Модуль системы сбора информации геолого-технологических исследований Российский патент 2025 года по МПК E21B44/00 G06F17/40 G06F9/46 H04W4/38 H04W80/02 H04W84/18 

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности, а именно к системам мониторинга при строительстве и ремонте нефтегазовых скважин для выполнения опроса технологических параметров, измеряемых технологическими устройствами, передачи данных в виртуальные устройства для построения на основе их данных вычисляемых параметров, а также объединения параметров, привязки их ко времени и передачи на отображение и регистрацию.

Из уровня техники известно устройство сбора, обработки, хранения и передачи цифровых данных (RU 2706587, кл. G05B 15/00, 2019 г.), включающее управляющий компьютер с программируемым пользовательским интерфейсом, удаленный сервер с центральным узлом процессора и соответствующим клиент-серверным программным обеспечением, программируемый модем с центральным процессором и разъемами интерфейсов Ethernet, RS485, связанный с набором датчиков системы мониторинга и осуществляющий трансфер данных как по проводной линии связи, так и через GSM канал. При этом программируемый модем является мастером по отношению к удаленному серверу и содержит сформированные на базе встроенного центрального процессора блок, выполняющий опрос набора датчиков и контролирующих устройств системы мониторинга, блок пользовательской фильтрации для фильтрации данных, поступающих на вход программируемого модема в установленном диапазоне значений данных для каждого измеряемого параметра, блок интеллектуального сжатия для фиксирования изменения указанных измеряемых параметров в течение заданного периода, блок архивирования и хранения данных для архивирования и формирования пакетов с данными и блок обмена данными с удаленным сервером, который связан с, по меньшей мере, одним управляющим компьютером и содержит реализованные в центральном узле процессора удаленного сервера блоки обмена данными с программируемым модемом и управляющим компьютером и блок хранения данных с запоминающим устройством, выполненным с возможностью интеллектуального сжатия объема данных со временем при сохранении ключевых параметров данных. Программируемый модем выполнен с возможностью одновременной синхронной работы портов Ethernet, RS485, RS232 в режиме приема передачи сигналов с данными программируемым модемом, а управляющий компьютер содержит блоки центрального процессора, обеспечивающие интерактивную визуализацию данных посредством инструментов формирования индивидуально настраиваемых виджетов и мнемосхем. Один управляющий компьютер является элементом сети с распределенным реестром обмена данными.

Известно устройство сбора, обработки и передачи телеметрической информации (RU 2449346, кл. G06F 9/00, 2012 г.), содержащее печатную плату с расположенными на ней: блока питания, микроконтроллера с оперативной и постоянной памятью большого размера, часами реального времени со встроенной энергонезависимой памятью и литиевой батареей резервного питания, преобразователя интерфейса RS-232, преобразователя сигналов интерфейса RS-485 с блоком гальванической развязки.

Недостатком известных устройств является невысокий темп сбора информации из-за возможности потери пакетов данных, а также неудобство эксплуатации при обслуживании из-за отсутствия автоматического определения вновь подключаемых устройств, их технологических параметров, а также отсутствие возможности определения в автоматическом режиме отключаемых устройств.

Известен модуль интеллектуального удаленного ввода-вывода (RU 116661, кл. G06F 15/16, 2012 г.), содержащий два интерфейса CAN, связанных с блоком микроконтроллера с изменяемой вычислительной мощностью, блок энергонезависимой памяти, соединенный с микроконтроллером по шине адрес/данные, блок дискретных входов, или блок дискретных выходов, или блок аналоговых входов. Эти блоки находятся на портах ввода-вывода микроконтроллера. Модуль включает блок настроек протокола CANOpen, соединенный с микроконтроллером по портам ввода-вывода, блок энергонезависимой памяти EEPROM, подключенный к микроконтроллеру. Все блоки имеют защиту для работы в условиях неблагоприятной электромагнитной обстановки. Кроме того устройство имеет возможность замены блока микроконтроллера, с другой вычислительной мощностью, а также имеет возможность замены блока питания для работы с различными диапазонами питающих напряжений.

Недостатком известного модуля является низкий темп сбора информации из-за отсутствия параллельного опроса устройств, а также отсутствие возможности дополнительной проверки сведений о параметрах каждого устройства.

Наиболее близкой по технической сущности является система сбора данных (RU 2485582, кл. G06F 17/40, G06F 15/173, 2013 г.), которая состоит из несколько блоков сбора, концентратора, накопителя, ПЭВМ, соединенных между собой по топологии типа «звезда» линиями информационного интерфейса. Каждый блок сбора состоит из источника питания, одного или более модулей сбора данных, состоящего из узла аналого-цифрового преобразования, узла цифровой обработки сигналов, узла управления, узла контроля занятости шины, контроллера шины, узла синхронизации, памяти заданий и модуля согласования. Все модули сбора данных в одном блоке сбора используют одни и те же интерфейсные линии (шину) для приема и передачи информации и дополнительную линию занятости шины. Для обеспечения временной синхронизации собираемых данных в состав изделия введен модуль синхронизации, соединенный со входами узлов синхронизации всех модулей сбора данных

В известной системе, из-за отсутствия возможности автоматической записи об изменениях устройства, значительно усложняется сбор информации с устройств в процессе геолого-технологических исследований.

Проблемой, на которую направлено изобретение, является разработка нового модуля системы сбора информации геолого-технологических исследований, направленного на устранение недостатков известных аналогов для обеспечения возможности его использования при строительстве и ремонте нефтегазовых скважин.

Техническим результатом изобретения является повышение темпа сбора информации за счёт параллелизма опроса устройств, уменьшения количества потерянных пакетов за счет перезапроса потерянных кадров; повышение удобства эксплуатации и обслуживания системы за счет автоматического определения вновь подключаемых или отключаемых устройств и автоматического декодирования форматов данных и подключенных технологических датчиков, а также получение вычисляемых технологических параметров непосредственно на уровне системы сбора информации.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что модуль системы сбора информации геолого-технологических исследований содержит модуль связи с ЭВМ с программным обеспечением (ПО) системы сбора информации, связанный по линиям связи с технологическими устройствами и модуль хранения информации о технологических устройствах. Согласно изобретению модуль системы сбора информации геолого-технологических исследований включает модуль коммутации пакетов протокола SenNet, связанный двунаправленным программным интерфейсом с модулем обработки команд протокола SenNet, модулем связи с ЭВМ для приема/передачи пакета протокола SenNet, модулем коммутации пакетов протокола SenNet по линиям связи и модулем виртуальных устройств. Модуль обработки команд протокола SenNet и модуль виртуальных устройств связаны с модулем хранения информации о технологических устройствах, который в свою очередь подключен через модуль опроса устройств к модулю коммутации пакетов протокола SenNet по линиям связи. Вход модуля опроса устройств подключен к выходу модуля поиска устройств, который по двунаправленным линиям связям подключен к модулю коммутации протокола SenNet по линиям связи. Модуль коммутации протокола SenNet выполнен с возможностью приема/передачи адресной информации по всем линиями связи.

Каждая линия связи содержит модуль обмена пакетного уровня протокола SenNet, модуль обмена кадрового уровня, блок интерфейса RS485, выполненные с возможностью обработки и обмена данными с технологическими устройствами.

Количество линий связи, подключенных от модуля обмена кадрового уровня протокола SenNet к блоку интерфейса RS485, от одной до шести.

Общее количество устройств, технологических и виртуальных, в системе не может превышать 254 в связи с ограничениями адресации.

Аппаратура модуля системы геолого-технологических исследований выполнена на одной печатной плате и включает в себя все необходимые аппаратные модули, является законченным изделием.

Изобретение поясняется иллюстрацией, где представлена функциональная схема системы сбора информации геолого-технологических исследований, на которой обозначены следующие позиции:

1 - модуль обработки команд протокола SenNet, выполняющий функцию обработки команд по ПО системы сбора;

2 - модуль коммутации протокола SenNet;

3 - модуль связи с ЭВМ, выполненный с возможностью приема пакетов протокола SenNet от модуля 2 коммутации протокола SenNet и передачи их в ЭВМ с программным обеспечением (ПО) системы сбора информации, а также с возможностью приема пакетов от ПО системы сбора и передачи их в модуль 2 коммутации протокола SenNet.

4 - модули виртуальных устройств;

5 - модуль хранения информации об устройствах содержит записи обо всех устройствах (технологических и виртуальных), подключенных в настоящее время. Каждая запись об устройстве содержит, в частности: идентификатор устройства; идентификаторы технологических параметров, которые это устройство может передавать; форматы представления значений технологических параметров; значения технологических параметров, полученные в последнем цикле опроса.

6 - модуль поиска устройств;

7 - модуль опроса – выполняет цикл опроса;

8 - модуль коммутации пакетов протокола SenNet по линиям связи;

9 - модуль обмена пакетного уровня протокола SenNet;

10 - модуль обмена кадрового уровня;

– обеспечивает обмен данными с технологическими устройствами на уровне кадров: разделяет пакеты на кадры, формирует структуру кадров, проверяет целостность кадров, формирует, передает и принимает служебные кадры и т.д.

11 - блок интерфейса RS485, включающий набор электронных компонентов, реализующий физический уровень приема-передачи данных по интерфейсу RS485.

Модуль системы сбора информации геолого-технологических исследований в своей работе выполняет функциональные процессы, включающие поиск технологических устройств, опрос устройств, передачу данных о технологических параметрах в ПО системы сбора, а также управление устройствами (технологическими и виртуальными).

При поиске технологических устройств модуль 6 поиска выполняет периодическое формирование кадра, содержащего команду поиска. При каждом формировании кадра адрес технологического устройства последовательно изменяется в границах от минимального значения адреса, до максимального. Кадр, содержащий команду поиска, передается по двунаправленной шине сопряжения в модуль 8 коммутации пакетов протокола SenNet по линиям связи. Модуль 8 выполняет анализ адресной информации в кадре и передает кадр по всем линиями связи №1 - №6 к технологическим устройствам в соответствии с заложенными правилами коммутации. Модуль 9 обмена пакетного уровня протокола SenNet, модуль 10 обмена кадрового уровня и блок 11 интерфейса RS485 передают кадр в технологическое устройство. Если к линии связи №1 - №6 подключено технологическое устройство с адресом, указанным в кадре, то технологическое устройство формирует и отправляет ответный кадр. Ответный кадр от технологического устройства принимают блок 11, модули 9 и 10. Ответный кадр через модуль 8 коммутации пакетов протокола SenNet передается по двунаправленным шинам сопряжения в модуль 6 поиска устройств. Модуль 6 поиска устройств анализирует ответный кадр и формирует сообщение об изменении записи об устройстве с адресом, который был указан в кадре, содержащем команду поиска. Сообщение об изменении записи об устройстве передается по двунаправленным линиям через модуль 7 опроса устройств в модуль 5 хранения информации об устройствах. Модуль 5 хранения информации об устройствах получает сообщение о изменении записи об устройстве и выполняет одну из операций: добавление, подтверждение, удаление записи об устройстве с адресом, который был указан в кадре, содержащем команду поиска. Таким образом, обеспечивается возможность автоматического определения вновь подключаемых или отключаемых устройств, автоматического начала процесса опроса технологических датчиков и автоматического декодирования форматов данных от подключенных технологических датчиков.

Каждая запись об устройстве содержит, в частности: идентификатор устройства, идентификаторы технологических параметров, которые это устройство может передавать, форматы представления значений технологических параметров, значения технологических параметров, полученные в последнем цикле опроса.

При выполнении функции опроса устройств, модуль 7 опроса устройств получает записи об устройстве из модуля 5 хранения информации об устройствах. Для каждой записи об устройстве модуль 7 опроса устройств выполняет периодическое формирование пакета протокола SenNet, содержащего команду опроса. Пакет протокола SenNet, содержащий команду опроса, передается в модуль 8 коммутации пакетов протокола SenNet по линиям связи. Модуль 8 выполняет анализ адресной информации в пакете протокола SenNet и распределяет пакет протокола SenNet по линиями связи №1 - 6 в соответствии с заложенными правилами коммутации. Модули 9, 10 и блок 11 передают пакет протокола SenNet в технологическое устройство. Технологическое устройство формирует и отправляет ответный пакет протокола SenNet. Ответный пакет протокола SenNet от технологического устройства принимают блок 11 интерфейса RS485, а также модули 9 и 10. Ответный пакет протокола SenNet через модуль 8 передается в модуль 7 опроса устройств. Модуль 7 опроса устройств анализирует ответный пакет протокола SenNet и формирует сообщение об обновлении значений технологических параметров в записи об устройстве с адресом, который был указан в пакете протокола SenNet, содержащем команду опроса. Сообщение об изменении записи об устройстве передается в модуль 5 хранения информации об устройствах. Модуль 5 хранения информации о устройствах получает сообщение об изменении записи об устройстве и выполняет обновление значений технологических параметров в записи об устройстве. Таким образом, повышается удобство при эксплуатации и обслуживании системы за счет автоматического начала опроса технологических датчиков с продолжением опроса технологических датчиков с временным хранением полученных значений технологических параметров при потере связи с ПО системы сбора.

При выполнении функции опроса модуль 4 периодически запрашивает значения технологических параметров из модуля 5 хранения информации об устройствах, выполняет расчет вычисляемых технологических параметров, в соответствии с заложенными в него математическими зависимостями, и передает в модуль 5 хранения информации об устройствах значения вычисляемых технологических параметров. Таким образом, осуществляется получение вычисляемых технологических параметров непосредственно на уровне системы сбора информации.

При выполнении функции передаче данных о технологических параметрах в ПО системы сбора модуль 1 обработки команд протокола SenNet периодически выполняет последовательность действий:

- получает данные из модуля 5 хранения информации об устройствах;

- формирует пакет протокола SenNet, содержащий данные из модуля 5 хранения информации об устройствах;

- отправляет сформированный пакет протокола SenNet через модуль 2 коммутации пакетов протокола SenNet, модуль 3 связи с ЭВМ в ПО системы сбора.

Период выполнения последовательности действий определяется настройками модуля 1 обработки команд протокола SenNet.

При выполнении функции управления устройствами (технологическими и виртуальными), пакет протокола SenNet, содержащий команду управления, от ПО системы сбора через модуль 3 связи с ЭВМ поступает в модуль 2 коммутации протокола SenNet. Модуль 2 коммутации протокола SenNet выполняет анализ адресной и командной информации в пакете протокола SenNet и в соответствии с заложенными правилами коммутации распределяет пакет протокола SenNet между модулями 4 виртуальных устройств и модулем 8 коммутации пакетов протокола SenNet по линиям связи. Модуль 4 виртуальных устройств обрабатывает пакет протокола, содержащий команду управления, и передает ответный пакет протокола SenNet в модуль 2 коммутации пакетов протокола SenNet. Модуль 8 выполняет анализ адресной информации в пакете протокола SenNet и распределяет пакет протокола SenNet между линиями связи №1 - №6 в соответствии с заложенными правилами коммутации. Модули 9, 10 и блок 11 передают пакет протокола SenNet в технологическое устройство. Затем блок 11, модули 9 и 10 принимают ответный пакет протокола SenNet от технологического устройства. Ответный пакет протокола SenNet через модуль 8 передается в модуль 2 коммутации протокола SenNet. Модуль 2 коммутации протокола SenNet ответный пакет протокола SenNet, поступающий от модуля 4 виртуальных устройств или модуля 8 коммутации пакетов протокола SenNet по линиям связи, передает через модуль 3 связи с ЭВМ в ПО системы сбора.

Представленное описание работы модуля системы сбора информации геолого-технологических исследований подтверждается осуществление доступа к параметрам и настройкам технологических устройств, хранящихся непосредственно в технологических устройствах. Параметрами и настройками технологических устройств может быть, например, режим работы технологического устройства, градуировочные коэффициенты, поправочные коэффициенты и т.д.

В настоящее время модуль системы сбора информации геолого-технологических исследований находится на стадии опытных испытаний и готовится его внедрение.

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности, а именно к системам мониторинга при строительстве и ремонте нефтегазовых скважин для выполнения опроса технологических параметров. Модуль системы сбора информации геолого-технологических исследований содержит модуль 3 связи с ЭВМ с программным обеспечением системы сбора информации, связанный линиями связи с технологическими устройствами, и модуль 5 хранения информации о технологических устройствах. Согласно изобретению он включает модуль 8 коммутации пакетов протокола SenNet, связанный двунаправленным программным интерфейсом с модулем 1 обработки команд протокола SenNet, модулем 3 связи с ЭВМ для приема/передачи пакета протокола SenNet, модулем 2 коммутации пакетов протокола SenNet по линиям связи и модулем 4 виртуальных устройств. Модуль 1 обработки команд протокола SenNet и модуль 4 виртуальных устройств связаны с модулем 5 хранения информации о технологических устройствах, который в свою очередь подключен через модуль 7 опроса устройств к модулю 2 коммутации пакетов протокола SenNet по линиям связи. Вход модуля 7 опроса устройств подключен к выходу модуля 6 поиска устройств, который по двунаправленным связям подключен к модулю 2 коммутации протокола SenNet по линиям связи. Модуль 2 коммутации протокола SenNet выполнен с возможностью приема/передачи адресной информации по всем линиями связи. Техническим результатом изобретения является повышение темпа сбора информации. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Модуль системы сбора информации геолого-технологических исследований, содержащий модуль связи с ЭВМ с программным обеспечением системы сбора информации, связанный по линиям связи с технологическими устройствами, и модуль хранения информации о технологических устройствах, отличающийся тем, что он включает модуль коммутации пакетов протокола SenNet, связанный двунаправленным программным интерфейсом с модулем обработки команд протокола SenNet, модулем связи с ЭВМ для приема/передачи пакета протокола SenNet, модулем коммутации пакетов протокола SenNet по линиям связи и модулем виртуальных устройств, при этом модуль обработки команд протокола SenNet и модуль виртуальных устройств связаны с модулем хранения информации о технологических устройствах, который в свою очередь подключен через модуль опроса устройств к модулю коммутации пакетов протокола SenNet по линиям связи, кроме того, вход модуля опроса устройств подключен к выходу модуля поиска устройств, который по двунаправленным связям подключен к модулю коммутации протокола SenNet по линиям связи, при этом модуль коммутации протокола SenNet по линиям связи выполнен с возможностью приема/передачи адресной информации по всем линиями связи.

2. Модуль системы по п. 1, отличающийся тем, что каждая линия связи содержит модуль обмена пакетного уровня протокола SenNet, модуль обмена кадрового уровня, блок интерфейса RS485, выполненные с возможностью обработки и обмена данными с технологическими устройствами.

3. Модуль системы по п. 2, отличающийся тем, что количество линий связи, подключенных от модуля обмена кадрового уровня протокола SenNet к блоку интерфейса RS485, от одной до шести.

4. Модуль системы по п. 1, отличающийся тем, что общее количество устройств, технологических и виртуальных, в системе не превышает 254.

5. Модуль системы по п. 1, отличающийся тем, что он расположен на одной печатной плате.