試論基于電力載波的水下數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

虞江波

摘要：本文對(duì)水下數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)原理、水下電力載波數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行分析，通過系統(tǒng)軟件整體方案設(shè)計(jì)、串口通信程序、數(shù)據(jù)采集、SPI通信設(shè)置、載波通信程序等方面對(duì)水下數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在電力載波基礎(chǔ)下的應(yīng)用進(jìn)行深入探討，希望能為相關(guān)人士提供有效參考。

Abstract： This paper analyzes the principle of underwater data transmission technology and the development direction of underwater power carrier data transmission technology. Through system software overall scheme design， serial communication program， data acquisition， SPI communication setup， carrier communication program， etc. the application of data transmission technology on the basis of power carrier is discussed in depth， and it is hoped to provide effective reference for relevant people.

關(guān)鍵詞：復(fù)合電液;電力載波;通信程序

Key words： composite electro-hydraulic;power carrier;communication procedure

中圖分類號(hào)：TE95? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）26-0209-02

0? 引言

現(xiàn)階段，石油水下生產(chǎn)過程中會(huì)使用專業(yè)的電力載波水下通信系統(tǒng)，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)于水下通訊的傳輸，還保證采油過程中對(duì)整體過程的控制。目前，其發(fā)展的總體水平能夠保證石油行業(yè)的正常海底生產(chǎn)工作，保障實(shí)際的油氣田開發(fā)工作，并且經(jīng)過普遍的應(yīng)用后證實(shí)此項(xiàng)技術(shù)有一定的穩(wěn)定性，有效助力企業(yè)的發(fā)展。

1? 水下數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)原理

時(shí)代在不斷的發(fā)展，對(duì)于能源的需求量也在逐漸的提升，為保證科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，需要為其源源不斷的提供大量能源。目前，對(duì)于石油行業(yè)的生產(chǎn)過程中，正在向深海進(jìn)行勘探，并且由于近幾年的技術(shù)進(jìn)步，各個(gè)國家都已經(jīng)開始在深海中開采石油。海底的石油區(qū)域范圍較廣，其規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過陸地，但是海底內(nèi)部的溫度低，所開采的石油溫度和壓力呈現(xiàn)正比趨勢(shì)，海底的井口石油溫度以及壓力與陸地相比有較為明顯的差異，海底情況較為復(fù)雜，所以也一定程度上加強(qiáng)了開采的難度。在此環(huán)境下，電力載波技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，可以保證水下有穩(wěn)定的通信設(shè)備和技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)專業(yè)人士的間接操作。

此通信技術(shù)主要是借助高頻信號(hào)借助電力線的支持，對(duì)于對(duì)信號(hào)以及數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸，并且主要是利用多種電力調(diào)節(jié)器能夠有效的將內(nèi)部信號(hào)做以分離處理，并準(zhǔn)確的傳達(dá)到多種不同的終端設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)控制中心對(duì)于各操作部門的直接控制。此項(xiàng)通信技術(shù)能夠以電力線為主要的溝通媒介，在此期間不需要額外的信息傳輸通道，不僅可以幫助企業(yè)有效節(jié)省資金投入量，還會(huì)滿足企業(yè)對(duì)于海底開采遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男枨蟆４隧?xiàng)技術(shù)從研發(fā)到現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)將近百年的應(yīng)用，目前還在被普遍的使用，并且不僅是石油行業(yè)也會(huì)應(yīng)用在電力企業(yè)的發(fā)展過程中，為大量的企業(yè)提供信息傳輸服務(wù)。常規(guī)的電力載波通信技術(shù)能夠?yàn)楹５组_采中的控制系統(tǒng)和信息傳輸提供嶄新的平臺(tái)，并隨著對(duì)其性能的改善和調(diào)節(jié)，還可以拓寬其通訊的路徑。并隨著復(fù)合電液控系統(tǒng)的全面應(yīng)用，提升了對(duì)其的應(yīng)用和傳播，為此技術(shù)在海底廣泛的應(yīng)用提供了便利條件，加強(qiáng)了其信息傳輸?shù)目梢蕾嚦潭取?/p>

2? 水下電力載波數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的發(fā)展方向

現(xiàn)階段，對(duì)于電力載波的海底信息傳輸?shù)难芯恐饕植荚诎l(fā)達(dá)國家，并且現(xiàn)階段研究水平最高的地區(qū)是在美國、挪威等國家，其內(nèi)部的研究小組有先進(jìn)的設(shè)備，以及資金支持，已經(jīng)開始高速的發(fā)展。但是在我國的研發(fā)過程中，由于我國早期科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)受到一些技術(shù)和資金上的阻礙，導(dǎo)致此項(xiàng)技術(shù)在早期的石油開采過程中，受到一定的限制，不能全面的投入到海底石油開采項(xiàng)目中。當(dāng)時(shí)國內(nèi)的海底石油開只能借助對(duì)于海底數(shù)據(jù)信息單方面的采集方式進(jìn)行對(duì)整體開采的控制，還不能完全實(shí)現(xiàn)海底上下的同時(shí)控制和信息的發(fā)送，嚴(yán)重影響實(shí)際的開采效率，同時(shí)也會(huì)阻礙到我國石油行業(yè)總體發(fā)展。但是根據(jù)近幾年的發(fā)展?fàn)顩r而言，我國的海底石油開采正在不斷更新和調(diào)整，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)于傳輸系統(tǒng)的復(fù)合型控制，通過電液復(fù)合系統(tǒng)的開發(fā)，可以滿足管理中心在海上對(duì)于海底開采的直接控制，充分展現(xiàn)了實(shí)際半雙工信息傳輸方法的實(shí)現(xiàn)。目前，由于此項(xiàng)技術(shù)具備多種優(yōu)勢(shì)，并且完全滿足于海底石油開采，多個(gè)國家都開始對(duì)其進(jìn)行大規(guī)模研究，并給經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，此項(xiàng)技術(shù)仍然還有較大的潛力可以被開采。由于現(xiàn)代技術(shù)的進(jìn)步，促使網(wǎng)絡(luò)化和無線化的全面發(fā)展，所以根據(jù)目前的發(fā)展趨勢(shì)，此項(xiàng)技術(shù)仍然還有被開發(fā)的價(jià)值[1]。

3? 水下數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在電力載波基礎(chǔ)下的應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)軟件整體方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)內(nèi)部的軟件能夠及時(shí)的分析海底開采數(shù)據(jù)以及信息內(nèi)容，并且是實(shí)際開采過程中的主要構(gòu)成部分，軟件的性能對(duì)于總體的系統(tǒng)運(yùn)作以及對(duì)個(gè)性能和數(shù)據(jù)的分析準(zhǔn)確程度都會(huì)有一定的影響，依照內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的硬件設(shè)備和所編寫的系統(tǒng)內(nèi)容，可以充分的體現(xiàn)實(shí)際信息采集和最后信號(hào)發(fā)送之間的發(fā)送以及接受過程。當(dāng)海底的采集信息被大量的整理之后，就會(huì)經(jīng)由總體的控制器做以分析，并對(duì)上傳的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。利用串接口的設(shè)置內(nèi)部寄存器，通過控制和狀態(tài)兩種不同情況的區(qū)分，合理的對(duì)信息進(jìn)行全方位的調(diào)控，并且會(huì)在數(shù)據(jù)終端的過程中對(duì)信息進(jìn)行收發(fā)。在實(shí)際的電力載波傳輸系統(tǒng)正常工作時(shí)，且內(nèi)部的設(shè)計(jì)方式通常會(huì)分以下幾種模塊運(yùn)轉(zhuǎn)，其中分別為主控單片機(jī)數(shù)據(jù)采集、信息控制中心以及串口通訊程序。在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，通常是從單片機(jī)控制中心內(nèi)部進(jìn)行對(duì)于信息數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、閥門的處理以及最后串口通訊功能，然后再利用載波芯片對(duì)信息進(jìn)行收發(fā)工作，并最終實(shí)現(xiàn)對(duì)于信息的整合。

3.2 串口通信程序

通常情況下，主控單片機(jī)的運(yùn)作過程是經(jīng)過在系統(tǒng)內(nèi)部主程序的操作，并經(jīng)過通電之后會(huì)有一定的延遲作用，只有在供電情況較為穩(wěn)定的狀態(tài)下才會(huì)實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)作。當(dāng)供電情況進(jìn)入到正常狀態(tài)下時(shí)，需要調(diào)整的程序會(huì)通過內(nèi)部變量進(jìn)入到一種初始化的狀態(tài)，例如，數(shù)據(jù)緩沖以及寄存器的歸零狀態(tài)。上述情況的產(chǎn)生通常情況下是由于標(biāo)志位的復(fù)位。當(dāng)程序內(nèi)部的大量寄存器經(jīng)過原始配置之后，其中的載波接受信息的狀況以及中斷原因會(huì)被再次調(diào)查。一旦出現(xiàn)程序接受載波信息之后停止接受的情況時(shí)，其中的數(shù)據(jù)和信息就會(huì)被放置到信息的存儲(chǔ)區(qū)域，之后再經(jīng)過串口信息的傳輸狀況對(duì)上級(jí)的控制中心進(jìn)行對(duì)接，但是當(dāng)串口所接受到的信息經(jīng)過上級(jí)的控制指令時(shí)，內(nèi)部的數(shù)據(jù)就會(huì)經(jīng)過事先準(zhǔn)備好的程序進(jìn)行大規(guī)模的串接，只要當(dāng)程序接收到信息數(shù)據(jù)之后，才會(huì)對(duì)載波所傳送的數(shù)據(jù)停止傳輸。在此過程中，一旦出現(xiàn)控制器內(nèi)部循環(huán)操作系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到信息傳輸被停止傳輸時(shí)嗎，就會(huì)中斷整個(gè)操作程序。

3.3 數(shù)據(jù)采集

在系統(tǒng)內(nèi)部的采油樹管匯沙上方的傳輸信號(hào)，通常會(huì)經(jīng)過對(duì)主回路的受壓情況以及環(huán)回路中的溫度情況的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析和處理。并經(jīng)過大量的外界信息對(duì)電路進(jìn)行途徑的切換。數(shù)據(jù)信息的采集過程時(shí)經(jīng)過對(duì)于轉(zhuǎn)換寄存器的調(diào)整，從而使其內(nèi)在的終端轉(zhuǎn)換為另一種模式。經(jīng)過系統(tǒng)化采樣之后的回路以及相對(duì)應(yīng)的途徑進(jìn)行調(diào)整，并采用一系列的分析，將逐漸接近于精確結(jié)果的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，經(jīng)過對(duì)比之后，會(huì)將前十位數(shù)據(jù)信息進(jìn)行系統(tǒng)的儲(chǔ)存，繼而產(chǎn)生另一個(gè)信息數(shù)據(jù)并會(huì)另原先的請(qǐng)求予以停止處理，經(jīng)過上述階段的循環(huán)，可以保證最后通道內(nèi)部的數(shù)據(jù)全部歸零[2]。

3.4 SPI通信設(shè)置

水下信息傳輸?shù)倪^程中，會(huì)利用控制中心的單片機(jī)以及可以承載的芯片進(jìn)行有效的串聯(lián)，通過此方式的連接較為穩(wěn)定。SPI通信內(nèi)部的傳輸過程主要是借助在硬件設(shè)施之間搭建多個(gè)信息作為基礎(chǔ)的連接裝置，并且內(nèi)部的模式會(huì)根據(jù)實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行一系列轉(zhuǎn)變，從一個(gè)主設(shè)備可以向多個(gè)移動(dòng)終端進(jìn)行多次信息傳輸。此項(xiàng)通信技術(shù)不僅僅能夠單方面的傳輸數(shù)據(jù)，還可以利用主設(shè)備內(nèi)部的信息向外部書寫信息，并且在此基礎(chǔ)上，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于信息的雙向傳輸，當(dāng)主設(shè)備和多個(gè)移動(dòng)終端進(jìn)行多次傳輸信息操作。當(dāng)進(jìn)行海底的載波模塊進(jìn)行處理工作時(shí)，主控單元需要利用載波調(diào)節(jié)技術(shù)對(duì)單元內(nèi)部的信息進(jìn)行讀取，并利用MI200e傳輸有關(guān)數(shù)據(jù)，所以，根據(jù)上述情況，可以證明此項(xiàng)技術(shù)能夠有效的調(diào)節(jié)單元間的通訊連接。

3.5 載波通信程序

3.5.1 存儲(chǔ)器配置

通常情況下，在MI200e中會(huì)有兩個(gè)存儲(chǔ)器作為連接，包括控制寄存器和數(shù)據(jù)寄存器，在內(nèi)部的控制寄存器內(nèi)部包含19個(gè)模塊，但是數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)部的含量較少只有兩個(gè)作為處理裝置。在內(nèi)部的芯片裝置過程中，由于內(nèi)部的模式配置問題可以保證內(nèi)部的控制方法，不僅僅會(huì)決定其中的主要控制中心中的芯片還會(huì)與實(shí)際的載波芯片形成一個(gè)較為穩(wěn)定的連接，借助讀寫方式可以將實(shí)際的模式與寄存器之間的內(nèi)容進(jìn)行連接和存儲(chǔ)，而且還可以在多種時(shí)間狀態(tài)內(nèi)對(duì)模式配備的狀況進(jìn)行讀取。與RDSR所下達(dá)的指令有所不同，其中的儲(chǔ)存器狀態(tài)會(huì)由于內(nèi)部的存儲(chǔ)管理的，導(dǎo)致內(nèi)部的狀態(tài)始終處于可讀取的狀態(tài)。在MI200e中的模塊信息通道經(jīng)常會(huì)利用中心的控制系統(tǒng)對(duì)內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行管理，并將其中的信號(hào)處理裝置進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)置，其內(nèi)部的讀取地址通常會(huì)被分寫成高靈敏度的接受格式，只有當(dāng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)為HSB=1時(shí)，內(nèi)部的Mi200e才會(huì)接受全部的信號(hào)，并且還能夠?qū)^弱的信號(hào)進(jìn)行升級(jí)處理，保證實(shí)際的通訊質(zhì)量[3]。

3.5.2 載波軟件程序

保證采集工作的信息數(shù)據(jù)以及控制系統(tǒng)內(nèi)部的準(zhǔn)確程度，可以在進(jìn)行載波通訊的過程中進(jìn)行以下幾點(diǎn)原則處理：第一，在電力載波正常工作的情況下，接受信息的過程都是從外部環(huán)境終止的方法進(jìn)行的。第二，對(duì)上為數(shù)據(jù)內(nèi)部的控制模塊進(jìn)行整理，并在此過程中會(huì)以一種透明信息傳輸?shù)姆绞綄?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。第三，其內(nèi)部的接受程序通常會(huì)將精準(zhǔn)的接受有關(guān)數(shù)據(jù)，并在存儲(chǔ)器接收信息之后主動(dòng)的轉(zhuǎn)移到下一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行重復(fù)的運(yùn)作。

4? 結(jié)論

綜上所述，在目前的發(fā)展?fàn)顩r而言，雖然電力載波技術(shù)已經(jīng)在石油行業(yè)內(nèi)部被使用將近二十年，但是由于科技水平的進(jìn)步，此項(xiàng)技術(shù)核心點(diǎn)也在不斷的被更新和調(diào)整，可以滿足于當(dāng)前的是石油行業(yè)對(duì)于海底開采的需要，在水下是一種可靠的通信方式，并且正處于全面發(fā)展的階段，能夠支持石油行業(yè)的發(fā)展。

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