基于CAN总线的石油录井仪系统设计

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1、石油仪器2014年第28卷第4期PETRoLEUMINSTRUMENIS·25··开发设计·基于CAN总线的石油录井仪系统设计魏阳庆魏飞龙姜钧。何昊阳王舒迟(1．中国石油川庆钻探工程公司地质勘探开发研究院四川成都)(2．中国石油川庆钻探工程公司佳诚检测公司四川成都)(3．中国石化中原油田技术监测中心河南濮阳)(4．中国石油西南油气田公司勘探开发研究院四川成都)摘要：文中设计了一种石油综合录井采集监测系统。为了准确快速获取石油钻井现场工况和地质录井综合信息，在系统中采用了CAN现场总线通信技术。系统分为连接传感器

2、的前级采样的从节点和连接工控机的通信主节点，从节点负责控制各类传感器对信息参数采样和CAN总线通讯，主节点负责CAN总线与以太网通讯，系统主要利用了内置CAN接口控制器的STM32F103VBT6单片机和ENC28J60以太网控制器完成信息信号的编码转换，满足了钻井现场复杂环境要求。关键词：CAN总线；石油录井；传感器；STM32F103VBT6；ENC28J60；单片机中图法分类号：TN91文献标识码：B文章编号：1004～9134(2014)04—0025—04面的数据链路层和物理层。其中数据链路层规定了在

3、0引言介质上传输的数据位的排列和组织。如：数据校验和石油钻井工程是一项复杂危险持续时间长的现场帧结构。物理层规定通讯介质的物理特性，如：电气特施工作业，完善可靠的智能监测系统是保证钻井作业性和信号交换的解释。CAN总线能够使用多种物理介顺利进行的重要环节。现代综合录井仪核心作用之一质，例如双绞线、光纤等，最常用的就是双绞线。信号就是进行钻井作业现场的实时监测。它由传感器、控使用差分电压传送，两条信号线被称为“CAN—H”和制采集电路和计算机数据处理分析及显示系统等组“CAN—L”，静态时均是2．5V左右，此时状

4、态表示为逻成¨J。在对钻井现场作业的系统分析基础上，设计了辑“1”，也可以叫做“隐性”。用CAN—H比CAN—L高基于CAN现场总线通信的综合录井监测系统，实际应表示逻辑“0”，称为“显性”，通常电压值为：CAN—H=用表明有良好的实时监测效果。3．5V和CAN—L=1．5V。一个由CAN总线构成的单一网络中，理论上可以1钻井现场监测系统组成及CAN总线技术挂接无数个节点。实际应用中，节点数目受网络硬件1．1井场工况分析的电气特性所限制。例如，当使用PhilipsP82C250作钻井现场主要分为机械钻井系统、泥

5、浆循环系统为CAN收发器时，同一网络中允许挂接110个节点。以及井场安全控制系统。因此录井仪检测的数据对应CAN可提供高达1Mbit／s的数据传输速率，这使实时为钻井工程参数、泥浆参数和有害气体参数等，它们均控制变得非常容易。另外硬件的错误检定特性也增强是通过传感器把相应物理量和化学量转变成标准电信了CAN的抗电磁干扰能力。号，然后传送到录井仪采集接口电路上，并上传至工控2钻井现场监测系统设计机，数据由计算机处理后，通过显示器设备和报警系统完成钻井现场监测。录井仪所用的传感器种类繁多，2．1系统硬件设计从传感器

6、输出信号的类型上可分为：模拟量传感器和由于CAN总线协议是嵌入式工业控制局域网的标数字量传感器两大类。准总线，具有高可靠性和良好的错误检测能力，被广泛1．2CAN总线原理应用于现场温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环CAN总线通信协议只定义了ISO七层协议的最下境，所以特别适合石油天然气钻井井场这样的工作环第一作者简介：魏阳庆，男，1964年生，高级工程师，1986年毕业于西安交通大学计算数学专业，目前在中石油川庆钻探工程公司地质勘探开发研究院从事石油天然气勘探开发研究工作，主要研究方向为石油天然气勘探开发及信

7、息处理。邮编：610051石油仪器·26·PETRoLEUMlNSTRUMENIS2014年8月境应用。作为串行通讯协议，CAN能有效地支持具有2．1．1前级采样从节点设计很高安全等级的分布实时控制。根据CAN总线的功采样从节点的核心模块为ARM公司的Cortex系能特点，结合井场要采集的各种参数和传感器的分布列32位微处理器STM32F103VBT6，带512K的Flash情况，分别将机械钻进系统、泥浆循环系统、安全控制且内置CAN、SUB、USART接口控制器及3个12位模系统三部分的传感器组成三个从节点串

8、联于CAN总数转换器、。J。它采用CAN2．0B协议规范，标准CAN线上，3个结点中内置了含8个模拟量信号和3个数字的标志符长度是11位，而扩展格式CAN的标志符长度量信号通道的前级采样板，完全可以满足机械钻进系可达29位。在2．0B版本中规定，CAN控制器的标志统、泥浆循环系统、安全控制系统中传感器信号的采符长度可以是11位或29位。遵循CAN2．0B一协议一一的一一一一一集。前级采