CN113037316B - 一种井下供电通信信号收发系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井下供电通信信号收发系统，包括数据转发模块、下行数据分析及重组帧模块、本地执行模块、直流载波调制模块、降压整流滤波模块、可调制直流电源输出及数据处理模块、直流载波解调模块、上行数据分析及重组帧模块；下行数据发送时，直流载波调制模块对下行数据分析及重组帧模块输送过来的终端数据帧进行频移键控调制，可调制直流电源输出及数据处理模块将调制的信号加载到直流源上，进行井下通信；上行数据接收时，通过检测校验数据帧来判断是否接收到上行的直流载波信号，直流载波解调模块对接收的通信信号进行解调，解调后的数据帧发送至上行数据分析及重组帧模块。本系统实现了井下供电和双向数据通信，提高了信息传输准确率。
Description
技术领域
本发明属于页岩油气开采领域，尤其是涉及一种井下供电通信信号收发系统。
背景技术
页岩油气属于非常规。但作为石油天然气的替代能源，对其的开采既有重要意义。近年来，虽然中国页岩油气的开采量，在不断提升，但是还是无法满足国内的需求。中国土地辽阔页岩油气资源丰富，但是对其的探测和开发也只是一小部分。页岩油气的技术已有一定的储备，但是需要一种高效的开采技术，来提高页岩油气的开采。目前，国内很多石油企业都对页岩油气进行开采，但大多都是无功而返。因为在井下，高温高噪的条件下，严重影响了数据传输的精度，导致开采设备的损坏，传输数据的丢失。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种井下供电通信信号收发系统。能够提高信息的传输准确率，加强系统的抗噪声性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种井下供电通信信号收发系统，包括数据转发模块、下行数据分析及重组帧模块、本地执行模块、直流载波调制模块、降压整流滤波模块、可调制直流电源输出及数据处理模块、直流载波解调模块、上行数据分析及重组帧模块；
所述降压整流滤波模块：用于将交流电源转化成直流电源输出给可调制直流电源输出及数据处理模块；
所述下行数据分析及重组帧模块：通过下行数据分析及重组帧模块对数据转发模块发送过来的数据进行分析，若为本地执行数据帧则将数据帧发送给本地执行模块，若为终端数据帧，则在数据帧加上传输导引帧头和校验帧尾，然后转发到直流载波调制模块；
所述直流载波调制模块：下行数据发送时，本模块用于对下行数据分析及重组帧模块输送过来的终端数据帧进行频移键控调制；
所述可调制直流电源输出及数据处理模块：下行数据发送时，将直流载波调制模块频移键控调制的信号加载到直流源上，进行井下通信；上行数据接收时，通过检测校验数据帧来判断是否接收到上行的直流载波信号，若收到，则将直流载波信号进行分离，分离成直流电压和通信信号，并将分离出的通信信号发送给直流载波解调模块；
所述直流载波解调模块：用于对接收的通信信号进行解调，并将解调后的数据帧发送至上行数据分析及重组帧模块；
所述上行数据分析及重组帧模块：一方面，用于分析直流载波解调模块发送过来的数据帧，检测数据帧中是否含有传输导引帧头和校验帧尾，若有则将数据帧中的传输导引帧头和校验帧尾去掉，将数据帧重组，然后传输到数据转发模块，再由数据转发模块进行存储；另一方面，用于将本地执行模块反馈的数据传输到数据转发模块，再由数据转发模块在提钻之后交给上位机；
所述本地执行模块：用于执行本地执行数据，以及向上行数据分析及重组帧模块反馈数据(电路温度过高或电流过大等情况出现时，通过设定的阈值使系统不工作)。
在上述技术方案中，所述数据转发模块：将上位机传下来的数据在一根导线上进行井下传输，实现数据的发送和接收，并存储数据。
本发明的井下供电通信信号收发系统数据传输方法，包括下行数据的发送和上行数据的接收两个过程：
下行数据发送过程：上位机将数据传送数据转发模块进行存储，再通过下行数据分析及重组帧模块进行分析，若为本地执行数据则发送给本地执行模块进行本地执行并且本地执行模块会将执行结果反馈给上行数据分析及重组帧模块，由上行数据分析及重组帧模块将反馈数据发送给数据转发模块，最终，在提钻之后上位机分析数据转发模块的数据；若为终端数据帧，则重新组帧后转发到直流载波调制模块进行频移键控调制，利用降压整流滤波模块将输入的110V-250V的交流电压降到30V并经过桥式整流和滤波将其变成光滑的直流源供给可调制直流电源输出及数据处理模块，之后将直流载波调制模块调制的信号在可调制直流电源输出及数据处理模块内加载到直流源上，传输到井下；
上行数据接收过程：检测是否接收到上行的直流载波信号，若收到，则将直流载波信号进行分离，分离成直流电压和通信信号，并将分离出的通信信号发送给直流载波解调模块进行解调，解调的信号通过上行数据分析及从组帧模块将含有传输导引帧头和校验帧尾的数据去掉传输导引帧头和校验帧尾再重组发送给数据转发模块，再由数据转发模块存储，在提钻之后上位机分析数据转发模块的数据。
在上述技术方案中，本系统采用半双工通信方式，向下发送数据时，不会接收到上行数据。
本发明的优点和有益效果为：
本系统是针对井下恶劣的环境造成数据的不可靠等情况提出的一种井下供电通信信号收发系统及数据传输方法，实现了向井下供电和发送下行数据，以及实现了上行数据的接收，数据传输过程中本系统采用的数字信号，提高了信息的传输的准确率，加强了系统的抗噪声性能。
附图说明
图1是井下供电通信信号收发系统的拓扑图。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
一种井下供电通信信号收发系统，包括数据转发模块、下行数据分析及重组帧模块、本地执行模块、直流载波调制模块、降压整流滤波模块、可调制直流电源输出及数据处理模块、直流载波解调模块、上行数据分析及重组帧模块。井下供电通信信号收发系统的拓扑图如图1所示，下面具体介绍各个模块：
所述数据转发模块：将上位机传下来的数据在一根导线上进行井下传输，实现数据的发送和接收，并存储数据。
所述降压整流滤波模块：本模块是对110V-220V的交流电压进行处理，先经过变压器使信号电压变为本系统输入电压30V，再通过桥式整流利用二极管的单向导通和两开两闭原理，将交流电源转化成直流电源，再通过滤波除去直流电源中的噪声，输出给可调制直流电源输出及数据处理模块。
所述下行数据分析及重组帧模块：通过下行数据分析及重组帧模块对数据转发模块发送过来的数据进行分析，若为本地执行数据帧则将数据帧发送给本地执行模块，若为终端数据帧(终端数据帧是指向井下发送的数据)，则需要重新组帧，在数据帧加上传输导引帧头和校验帧尾，然后转发到直流载波调制模块。
所述直流载波调制模块：下行数据发送时，本模块用于对下行数据分析及重组帧模块输送过来的终端数据帧进行频移键控调制，由于本系统有两个不同频率的信号源，频率为f1和f2，频移键控利用受开关控制的矩形脉冲，对f1和f2进行选通，将选通的信号频率f1用数字信号1表示，频率f2用数字信号0表示，从而将信号进行数字化，提高了系统通信的可靠性。
所述可调制直流电源输出及数据处理模块：下行数据发送时，将直流载波调制模块频移键控调制的信号加载到直流源上，进行井下通信；上行数据接收时，通过检测校验数据帧来判断是否接收到上行的直流载波信号，若收到，则将直流载波信号进行分离，分离成直流电压和FSK通信信号，并将分离出的FSK通信信号发送给直流载波解调模块。
所述直流载波解调模块：上行数据接收时，对接收的FSK通信信号进行解调：首先将信号通过f1和f2的带通滤波器，滤除无关信号，再对其进行FSK相干解调，之后进行抽样信号进行抽样判决，提取井下发送过来的数据帧，并将数据帧发送至上行数据分析及重组帧模块。
所述上行数据分析及重组帧模块：一方面，用于分析直流载波解调模块发送过来的数据帧，检测数据帧中是否含有传输导引帧头和校验帧尾，若有则将数据帧中的传输导引帧头和校验帧尾去掉，将数据帧重组，然后传输到数据转发模块，再由数据转发模块进行存储；另一方面，用于将本地执行模块反馈的数据传输到数据转发模块，再由数据转发模块，在提钻之后交给上位机处理。
所述本地执行模块：用于执行本地执行数据，以及向上行数据分析及重组帧模块反馈数据(电路温度过高或电流过大等情况出现时，通过设定的阈值使系统不工作)。
本系统适合应用于页岩油气的开采，主要作用是在井下实现下行数据的发送和上行数据的接收。
下行数据发送过程：上位机将数据传送数据转发模块进行存储，再通过下行数据分析及重组帧模块进行分析，若为本地执行数据则发送给本地执行模块进行本地执行并且本地执行模块会将执行结果反馈给上行数据分析及重组帧模块，由上行数据分析及重组帧模块将反馈数据发送给数据转发模块，最终，在提钻之后上位机分析数据转发模块的数据；若为终端数据帧(终端数据帧是指向井下发送的数据)，则重新组帧(在数据帧加上传输导引帧头和校验帧尾)后转发到直流载波调制模块进行频移键控调制，利用降压整流滤波模块将输入的110V-250V的交流电压降到30V并经过桥式整流和滤波将其变成光滑的直流源供给可调制直流电源输出及数据处理模块，之后将直流载波调制模块调制的信号在可调制直流电源输出及数据处理模块内加载到直流源上，传输到井下。
上行数据接收过程：检测是否接收到上行的直流载波信号，若收到，则将直流载波信号进行分离，分离成直流电压和FSK通信信号，并将分离出的FSK通信信号发送给直流载波解调模块进行解调，解调的信号通过上行数据分析及从组帧模块将含有传输导引帧头和校验帧尾的数据去掉传输导引帧头和校验帧尾再重组发送给数据转发模块，再由数据转发模块进行存储，在提钻之后上位机分析数据转发模块的数据
进一步的说，本系统采用半双工通信方式，向下发送数据时，上行不会接收到数据。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种井下供电通信信号收发系统，其特征在于：包括数据转发模块、下行数据分析及重组帧模块、本地执行模块、直流载波调制模块、降压整流滤波模块、可调制直流电源输出及数据处理模块、直流载波解调模块、上行数据分析及重组帧模块；
所述降压整流滤波模块：用于将交流电源转化成直流电源输出给可调制直流电源输出及数据处理模块；
所述下行数据分析及重组帧模块：通过下行数据分析及重组帧模块对数据转发模块发送过来的数据进行分析，若为本地执行数据帧则将数据帧发送给本地执行模块，若为终端数据帧，则在数据帧加上传输导引帧头和校验帧尾，然后转发到直流载波调制模块；
所述直流载波调制模块：用于对下行数据分析及重组帧模块输送过来的终端数据帧进行频移键控调制；
所述可调制直流电源输出及数据处理模块：下行数据发送时，将直流载波调制模块频移键控调制的信号加载到直流源上，进行井下通信；上行数据接收时，通过检测校验数据帧来判断是否接收到上行的直流载波信号，若收到，则将直流载波信号进行分离，分离成直流电压和通信信号，并将分离出的通信信号发送给直流载波解调模块；
所述直流载波解调模块：用于对接收的通信信号进行解调，并将解调后的数据帧发送至上行数据分析及重组帧模块；
所述上行数据分析及重组帧模块：一方面，用于分析直流载波解调模块发送过来的数据帧，检测数据帧中是否含有传输导引帧头和校验帧尾，若有则将数据帧中的传输导引帧头和校验帧尾去掉，将数据帧重组，然后传输到数据转发模块，再由数据转发模块进行存储；另一方面，用于将本地执行模块反馈的数据传输到数据转发模块，再由数据转发模块，在提钻之后交给上位机处理；
所述本地执行模块：用于执行本地执行数据，以及向上行数据分析及重组帧模块反馈数据。
2.根据权利要求1所述的井下供电通信信号收发系统，其特征在于：所述数据转发模块：将上位机传下来的数据在一根导线上进行井下传输，实现数据的发送和接收，并存储数据。
3.根据权利要求1所述的井下供电通信信号收发系统的数据传输方法，包括下行数据的发送和上行数据的接收两个过程，其特征在于：
下行数据发送过程：上位机将数据传送数据转发模块进行存储，再通过下行数据分析及重组帧模块进行分析，若为本地执行数据则发送给本地执行模块进行本地执行并且本地执行模块会将执行结果反馈给上行数据分析及重组帧模块，由上行数据分析及重组帧模块将反馈数据发送给数据转发模块，最终，在提钻之后上位机分析数据转发模块的数据；若为终端数据帧，则重新组帧后转发到直流载波调制模块进行频移键控调制，利用降压整流滤波模块将输入的110V-250V的交流电压降到30V并经过桥式整流和滤波将其变成光滑的直流源供给可调制直流电源输出及数据处理模块，之后将直流载波调制模块调制的信号在可调制直流电源输出及数据处理模块内加载到直流源上，传输到井下；
上行数据接收过程：检测是否接收到上行的直流载波信号，若收到，则将直流载波信号进行分离，分离成直流电压和通信信号，并将分离出的通信信号发送给直流载波解调模块进行解调，解调的信号通过上行数据分析及从组帧模块将含有传输导引帧头和校验帧尾的数据去掉传输导引帧头和校验帧尾再重组发送给数据转发模块，再由数据转发模块进行存储，在提钻之后上位机分析数据转发模块的数据。
4.根据权利要求3所述的井下供电通信信号收发系统的数据传输方法，其特征在于：本系统采用半双工通信方式，向下发送数据时，不会接收到上行数据。
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