Производственно-технический нефтегазовый журнал
+7 (903) 580-85-63 +7 (495) 371-01-74 info@glavteh.ru

Принципы построения протокола взаимодействия между погружным и наземным оборудованием систем погружной телеметрии (ТМС)

В процессе промышленной эксплуатации ТМС нефтегазодобывающие организации (НГДО) сталкиваются с рядом проблем, обусловленных несовместимостью и отсутствием стандартизации между наземным и подземным оборудованием различных производителей. В первую очередь это связано с высокими затратами на поддержку различных типов функционально аналогичного, но конструктивно и интерфейсно несовместимого оборудования. Один из способов преодоления данной проблемы – внедрение единого протокола взаимодействия между погружным и наземным оборудованием ТМС.

В предлагаемой Вашему вниманию статье изложены основные принципы построения такого прокола, учитывающие не только сегодняшние задачи, но и перспективы дальнейшего развития протокола. 

12.02.2017 Инженерная практика №10-11/2016
Смыслов Андрей Юрьевич Старший менеджер ООО «ЛУКОЙЛ-ИНФОРМ»

В настоящее время на рынке ТМС сложилась ситуация, когда практически каждый производитель оборудования для связи между погружным (ТМСП) и наземным (ТМСН) блоками, а также между ТМСН и станцией управления (СУ) использует свой собственный протокол передачи данных. Отсутствие совместимости между оборудованием различных производителей, а иногда и одного производителя, становится причиной множества дополнительных затрат для НГДО. Например, это приводит к необходимости хранения на складах запасов ЗИП, обучения персонала и приобретения сервисного оборудования под все типы используемых ТМС. Помимо этого, обслуживающий персонал постоянно должен держать в голове, где и какое оборудование используется, с каким оборудованием оно совместимо, какими настройками можно обеспечить его совместимость. Стоит отметить, что со стороны производителей ТМС делаются попытки осуществить поддержку различных протоколов с целью обеспечения совместимости, но в целом данная задача пока не решена. Все это обуславливает необходимость разработки единого протокола для ТМС.

ЕДИНЫЙ ПРОТОКОЛ ТМС

При разработке единого протокола ставятся следующие цели:

  • обеспечить совместную работу погружного и наземного оборудования независимо от его типа и производителя;
  • реализовать возможность автоматического определения конфигурации оборудования, входящего в состав ТМС;
  • создать механизм включения в состав ТМС как существующих, так и новых типов устройств;
  •  обеспечить максимально возможную совместимость с существующими системами;
  •  заложить в протокол базовые функции для последующей бесшовной интеграции ТМС в состав АСУТП и АСУ П.

Помимо этого, при разработке протокола необходимо помнить о развитии перспективных технологий, которые в обозримом будущем могут прийти на смену текущим решениям, и протокол должен обеспечить возможность их интеграции без потери совместимости.

БАЗОВЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ПРОТОКОЛА. РАЗДЕЛЕНИЕ
НА ДВА ПРОТОКОЛА

Исходя из поставленных целей целесообразно разделить реализацию единого протокола ТМС на две части: протокол передачи данных ТМСП/ТМСН и протокол передачи данных ТМСН/СУ, которые на прикладном уровне (рис.1) объединятся в единый протокол ТМС. Разбиение протокола на две части обусловлено в первую очередь принципиальными различиями в среде передачи данных. Так, для передачи данных между ТМСП и ТМСН используется погружной силовой кабель, а для передачи данных между ТМСН и СУв большинстве случаев используется витая пара и интерфейс RS-485.

Для реализации протокола ТМСП ТМСН предлагается:

  • применить код Манчестер для передачи данных через погружной силовой кабель;
  • использовать самокорректирующийся код Хэмминга с целью автоматического исправления одиночных ошибок передачи данных и контроля качества канала связи.

В качестве основы для построения протокола передачи данных ТМСН/СУ предлагается использовать протокол Modbus, как один из наиболее распространенных протоколов, используемых производителями ТМС.

УРОВНЕВАЯ МОДЕЛЬ

С целью упрощения разработки, отладки и обслуживания оборудования, а также для обеспечения дальнейшего развития протокола и возможности его адаптации под новые технологии передачи данных предлагается реализовать его на основе уровневой модели (рис.1).

Рис. 1. Базовые принципы Протокола
Рис. 1. Базовые принципы Протокола

В рамках предложенной модели используются следующие уровни:

  • физический уровень, определяющий среду передачи данных, уровни нуля и единицы, виды модуляции, наборы символов для передачи информации;
  • канальный уровень, на котором задаются форматы кадров, осуществляются контроль и исправление ошибок при передаче, оценка качества канала связи;
  • прикладной уровень, описывающий сообщения с информацией о работе погружного оборудования.

Такое разбиение на законченные четко формализованные задачи дает возможность независимой разработки и отладки каждого уровня протокола, что в конечном счете, приведет к снижению затрат на разработку и обслуживание ТМС. Помимо этого, необходимости дальнейшего развития протокола, например, в случае применения для передачи данных не силового, а оптического кабеля, возможно изменить реализацию только одного уровня протокола, не затрагивая остальные.

ИДЕНТИФИКАЦИЯ И КОНФИГУРАЦИЯ

Для интеграции устройств в единую систему необходимо уникально идентифицировать каждый ее элемент. Иными словами, каждое устройство, входящие в состав ТМС, должно обладать своим уникальным номером (именем). Для решения этой задачи предлагается использовать механизм UUID (universally unique identifier, универсальный уникальный идентификатор), который в определенной мере стал мировым стандартом. Применение UUID для идентификации позволяет уйти от ведения единого реестра используемых идентификаторов и позволит каждому производителю ТМС всегда оперативно генерировать их (с использованием стандартных утилит) для производимого оборудования. Аналогичный подход широко применяется сегодня при программировании COM, Active X и OPC.

Соответственно, в рамках протокола должен быть реализован механизм получения UUID всех устройств, входящих в состав ТМС. Получив такой идентификатор, ТМСН или СУ сможет обратиться (рис. 2) к флеш-накопителю, внутренней памяти устройства, а в перспективе и на сервер оборудования для загрузки настроек конфигурации оборудования из файла формата XML.

Рис. 2. Идентификация и конфигурация устройств
Рис. 2. Идентификация и конфигурация устройств
Ренев Дмитрий Юрьевич - комментарий относительно протокола ТМС
Комментарий

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Использование при построении протокола вышеназванных принципов даст возможность связать ТМСН, ТМСП, СУ и АСУ ТП в единую информационную среду, так называемое «интеллектуальное месторождение». Это в свою очередь позволит обеспечить прозрачную интеграцию с системами управления верхнего уровня, перейти от вопроса обеспечения совместимости оборудования к вопросу оптимального использования оборудования для повышения эффективности разработки месторождения и снизить стоимость владения ТМС.

Показать выдержки из обсуждения

ВЫДЕРЖКИ ИЗ ОБСУЖДЕНИЯ

Вопрос: Андрей Юрьевич, Вы тоже считаете, что если мы переходим к некоему единому стандарту, то ограничиваем возможности для развития, или у Вас иная точка зрения?
Андрей Смыслов: Не совсем. В первую очередь, конечно, мы ориентированы на потребности сегодняшнего дня, но при этом прекрасно понимаем, что технологии на месте не стоят, и все может поменяться буквально за несколько лет. Например, замена силовых кабелей на оптоволоконные. В данном случае наша задача состоит в том, чтобы протокол был готов к таким изменениям, и они обошлись, так сказать, «малой кровью», а не переделкой всей системы.
Реклама Дисковый фильтр производства АО «Новомет-Пермь» помог увеличить наработку УЭЦН в семь раз!
Комментарии

Эту публикацию еще никто не прокомментировал. Станьте первым, поделитесь своим мнением.

Написать комментарий
Комментировать
Читайте далее
Современные технологии и оборудование для нагнетательного фонда скважин
Надежность ТМС и унификация протоколов передачи данных ТМС в ООО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь»
Реклама
Свежий выпуск
Инженерная практика №09/2017

Инженерная практика

Выпуск №09/2017

Механизированная добыча. Трубопроводный транспорт
Эксплуатация осложненного фонда скважин: оборудование, реагенты, методики, ОПИМониторинг работы механизированного фонда скважин, одновременно-раздельная эксплуатацияОборудование и технологии для эксплуатации малодебитных скважин и скважин малого диаметраИспытания высокотемпературных систем погружной телеметрииПроизводство погружных вентильных двигателейДиагностика трубопроводов установками на основе ультразвуковых датчиков
Ближайшее совещание
Механизированная добыча
Осложненный фонд — 2017
Производственно-техническая конференция

Эксплуатация осложненного фонда скважин ‘2017

14-16 ноября 2017 г., г. Тюмень
Анализ опыта и определение наиболее экономически и технологически эффективных решений в области работы с фондом скважин, эксплуатация которых осложнена различными факторами (коррозия, солеотложения, мехпримеси, АСПО и гидраты, высокая вязкость продукции, высокий газовый фактор, технические ограничения и др.), работа с часто ремонтируемым фондом скважин, организационные решения.
Ближайший тренинг
Капитальный ремонт скважин
Ловильный сервис — ноябрь 2017
Тренинг-курс

Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах

20-24 ноября 2017 г., г. Пермь
ООО «Инженерная практика» проводит набор группы специалистов для прохождения производственно-технического тренинга по программе «Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах». Пятидневный тренинг - курс будет проводиться в г. Перми («АМАКС Премьер-отель») в рамках авторского курса С. Балянова.