Архитектура промышленной сети BitBus (стр. 12 из 23)
Станция ГТИ представляет собой совокупность датчиков, систем сбора данных (ССД), обработки данных (СОД) и индикаторов. Она предназначена для автоматизации ГТИ, в том числе для регистрации технологических параметров, архивирования и документирования полученных данных, определения видов работ и нештатных ситуаций. Станция ГТИ может содержать средства индикации технологических параметров (дисплеи) и оповещения (звуковые, световые). Станция может использоваться для автоматизации работ на скважине.
Задачи станции:
– непрерывный прием сигналов от датчиков и аппаратуры газового каротажа в автоматическом режиме, забойной инклинометрической системы;
– автоматическую обработку принятых сигналов, интерпретацию полученной информации и представление ее в виде диаграмм, таблиц;
– распознавание и предупреждение на ранней стадии возникновения предаварийных и аварийных ситуаций, непредвиденных осложнений, в том числе газонефтепроявлений;
– контроль бурения, а именно углубления забоя, спуско-подъемных операций (СПО) с контролем долива скважины, цементирования;
– определение в процессе бурения литологического разреза, выделения пластов коллекторов, определение пластового давления в процессе бурения и прогноз пластового давления, прогноз и определение зон АВПД;
– определение параметров газового каротажа, продуктивности пластов коллекторов;
– построение уточненного геологического разреза по данным, полученным в процессе бурения и исследования шлама и керна (ввод данных, расчеты, печать стратиграфического разреза, шламограммы, карбонатограммы, результатов люминесцентного, битуминологического и др. анализов шлама и керна, результатов газового каротажа);
– контроль и прогноз траектории скважины;
– выполнение расчетов при решении геологических, технологических задач проводки скважины;
– визуализацию всей полученной по скважине информации на экране монитора;
– накопление и хранение всей полученной информации по скважине;
– формирование и печать отчетной документации по скважине;
– передачу получаемой информации средствами радио, сотовой или проводной связи в центр сбора;
– копирование информации по скважине для ее последующей обработки в центре сбора.
– Предоставление в режиме реального времени информации о ходе бурения представителю заказчика и различным службам (количество подключаемых рабочих мест оговаривается в договоре).
– Оперативный обмен информацией между службами.
4.2 Состав и структура станции
На рис 4.1 показана структурная схема станции ГТИ. Канал связи BITBUS позволяет подключать до 255 ССД и представляет собой интерфейс, специально разработанный и оптимизированный для связи программируемых контроллеров, управляющих ЭВМ и т.п. и интеграции этих устройств в локальную управляющую сеть распределенных АСУ ТП.
Поскольку в соответствии с теорией систем, структурные системы автоматизации строятся, как правило, подобно объектам управления, а объекты в подавляющем большинстве имеют иерархическую структуру, в основу сети BITBUS также положен иерархический принцип.
Рис 4.1. структурная схема станции ГТИ.
1 - промышленный компьютер, ведущий узел сети BITBUS; 2 - адаптер сети BITBUS для компьютера BB_ISA; 3 - ретранслятор сети BITBUS (для больших расстояний); 4 - интеллектуальное УСО с интерфейсом BITBUS; 5 - программируемый контроллер моноблочный, с интерфейсом BITBUS; 6 - программируемый контроллер магистрально-модульный, с интерфейсом BITBUS; 7 - шлюз; 8 - программируемый контроллер магистрально-модульный, с произвольным интерфейсом; 9 - интеллектуальные датчики. 10 - интеллектуальные датчики (хроматограф)
Центральным элементом сети BITBUS является ведущее устройство, функции которого, как правило, возлагаются на промышленный компьютер (1). Этот компьютер обычно выполняет несколько функций:
– инструментальное средство для программирования контроллеров;
– графическая операторская станция;
– элемент локальной сети (LAN) верхнего уровня АСУ ТП.
На практике в качестве этого элемента системы часто применяют IBM-совместимые персональные компьютеры. Интерфейс с локальной сетью BITBUS осуществляет адаптер сети BB_ISA (2), установленный в PCI слот компьютера. Как правило, применяются адаптеры, обеспечивающие гальваническую изоляцию компьютера от сети BITBUS.
Протокол BITBUS определяет два режима передачи данных по шине:
1. Синхронный режим, этот режим используется при необходимости работы на большой скорости, но на ограниченных расстояниях. В этом случае топология сети может включать до 28 узлов, а длина шины ограничиваться 30 м. Скорость может быть от 500 до 2400 кбод. Синхронный режим передачи предполагает использование двух дифференциальных сигнальных пар: одной для данных, другой для синхронизации.
2. Режим с самосинхронизацией, использование этого режима позволяет значительно удлинить шину. Стандартом определены три скорости передачи: 1500 Мбод, 375 кбод (до 300 м) и 62,5 кбод (до 1200 м). Используя шинные репитеры, можно объединять последовательно несколько шинных сегментов (до 28 узлов на сегмент). Тогда общее число узлов можно довести до 250, длину общей шины — до нескольких километров. При этом режиме передачи используются две дифференциальные пары: одна для данных и одна для управления репитером.
На физическом уровне реализации BITBUS соответствуют спецификациям RS-485. RS-485 получил за последние годы наиболее широкое распространение в локальных сетях нижнего уровня, подтверждая правильность выбора разработчиков BITBUS. Физической средой в сети обычно является экранированная витая пара. В качестве альтернативной среды иногда применяют оптоволокно.
Сеть BITBUS может иметь различную топологию - линейную, древовидную или звездообразную, что позволяет легко приспосабливать конфигурацию сети к существующим производственным помещениям и расположению оборудования. Конфигурация сети может наращиваться и видоизменяться в процессе ее эксплуатации. В зависимости от используемой скорости передачи длина одного сегмента может быть 300 м или 1200 м. Для увеличения расстояния используются ретрансляторы (3), максимальное расстояние при этом достигает 13,2 км. Управление ретрансляторами предусмотрено в интерфейсе. Для этого используется вторая витая пара.
В данном дипломном проекте расстояние между контроллером и компьютером не будет превышать 300м, что в полнее достаточно при проведении ГТИ и ГК.
Сеть объединяет разнообразные устройства ввода-вывода - от интеллектуальных УСО (4) до программируемых контроллеров (5, 6). Контроллеры, которые не имеют штатного выхода в интерфейс BITBUS (8), подключаются через шлюзы (7).На "более низком" уровне иерархии, чем сеть BITBUS, применяются удаленные интеллектуальные датчики (9), подключаемые по последовательным каналам RS-232 или RS-485.
Основные технические данные сети BITBUS приведены в таблице 4.1.:
Таблица 4.1. Характеристики сети BitBus.
| Топология | линейная или древовидная |
| Длина сети | от 300 м до 13,2 км |
| Физическая среда передачи данных | витая пара |
| Альтернативная Среда | оптоволокно |
| Основной тип разъема | D-SUB 9 |
| Скорость передачи | 375 Кбит/с или 62,5 Кбит/с |
| Характерное время ответа | 1 мс |
| Канальный уровень протокола | SDLC |
| Максимальное количество узлов | 250 |
4.2.1 Система сбора данных
Система сбора данных ССД предназначена для опроса и предварительной обработки сигналов с первичных датчиков технологических параметров и передачи данных в форме кода импульсного сигнала на регистрирующий комплекс.
Представляет собой подключенное к каналу связи BitBus устройство, выполнено на базе сигнального процессора ADSP-218x фирмы Analog Devis, связной контроллер TCM32F или TU2000 фирмы Tecon и устройство согласования датчиков. В ССД предусмотрена установка контроллера (вторичного) канала связи RS-485/UART. Через этот канал связи ССД может передавать информацию на показывающие приборы, к этому каналу связи можно так же подключать датчики, имеющие цифровой интерфейс (всего – до 255 устройств).
ССД размещается в стальном пылезащищенном крейте и устанавливается на буровой, поблизости от датчиков.
| Интерфейс обмена данными с компьютером | RS-485 |
| Максимальное рабочее напряжение, В | 25 |
| Входное сопротивление, кОм | 100 |
| Габаритные размеры, мм | 570х510х120 |
| Масса, кг | 10 |
| Рабочий диапазон температуры, °С | -50 … +60 |
Таблица 4.2. Технические характеристики ССД.
4.2.2 Асинхронный Адаптер Шины BITBUS (Master/Slave)
Модуль TPG/BB_ISA (Micro TCX) предназначен для использования в распределенных системах в качестве ведущего или ведомого устройства по промышленной шине BitBus.
Конструктивно модуль может использоваться как в PC совместимых компьютерах, так и в стандарте MicroPC, в зависимости от сборки.
Модуль TPG/BB_ISA выполнен на основе микропроцессора DS80C320 семейства MCS-51, имеет гальваническую развязку от локальной сети и возможность аппаратного сброса посредством команды от PC. На плате предусмотрено подключение терминирующих резисторов (120 Ом) с помощью перемычек. Для работы адаптер TPG/BB_ISA использует 8 последовательных адресов в пространстве ввода/вывода.
Базовый адрес задается с помощью трех перемычек на плате. Обмен данными между модулем и PC осуществляется по опросу готовности адаптера или по прерыванию.
Поддержка протокола BitBus обеспечивается встроенным программным обеспечением, которое можно обновлять с помощью стандартных средств как удалённо, по шине, так и через порты ввода/вывода. Это позволяет производить быстрое обновление ПО во всех устройствах сети без выключения и демонтажа контроллеров.Модуль может осуществлять обмен данными по шине со скоростью 375 Кбит/с, 187,5Кбит/с или 62,5Кбит/с.