СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПНЕВМОИЗЛУЧАТЕЛЯМИ ДЛЯ МОРСКОЙ СЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ "ЛОТОС"

Техническое решение относится к устройствам средств управления пневмоизлучателями (ПИ) при морской сейсмической разведке, в том числе для синхронизации взрывов групп ПИ при поисках углеводородов на акваториях.
Известные устройства управления (контроллеры ПИ) [2-6], как правило, содержат функциональные блоки управления, посредством интерфейса подключенные к микро-ЭВМ (спецпроцессору). Так, контроллер [3] включает функциональный блок, состоящий из силового и логических узлов и связанный с микро-ЭВМ через интерфейс. В таких устройствах связь микро-ЭВМ с силовым блоком (блоком подрыва), как правило осуществляется через параллельный интерфейс, что требует многочисленных соединений (шин), а это снижает надежность управления ПИ. При этом синхронизация взрывов ПИ может не удовлетворять требованиям масштабности сейсморазведки. Кроме того, в устройстве [3] не предусмотрен запуск ПИ через контроллер от пунктов следования по заданному профилю наблюдений с заданными геодезическими координатами, что может быть реализовано при сопряжении контроллера ПИ с навигационными датчиками, как например в [2, 4].
Система [2] управления ПИ включает навигационные датчики с подключенным к ним через устройство сопряжения контроллером ПИ.
Однако, высокая точность синхронизации взрывов ПИ и достаточная надежность обмена данными по параллельному интерфейсу в системе [2], в ряде случаев, не могут быть достигнуты.
Этот недостаток частично устранен в системе [1] посредством применения блока управления по последовательному интерфейсу через кабель типа «витая пара».
Система управления пневмоизлучателями для морской сейсмической разведки [1], принятая за прототип, содержит навигационные датчики с подключенным к ним через устройство сопряжения контроллером ПИ. Контроллер ПИ содержит блок управления и блок подрыва, соединенные линией связи, при этом блок управления выполнен на плате-контроллере, встроенной в персональный компьютер (ПК) и содержащей соединенные входами-выходами узел обмена в последовательном коде данными и командами с блоком подрыва и узел синхронизации возбуждения ПИ, а линия связи выполнена в виде витой пары. При этом взаимодействие ПК с платой-контроллером осуществляется посредством системной шины ISA. Блок подрыва системы [1] включает соединенные между собой входами-выходами блок питания, блок конденсаторов, блок ключевых ячеек, выход которого является выходом блока подрыва и подключен к электропневмоклапанам ПИ. Выход узла синхронизации может быть подключен к радиостанции, а в качестве навигационных датчиков использованы приемники спутниковых радионавигационных систем.
Однако, из-за наличия межблочных соединений в системе [1] надежность ее работы, в ряде случаев, недостаточна. Кроме того, контроллер ПИ системы [1] имеет недостаточную степень интеграции и недостаточно рациональное размещение узлов (часть их встроена в ПК). При этом в системе [1] не предусмотрено увеличение ПИ (т.е., число каналов ограничено), что препятствует выполнению высокоразрешающей морской сейсморазведки.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в создании системы управления пневмоизлучателями для морской сейсморазведки «ЛОТОС» («ЛОТОС» - специальное название), которая путем специального конструктивного выполнения была бы более надежной вследствие устранения межблочных связей (разъемов) и более универсальной в использовании с различными типами ПИ и в различных вариантах сейсморазведки (с использованием до 64 каналов).
Основной технический результат - повышение надежности системы посредством выполнения контроллера ПИ в виде одноплатного моноблока без межблочных разъемов. Достоинством предлагаемой системы «ЛОТОС» по сравнению с известными устройствами, включая прототип [1], является также возможность соединения (каскадирования) посредством высокоскоростного последовательного интерфейса ряда моноблоков для увеличения числа приемных каналов, необходимого для повышения качества и информативности морской сейсморазведки.
Технический результат достигается следующим образом.
Система управления пневмоизлучателями для морской сейсмической разведки содержит персональный компьютер и подключенный к нему контроллер пневмоизлучателей (КП), который включает блок управления и силовой блок подрыва пневмоизлучателей, при этом входы-выходы КП подключены к персональному компьютеру, к навигационным датчикам, к датчикам пневмоизлучателей и к подрывающим электропневмоклапанам пневмоизлучателей.
Отличительной особенностью системы является то, что КП выполнен в виде одноплатного моноблока, размещенного в металлическом корпусе и объединяющего блок управления и силовой блок подрыва без межблочных разъемов, и включает соединенные между собой схему управления, схему связи с внешними устройствами, схему аналого-цифрового преобразования, схему силовых ключей, схему тестирования и схему электропитания. Причем первый вход-выход схемы связи с внешними устройствами подключен к
персональному компьютеру, второй вход-выход схемы связи подключен к навигационным датчикам, вход схемы аналого-цифрового преобразования подключен к датчикам пневмоизлучателей, а выход схемы силовых ключей подключен к электропневмоклапанам пневмоизлучателей.
При этом КП подключен к персональному компьютеру посредством последовательного высокоскоростного интерфейса типа USB.
Отличием системы является то, что схема силовых ключей КП содержит 8 каналов подрыва, выполненных на полупроводниковых модулях IGBT.
Кроме того, система отличается тем, что выполнена с возможностью соединения (каскадирования) посредством высокоскоростного интерфейса USB требуемого количества n контроллеров КП в один модуль для обеспечения работы группы из 8n (n=2÷8) пневмоизлучателей с использованием одного персонального компьютера.
В конкретном случае использования системы схема тестирования выполнена с возможностью звукового оповещения запуска работы пневмоизлучателей и возможностью выработки звуковых сигналов при неисправности блоков и схем, входящих в систему.
Для запуска системы, формирования и привязки шкалы времени, а также для пространственного местоопределения точек сейсмических профилей в качестве навигационных датчиков использованы приемники спутниковых радионавигационных систем «Навстар» и/или «Глонасс» в дифференциальном режиме.
В частных случаях выполнения системы к схеме связи с внешними устройствами КП дополнительно подключены датчик контроля глубины погружения пневмоизлучателей, датчик давления в магистрали, подводящей сжатый воздух к пневмоизлучателям, а также блок записи сигналов с датчиков пневмоизлучателей.
На чертеже приведена общая конструктивная схема системы управления пневмоизлучателями для морской сейсмической разведки «ЛОТОС».
Система содержит персональный компьютер 1, контроллер 2 пневмоизлучателей, навигационные датчики 3, пневмоизлучатели 4, оснащенные датчиками 5 и подрывающими электропневмоклапанами 6. Выполненный в виде одноплатного моноблока КП 2 включает схему 7 управления, схему 8 связи с внешними устройствами, схему 9 аналого-цифрового преобразования, схему 10 силовых ключей, схему 11 тестирования и схему 12 электропитания.
Работа системы заключается в следующем.
С навигационных датчиков 3, в качестве которых использованы приемники спутниковых радионавигационных систем «Навстар» и/или «Глонасс», сигналы запуска поступают в персональный компьютер 1 и через схему 8 связи КП 2 - на схему 7 управления контроллером 2, который является информационно-вычислительным узлом и в соответствии с заданной персональным компьютером 1 программой осуществляет (с заданными временными задержками) пуск схемы 10 силовых ключей, а также схемы 11 тестирования. Работа схемы 8 аналогично работе блока управления системы [1].
Электропневмоклапаны 6 пневмоизлучателей 4 срабатывают по командам со схемы 10 силовых ключей. Работа пневмоизлучателей 4, датчиков 5 и электропневмоклапанов 6 описана, например в [7]. Сигналы от датчиков 5 через схему 9 аналого-цифрового преобразования поступают на схему 7 управления и, далее, по шине, выполненной в виде последовательного высокоскоростного интерфейса типа USB, - на вход персонального компьютера.
Схема 11 тестирования обеспечивает звуковое оповещение запуска работы пневмоизлучателей 4, а при неисправности блоков и схем, входящих в систему, вырабатывает специфические звуковые сигналы. Схема 12 обеспечивает входящие в КП 2 узлы электропитанием.
Из опыта проведения морских сейсмических работ для схемы 10 силовых ключей по критерию «сложность-стоимость-эффективность»
определено количество 8 каналов подрыва. Силовые ключи схемы 10 могут быть выполнены на полупроводниковых модулях IGBT. Для повышения качества и информативности морской сейсморазведки, как правило, осуществляется соединение (каскадирование) посредством интерфейса USB требуемого количества n контроллеров КП 2 в один модуль для обеспечения работы группы из 8n (n=2÷8), т.е. до 64 пневмоизлучателей 4 с использованием одного персонального компьютера 1, который обрабатывает сигналы с датчиков 3 и датчиков 5 пневмоизлучателей 4 (работа персонального компьютера подробно описана в [1]).
В частных случаях для расширения функциональных возможностей системы «ЛОТОС» к схеме 6 связи с внешними устройствами могут быть дополнительно подключены датчик контроля глубины погружения пневмоизлучателей, датчик давления в магистрали, подводящей сжатый воздух к пневмоизлучателям, а также блок записи сигналов с датчиков пневмоизлучателей.
ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ
I. Прототип и аналоги:
1. RU 23000 U1, 10.05.2002 (прототип).
2. RU 13930 U1, 10.06.2000 (аналог).
3. Контроллер программируемых групповых пневматических излучателей «АСТРА». - Министерство нефтяной промышленности, 1989, 51 с. (аналог).
II. Дополнительные источники по уровню техники:
4. RU 17812 U1, 27.04.2001.
5. RU 18451 U1, 20.05.2001.
6. RU 2142149 С1, 27.11.1999.
7. RU 23339 U1, 10.06.2002.