиками широковещательной команды задания временного адреса, воспринимаемой всеми датчиками, еще не получившими временного адреса; прием датчиком без временного адреса широковещательной команды на задание адреса; присвоение датчиком временного адреса из поля данных принятой команды; выжидание паузы случайной длительности, заданной генератором случайных чисел датчика; проверку занятости линии и, в случае свободной линии – выдачу ответного сигнала, содержащего необходимые для идентификации датчика данные из его энергонезависимой памяти, в случае занятой линии – сброс адреса датчика до первоначального. При этом после присвоения временного адреса датчику сведения о нем вносятся в таблицу соответствия адресов устройства управления датчиками. В случае определения отсутствия датчика либо его неисправности временный адрес данного датчика освобождают для использования в поле данных широковещательной команды на задание адреса, при этом сведения о самом датчике удаляют из таблицы соответствия адресов устройства управления датчиками. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ сбора информации в системе датчиков, состоящей из устройства управления датчиками и датчиков, включающий циклический опрос датчиков из таблицы соответствия временных адресов устройства управления датчиками; передачу от устройства управления датчиками широковещательной команды задания временного адреса, воспринимаемой всеми датчиками, еще не получившими временного адреса; прием датчиком без временного адреса широковещательной команды на задание адреса; присвоение датчиком временного адреса из поля данных принятой команды; выжидание паузы случайной длительности, заданной генератором случайных чисел; проверку занятости линии и, в случае свободной линии – выдачу ответного сигнала, содержащего необходимые для идентификации датчика данные из его энергонезависимой памяти; в случае занятой линии – сброс адреса датчика до первоначального;

отличающийся тем, что

после присвоения временного адреса датчику сведения о нем вносят в таблицу соответствия адресов устройства управления датчиками;

в случае определения отсутствия датчика либо его неисправности временный адрес данного датчика освобождают для использования в поле данных широковещательной команды на задание адреса, при этом сведения о самом датчике удаляют из таблицы соответствия адресов устройства управления датчиками.

2. Способ сбора информации по п. 1, отличающийся тем, что после отправки ответа на широковещательную команду задания адреса датчик ожидает дополнительного подтверждения со стороны устройства управления датчиками и при его отсутствии сбрасывает адрес до первоначального.

3. Способ сбора информации по п. 1, отличающийся тем, что для инициализации генератора случайных чисел, задающего паузы перед ответом датчика, используют MAC-адрес или заводской номер этого датчика.

4. Способ сбора информации по п.1, отличающийся тем, что неисправность датчика определяют по отсутствию ответа на команду, подаваемую по адресу данного датчика из таблицы соответствия адресов устройства управления датчиками, в течение заранее оговоренного количества циклов.

5. Способ сбора информации по п.1, отличающийся тем, что для задания широковещательной команды на сброс используют другой широковещательный адрес, отличный от адреса широковещательной команды получения временного адреса для неинициализированных датчиков.