基于以太网的分布式测井系统.pdf

本发明涉及一种高分辨率多任务的成像测井地面系统，尤其是一种基于以太网的分布式测井系统。其技术方案包括工作站主机、测井信号采集面板、接线控制面板、交直流供电面板、电极系面板、网络打印绘图仪和程控交换机组成。整套系统采用双机冗余配置，主机与各采集面板之间通过网络联接，测井信号通过电缆传输到接线控制面板进行预处理，然后根据测井信号的不同，分别送到测井信号采集面板和电极系面板，进行测井信号采集，并将测井数据传送到工作站主机，进行地面数据处理，并有网络打印绘图仪现场绘制测井曲线图；交、直流面板为井下仪器提供交直流供电。基于以太网的分布式系统和数字处理技术的运用，使高分辨率多任务测井系统成为真正意义上的全网络化测井系统，实现了实时采集、多任务测井、设备冗余等功能，具有通信可靠、组态灵活、可扩充性强、实时性强、多任务能力强等鲜明特点。

1、  一种基于以太网的分布式测井系统，包括工作站主机、测井信号采集面板、接线控制面板、交直流供电面板、电极系面板、网络打印绘图仪和程控交换机组成，其特征是：整套系统采用双机冗余配置，主机与各采集面板之间通过网络联接，测井信号通过电缆传输到接线控制面板进行预处理，然后根据测井信号的不同，分别送到测井信号采集面板和电极系面板，进行测井信号采集，并将测井数据传送到工作站主机，进行地面数据处理，并有网络打印绘图仪现场绘制测井曲线图；交、直流面板为井下仪器提供交直流供电，主机通过程控交换机，利用不同的IP地址和网络上的其他各模块进行命令和数据交换。

2、  根据权利要求1所述的基于以太网的分布式测井系统，其特征是所述测井信号采集面板内部包括以下功能模块：计算机、深度板、DSP数字信号处理板、数字信号预处理、模拟板、186网络接口和网络集线器，其中186网络接口通过嵌入式CPU，利用实时操作系统，将各个线路板通过网络集线器连接在一起，并通过网络集线器上联口与主程控交换机连接，数字信号处理板包括一块信号预处理板和4块数字信号处理板；所述网络绘图仪由热敏绘图仪、标准PI I工控板和标准直流5V开关电源组成；所述接线控制面板是主要由前面板开关、继电器板、电源分配板、电缆测试板、系统内联板、电源监控板、186控制模块几部分组成。

基于以太网的分布式测井系统
一、技术领域：本发明涉及一种高分辨率多任务的成像测井地面系统，尤其是一种基于以太网的分布式测井系统。
二、背景技术：我国测井行业使用的主力测井装备主要是国内自行研制的数控测井设备，如SL-3000型测井系统、SKC-9800测井系统等，系统一般由主机、供电电源、接线面板、测量面板以及绘图仪组成，可以基本完成常规下井仪器测量，满足一般测井项目需要。
但是，随着最新成像测井技术的发展，暴露出现有地面系统的一些不足之处：
1、现有测井系统的数据传输系统的传输速率低，只能满足8kbps的AMI和20kbps曼彻斯特码传输，无法完成大数据量采集，不能配接声电成像、核磁共振、阵列声波和阵列感应等图象化、阵列化、频谱化的新一代测井仪器。
2、系统组合能力差，一些特殊项目，比如岩性密度、自然伽马能谱测井等，无法与常规项目进行组合测井，测井实效低。
3、测井任务单一，只能进行实时的测井数据地面采集，无法实时的对井下仪器进行调控，无法保证数据采集的质量。
4、主机系统现场处理能力差，无法在现场提供高质量、直观的测井成果显不。
5、系统采用单一配置，冗余能力差，系统可靠性低。
三、发明内容：
本发明针对现有国产地面测井设备存在的问题，结合电子新技术和国外测井地面系统的发展趋势，提供一种功能更强大、使用更灵活的高分辨率多任务的基于以太网的分布式测井系统。
其技术方案包括工作站主机、测井信号采集面板、接线控制面板、交、直流供电面板、电极系面板、网络打印绘图仪和程控交换机组成。整套系统采用双机冗余配置，主机与各采集面板之间通过网络联接，测井信号通过电缆传输到接线控制面板进行预处理，然后根据测井信号的不同，分别送到测井信号采集面板和电极系面板，进行测井信号采集，并将测井数据传送到工作站主机，进行地面数据处理，并有网络打印绘图仪现场绘制测井曲线图；交、直流面板为井下仪器提供交直流供电。主机通过程控交换机，利用不同的IP地址，和网络上的其他各模块进行命令和数据交换。整套系统采用TCP/IP协议，充分利用了以太网通信可靠、组态灵活、联接方便的特点。嵌入式处理器和嵌入式操作系统的使用，解决了实时采集和各接口模块同步工作的问题；网络通信技术的运用，增强了系统的易扩充性、通信可靠性和多任务工作能力，实现双系统配置中的双机互联、系统切换、数据交换、设备冗余等，可充分发挥双系统配置中各模块的功能，充分利用系统资源。
根据上述方案，所述测井信号采集面板内部包括一下功能模块：板卡式PII计算机(如研华PCM-5820)、深度板、DSP数字信号处理板、数字信号预处理、模拟板、嵌入式处理器模块和网络集线器。嵌入式处理器模块通过嵌入式CPU，利用实时操作系统和网络接口，将各个线路板通过网络集线器连接在一起，并通过网络集线器上联口与主程控交换机连接。数字信号处理电路包括一块信号预处理板和4块数字信号处理板。该技术方案充分利用DSP及数字信号处理技术，使硬件设备软件化，采用通用的单一电路和设备硬件，通过下载不同的信号处理软件来处理不同类型的测井信号，使得系统的硬件设备量和模块种类大大减少，不仅提高了系统的可靠性，更增加了系统的灵活性。采用这种技术方案，使测井信号采集模块软件化、智能化，且采集模块可进行自我学习和自适应，以适应不同电缆的传输特性。要扩充新类型测井信号的处理能力，只需增加新的DSP软件。
所述网络绘图仪由美国PRINTRE公司生产的820热敏绘图仪、标准PII工控板和标准直流5V开关电源组成。5V开关电源为PII工控板提供工作电源。工作站主机通过PII工控板网络接口和并行口，利用实时操作系统，完成对820热敏绘图仪的出图控制，实现网络绘图功能，实时绘制测井曲线图。
所述接线控制面板是胜利测井公司批量生产的SL6056接线控制面板，是SL6000多任务测井系统的信号传输通道，该面板通过网络由主机对各项操作进行实时监控。接线面板主要由前面板开关、继电器板、电源分配板、电缆测试板、系统内联板、电源监控板、186控制模块几部分组成。
所述交直流供电面板、电极系面板均为胜利测井公司自主生产的模块机箱组成。直流供电面板通过接线控制面板给井下仪器提供交、直流工作电流，电极系面板负责完成常规电极系测井项目的数据采集任务。
所述工作站主机、程控交换机和网络集线器、工控板均通过市场采购完成。
本发明针对现有技术的不足之处，具有如下优点：
1、利用DSP数字信号处理板，通过DSP数字信号处理技术，在满足现有测井地面系统功能基础上，还可以处理LDT、WTS系列测井信号，使数据传输速率达到230kbps，提高了测井数据传输速度，可以完成大数据量采集，并可配接声电成像、核磁共振、阵列声波和阵列感应等图象化、阵列化、频谱化的新一代测井仪器。
2、通过处理标准LDT、WTSⁱ信号，使特殊项目可以和常规测井项目并测，完成大满贯测井施工，提高测井实效。
3、整套系统硬件连接采用网络结构，各级板卡之间通过网络连接，方式简单，工作方式灵活。
4、系统采用双机冗余设计，提高了系统可靠性，从而保证顺利完成测井施工任务。
5、主机为高性能工作站，数据处理能力强，可以现场提供高质量的测井施工图。
基于以太网的分布式系统和数字处理技术的运用，使SL-6000型高分辨率多任务测井系统成为真正意义上的全网络化测井系统，实现了实时采集、多任务测井、设备冗余等功能，具有通信可靠、组态灵活、可扩充性强、实时性强、多任务能力强等鲜明特点。
四、附图说明：
图1为SL6000型高分辨率多任务测井系统网络连接示意图
图2为SL6000型高分辨率多任务测井系统信号连接示意图
图3为数据采集面板内部结构图
五、具体实施方式：
如图1所示，该系统各模块之间通过网络架构来进行互联。系统采用高性能工作站1作为主控机，利用主机内集成的网卡，通过网线连接到程控交换机6。数据采集面板2利用内部的网络集线器上联口，通过网线连接到程控交换机6。接线面板3和电极系面板4利用各自内部嵌入式处理器模块的网络接口，由网线连接到程控交换机6。绘图仪5通过内部设置的工控板的网络接口，由网线连接到程控交换机6。如图2所示，数据采集面板2内部各线路板均采用嵌入式处理器模块8，该模块的网络接口，利用网线连接到内部网络集线器9，并通过网络集线器9的上联口，通过网线连接到外部程控交换机6。主机1与各模块机箱形成了三级分布、网络联接的分布式测井系统。
如图2所示，经由电缆传输的测井信号，通过系统选择开关7，接到地面系统一(SYS1)和地面系统系统二(SYS2)，并分别接入各系统接线控制面板2，并经由接线面板2的J1(SIGNAL OUT)和J7(NSC)插头输出后，分别接到数据采集面板和电极系面板，进行数据采集；而数据采集面板和电极系面板发出的控制命令，经由控制面板2转发到7芯电缆上，完成对井下仪器的控制。
如图3所示，数据采集面板完成测井信号的采集处理，其技术方案包括数据采集控制前端机10、网络集线器9、深度信号采集板13、DSP数字信号处理板11和模拟信号采集处理板12组成。采集控制前端机为PCM-5820研华极卡式PII计算机，运行的工作程序为在嵌入式实时操作系统下开发的应用程序，固化在FLASH卡中。主要作用是完成测井数据的整理打包，使由模块机箱中各模块送出的数据按照深度及数据的次序，由该模块进行收集整理，然后传输到主控计算机。数字信号处理板是由DSP和高速A/D、D/A组成的模块。本模块分别连上主机与工控板。然后主机根据测井项目，选择相应的DSP工作程序，通过网络发送给本模块的AMD186部分，再由AMD186通过自身HPI接口将程序写入DSP的程序缓冲区并启动DSP运行。DSP开始运行后，通过AMD186接收来自主机的命令，执行相应操作，如发送命令、返回状态、解码等，并将解码数据由AMD186组织后通过网络上传给工控板。数字信号处理器DSP使用的是TI公司的TMS320C542，它的复位信号由AMD186通过CPLDA产生。40MHz晶振U61产生的时钟作为DSP的时钟。DSP地MP/MC引脚被拉低，设置为微计算机方式；DSP的NMI引脚和HOLD引脚被拉高使无效。DSP的控制信号和地址信号，包括R/W、MSTRB、IOSTRB、PS、DS、IS等都被接入CPLDA，以产生合适的RAM及FIFO的控制信号。DSP通过自带的8位并行HPI接口直接与AMD186相连。
嵌入式处理器电路采用的是AMD公司的16位RISC嵌入式处理器Am186ED(U1)作为控制核心，配置由两片AMD公司的FLASH存储器Am29F040-90JI(U12、U13)组成512K*16(1M Bytes)的程序存储器、由两片HM628512LFP(U10、U11)组成512K*16(1M Bytes)内存，构成了各模块的控制中心。网络接口由以太网控制器Am79C961AKC(U16)和变压器PE-68068(U17)，嵌入式处理器可通过网络接口实现通信；由XILINX公司的CPLD XC9536(U14)来提供其他部分所需的控制逻辑；由74LS245(U4-U8)组成的总线驱动器用于驱动数据总线和地址总线。嵌入式处理器及外围电路还将数据总线、地址总线等提供给各模块其他电路，以备各模块实现其他控制。
所述网络绘图仪5由美国PRINTRE公司生产的820热敏绘图仪、标准PII工控板和标准直流5V开关电源组成。5V开关电源为PII工控板提供工作电源。工控板采用Nucleus多任务实时操作系统，通过并行口连接到820绘图仪上，控制绘图仪工作。工作站主机1利用PII工控板网络接口和工控板通讯，完成对820热敏绘图仪5的出图控制，实现网络绘图功能，实时绘制测井曲线图。