ECLIPS遥测系统通讯故障处理.doc

ECLIPS 遥测系统通讯故障处理张雄辉熊永立覃明昭(重庆四川石油管理局测井公司)张雄辉 , 熊永立 , 覃明昭 . ECL IPS 遥测系统通讯故障处理 . 石油仪器 ,2002 ,16( 4) :5457 ,60摘要文章简述了 ECL IPS(5700) 遥测系统 ( WTS) 的数据传输方式 、电缆传输方式的选择 ,以及实际使用中对ECL IPS 遥测系统出现几个通讯故障的处理 。关 键 词遥测系统 传输方式 通讯 电缆 故障处理作者介绍张雄辉 工程师 ,1965 年生 ,1991 年毕业于江汉石油学院电子仪器专业 。现在四川石油管理局测井公司 数控测井分公司 ,从事西部几个油田对外测井服务工作 。邮编 :400021数 据 传 输 方 式电 缆 方 式 选 择在 5700 ECL IPS 测井 系 统 中 , 采 用 的 是 曼 彻 斯特编码进行数据传输 。曼彻斯特码是用电平跳变来 表示逻辑“0”和“1”的 。由高电平跳变到低电平表示“1”,由低电平跳变到高电平表示“0”,因此 ,它具有在传送一长串的“0”和“1”时 ,不会存在直流成分的 优点 ,同时 ,在接收端还能利用这种跳变沿来恢复传 输数据的时钟信号 。在 ECL IPS 电缆遥测系统中对曼彻斯特的数据传输方式使用了两种方法 : 一种是由 20 位构成一 帧 ,这 20 位中 ,前 3 位用于区别该帧信号是指令字 , 还是数据字 ,如前 3 位中的第 2 位为负跳变时 ,说明 该帧信号是指令信息 ,如为正跳变 ,表明该帧信号为 采集数据信息 ;第 4 位到第 19 位为固定长度的数据 位 ;第 20 位为奇偶校验位 ,用于检查该帧数据的正 确性 ; 它用于数据传输方式 2 的工作方式 。第二种 是由 20 位以上的位数构成一帧 。前八位为零 ,第 9 到第 11 位中 ,如第 10 位为负跳变 ,说明该帧数据为 指令信号 ;如为正跳变 ,说明该帧数据为数据信号 , 第 12 位以后为所送的数据位 ,其长度可根据需要而 定 ,数据的传输长度是可变的 ;它只用于方式 5 或方 式 7 的数据传输方式 ,它没有奇偶校验位 。设计 ECL IPS 遥测系统 ( WTS) 的主要目的是为电缆的缆芯提供一个标准的应用 ,增加数据传输容 量 。随着测井技术的飞跃发展 ,各种成像技术的应用 ,要求采集和发送的数据量也随之增大 ,就要求增加数据的传输速率 。ECL IPS 系统大大地提高了仪 器的采样率 ,各种成像测井仪器在该系统中得以广 泛地运用 ,实现了地面系统对下井仪器的遥测控制 , 因此 ,该系统对数据的传输速率的要求比较高 。为了提高电缆的传输速率 ,克服常规电缆传输方式对 数据传输带来的影响 ,系统使用了对称电缆的组合 方式来优化其数据传输性能 。如直接使用电缆作为一个遥测系统的数据传输 方式 ,将存在低带宽和频响特性不稳定等诸多问题 ;另外还要考虑缆芯间的串扰问题 ,缆芯上传输损耗问题 ,井下高温高压问题等因素对数据传输的影响 。为了克服 7 芯电缆对常规数据传输方式的影响 , E2CL IPS 遥测系统选择了电缆七种组合方式中的 3 种 ,即方式 2 (M2) 、方式 5 (M5) 、方式 7 (M7) 。7 种电缆 传输的组合方式提供了较大的带宽和较少的串行干扰 ,并且相互间的影响也降低了 ,电缆的 7 种组合方式特点分析见表 1 。ECL IPS 遥测系统 WTS 选择了 M2 、M5 、M7 三种电缆组合方式进行数据传输 ,其中 M2 是双向传输 ,指令传输的速率为 20 . 83 kb/ s ,数据传输的速率为41 . 67 kb/ s ; M5 和 M7 是 单 向 传 输 , 传 输 速 率 为93 . 75 kb/ s ,总的传输速率已达到 230 kb/ s 。在 3510遥测通讯仪中 ,数据传输方式 7 是直接利用的电缆 缆芯 7 和电缆外皮 10 芯进行大数据量传信息的 ,这种数据传输方式易受干扰信号的影响 ,其井下与地 面的通讯不易建立 ,通讯的调节范围窄 ,即使通讯建 立后也容易出现通讯不稳的现象 。为了克服 3510遥测仪数据传输方式 7 的缺点 ,目前的 3510 遥测通讯仪已升级为 3514 。即把 3510 中的数据传输方式 7 改为真方式 7 : TM7 ,它是利用 3516 面板 、3514 仪器 中的数据传输方式 5 的驱动变压器的中心抽头与电 缆的 7 号缆芯组成的一组数据传输方式 ,能有效地 克服 3510 仪器中 M7 数据传输上的诸多缺点 。电缆的分布电容等参数可能发生了较大的改变 ,导致信号的幅度 、信号间的相互影响干扰比较明显 ,因 而出现通讯调节困难或通讯不稳的故障 。其主要故 障出现在 3510 遥测通讯仪的转发器的电路上 ,该转发器是由下传指令信号放大器 U1 、反馈电路 U2 ,指令驱动电路 U3 、T1 ,数据传输方式 2 的信号放大电 路 U5 、U6 、M2 的信号控制器 U5 和数据传输方式 2的驱动电路 U4 、T2 ,数据传输方式 5 的信号放大电路 U11 、U12 以及 M5 和 M7 的信号控制器 U9 、数据 传输方式 5 的驱动电路 U8 、T3 ,数据传输方式 7 的信号放大电路 U13 、U14 、及 M5 和 M7 的信号控制器U9 和数据传输方式 7 的驱动电路 U8 、T4 组成 ,如图1 所示 。解决方法 :把更换后的电缆连接到 ECL IPS 地面 系统和井下遥测短节 3510 ,然后把地面系统按测井的步骤启动 OCT ,将发射增益 ( TX Gain) 设为 57 ,并给 3510 供 180 V 的交流电源 ,在 3510 内的转发器板(129981 - 100) 上的 CMP IN 处 ,用示波器监视该信 号的大小 ,正常应为 810 V ,如不在此范围内 ,可调 该板的可调电位器 P1 使 CMP IN 达到 8 10 V 即 可 ,如图 2 所示 。从图 2 中可以看出 :U1a 是对输入 指令信号的放大 ,调节电位器 P1 ,就是调节反相放通讯故障处理1 . 换电缆后 ,遥测系统出现通讯调节困难的故障处理当遥测系统更换电缆后 ,由于新换电缆的长度 、传输方式电缆缆芯的利用和组合方式数据传输特点M1M2M3M4M5M6M7七根缆芯分别对电缆外皮以同名端的组合方式进行数据传输缆芯 2 、3 为同名端 ,5 、6 为另一端 ;2 、5 为一组 ,3 、6 为另 外一组组成为驱动线圈的一端 ,而驱动线圈的另得到数 据传输方式 2 ,即 M2 方式 。缆芯 3 、5 为同名端 ,2 、6 为另一端 ;3 、6 为一组 ,2 、5 为一 组 ,且与 1 、4 为一组组成为驱动线圈的一端 , 而驱动线 圈的另端就得到数据传输方式 3 ,即 M3 方式 。缆芯 2 、3 为同名端 ,5 、6 为另一端 ;3 、6 为一组 ,2 、5 为一 组 ,且与 1 、4 为一组 ,组成为驱动线圈的一端 ,而驱动线 圈的另端就得到数据传输方式 4 ,即 M4 方式 。缆芯 2 、3 为同名端 2 、5 为另一端 ; 3 、6 为一组 ,2 、5 为一 组 ,从 2 、5 与 3 、6 各自的中心抽头再组成为驱动线圈的 一端 ,而驱动线圈的另端就得到数据传输方式 5 , 即 M5 方式 。缆芯 2 、6 、4 为同名端 ,5 、6 、1 为另一端 ; 3 、6 为一组 ,2 、5 为一组 ,且与 1 、4 为一组 ,组成驱动线圈的一端 ,而驱动 线圈的另端就得到数据传输方式 4 ,即 M4 方式 。缆芯 7 、与缆皮组成驱动线圈的一端 ,而驱动线圈的另端 就得到数据传输方式 7 ,即 M7 方式 。该方式的缆芯电阻最小 ,分布电容最大 ,带宽最小 。该方式的接法采用了缆芯的对称接法 ,可以减少供电缆 芯对其它缆芯数据传输的串行干扰 。该方式对信号驱动的要求比较复杂 。 该方式是两种信号的非平衡驱动方式 。该方式的频带较宽 ,通常用于数据传输通道 。该方式接法使缆芯电阻较低 ,传输速率高 ,频带也较宽 ,可用于传输数据或命令 。该方式由于缆芯 7 居中 , 故与缆皮间的分布电容最小 , 因此 ,具有最平坦的传输特性 , 适合用于传输高速率的 数据 。大器 U1a 对输入信号的放大倍数 ;U1a 的输出信号作为滤波放大器 U1b 的输入信号 ,经 R5a 、R6b 、C1a 、C1b滤波后 ,再经同相放大器 U1b 得到 CMP - IN 信号 ,以达到降低噪声 ,提高信噪比 ,减少干扰的目的 。该点的信号幅度大小将直接关系到通讯的建立和通讯建立后的稳定性 。图 1 3510 遥测通讯仪中转发器电路框图2 . WTS 指令出现超时错误故障的消除如果遥测短节 3510 在地面系统 TX Gain 设为57 ,调节 3510 仪器中转发器内的可调电位器P1 后 ,在 CMP 2 IN 上 可 用 示 波 器 观 测 到 信 号 幅 度 为图 2 3510 转发器中指令信号处理电路图810 VP - P ,但指令超时错误仍然存在 ,且出现超时的故障频率较高 ,这是由于在比较器 U2 的 2 脚 ( 见 图 2) ,即“ + ”输入端的信号产生了偏移信号 ( 其偏 移信 号 见 图 4 ( a ) ) 。这 种 偏 移 信 号 是 相 对 零 轴 而 言 ,其零轴上下的信号幅度不对称 , 且因仪器的不 同 ,偏移信号的大小也不一样 , 3510 仪器中的转发 器通过比较器 U2 的输出端把信号送到 U5 中 。U5 是可编程的逻辑组件 ,它对数据传输方式 2 的采集 数据进行控制 。比较器 U2 的输出信号由 U5 的 23 脚送入 U5 控制器中 ,然后由 U5 中的一个与门来进 行控制 ,当仪器在以方式 2 传输数据时 ,这个反馈信 号被禁止 ,在 U5 的 15 脚输出低电平 ,让比较器 U2道和等待下一个指令信号的同步字来触发 。在传输指令信号时 ,U5 的与门开启 ,由 15 脚输出 U2 的反 馈控制信号 ( 对称均匀信号) , 再由 R10 送入比较器的 2 脚 (见图 2) 。在比较器 2 脚的波形中的这个偏 移信号会导致比较器 U2 在转发指令信号中使指令 信号也会产生非对称性的控制指令 ,且产生较大的幅度偏差 ,使遥测系统中的译码器把传送来的控制指令误认为是无效字 ,形成指令的超时错误 。 解决方法 :用示波器观察 3510 转发器中比较器U2 - 2端的波形 ,其波形在零轴上下的波形幅度出现了明显的不对称性 。出现这种情况 ,用一个可调电 位器并在 R11 上 ,调节可调电位器的电阻值 ,直到波会不一样 ,所以要分别对待和处理 。通过这种方法 ,即可消除 3510 仪器对传输指令信号的超时故障 。3 . 数据传输方式 2 出现振铃现象的处理在 ECL IPS 遥测系统中 , 在 5710 遥测面板和电 缆均处于正常状态 ,遥测系统在井下和地面建立通 讯时 ,发现系统不断地显示井下 3510 遥测短节的方 式 2 ( Mode2 ) 有 超 时 ( timeout ) 和 无 效 曼 彻 斯 特 (NVM) 错误时 ,是由于 3510 的传输方式 2 中的数据 和指令信号产生了振铃现象 。用示波器检查 3510 仪器 中 转 发 器 板 上 的 Mode2 的 驱 动 电 路 , 如 在 Mode2 的驱动电路的信号输出端的“M2 + ”、“M2 - ” 和驱动器 (U4 ) 8 脚的输出信号端处出现了图 3 ( a) 、 ( b) 所示的信号波形 ,说明以 Mode2 为传输方式的信 号上产生了较严重的信号振铃现象 。从图 3 ( a) 的 波形可看到 : 以 Mode2 为传输方式的信号产生振铃 现象后 ,在驱动器 (U4 ) 8 脚会产生失真的负脉冲输 出信号 ,见图 3 ( b) ,这个假的脉冲宽度和幅度均小 于正常脉冲的宽度和幅度 。( d) 驱动器 (U4) 8 脚产生的正常的负脉冲输出信号图 3 以 Mode2 为传输方式的输入输出信号间的比较解决办法 :消除该振铃信号的方法是在“M2 + ”和“M2 - ”之间接一个 220 的电阻来衰减该振铃信号 ,使它的幅度尽可能地降到最低 ,从而消除它在 M2 数据线上的影响 ,正常后的波形如图 3 ( c) 、( d) 所示 。同样在 M2 的指令线上也存在着振铃信号 , 在3510 仪器中转发器板上“CMD + ”和“CMD - ”处 ,参 见图 1 。用示波器观察到 M2 的指令线上的信号如图 4 (a) 所示 ,它的幅度多达 40 V90 V 。消除方法 : 在 3510 仪器中转发器板上的“CMD+ ”和“CMD - ”间 ,接上一个 1 k 的电阻衰减该振 铃信号 ,得到如图 4 ( b) 所示的波形时 ,表明振铃信号被压制住了 。(a)“M2 + ”和“M2 - ”处失真的驱动器输入波形(a) 在“CMD + ”和“CMD - ”处的振铃信号波形( b)驱动器 (U4 ) 8 脚产生失真的负脉冲输出信号( b) 在“CMD + ”和“CMD - ”处的正常波形图 4 振铃信号与正常信号间的波形比较4 . 切换器对遥测通讯的影响3510 通讯仪中切换 7A/ DLL 的切换器出现故障 时 ,不影响数据的传输方式 Mode2 、Mode5 ,但 Mode7的通讯无论如何是建立不起来的 ,且在测双侧向时 ,不影响双侧向仪器的内刻度 ,但双侧向仪器的测井(下转第 60 页)(c) “M2 + ”和“M2 - ”的正常波形速功能部件都可收到 SOF 包 ,但接收功能部件不对SOF 标记产生返回包 ;因此 ,不能保证向任何给定的 功能部件发送的 SOF 都能被收到 。SOF 包发送 2 个 定时信息 。当功能部件探测到 SOF 的 PID 的时候 , 它被告知发生了 SOF 。对总线定时信息没有特别需要的全速设备可以忽略 SOF 包 。3) 数据包如图 7 所示 ,数据包由 PID ,包括至少 01 023 个字节数据的数据区和 CRC 构成 。有 4 种类型的 数据 包 : DATA0 、DATA1 、DATA2 和 MDATA , 用 不 同的 PID 来识别 。2 种数据包 PID 是为了支持数据切 换同步而定义的 。值 。只有支持流控制的事务类型才能返回握手信号 。握手包总是在事务的握手时相中被返回 ,也可 在数据时相代替数据返回 。握手包由跟 1 个字节的 包字段后的 EOP 确定界限 。如果包被解读为合法 的握手信号 ,但在 1 个字节的包字段后面没有 EOP终止符 ,则它被认为是无效的 ,并且将被接收器件忽 略 。图 8 握手包对低速和全速设备有 3 种类型的握手包 :ACK 表示数据 PID 被正确收到 ,但接收的数据 包没有位填充 ,或数据字段上的 CRC 有错 ;NAK 表示功能部件不能从主机接受数据 ( 对于输出事务) ,或者功能部件没有传输数据到主机 ( 对 于输入事务) ;STALL 为功能部件返回的对输入标记的响应 ,或者是功能部件在输出事务的数据时相之后产生的 回应 。5) 握手应答 传输和接收功能部件必须根据一定的优先顺序返回握手信号 。不是所有的握手都是被允许的 ,这取决于事务类型以及功能部件或主机是否发出了握 手信号 。如果标记在传输到功能部件的阶段里发生 了错误 ,则功能部件将不对任何包回应 ,直到收到下 一个标记并成功地译码 。(待续) (收稿日期 :2002 - 06 - 27 编辑 : 姜 婷)图 7