L&TD

 Mô tả giải pháp:

1.Tình trạng công việc về vấn đề đang được xem xét trước khi tạo ra giải pháp (Mô tả những nhược điểm của đối tượng hiện hành kèm theo bảng, sơ đồ, hình vẽ,… trong trường hợp cần thiết).

Hiện tại XN Địa vật lý Giếng khoan đã đưa vào sử dụng đồng bộ Thiết bị đo độ sâu, sức căng, dấu mét và điều khiển tời hiện đại BenchMark (hoặc bộ SDDP của Halliburton), trong khi đó hệ thống trạm bề mặt của các đội đo địa vật lý tổng hợp đang sử dụng bao gồm các trạm Karat, Karat Mini, ALS03M, ALS Mini trên thực tế có khối xử lý độ sâu, sức căng, dấu mét từ không hoàn toàn giống nhau và không tương thích với BenchMark cũng như bộ SDDP. Vì vậy, việc đưa vào sử dụng đã gặp rất nhiều khó khăn cho người đứng trạm khi phải phối ghép các khối thiết bị này.  Vấn đề đặt ra là phải có một thiết bị phối hợp để đồng bộ hóa khối BenchMark/SDDP với hệ thống các trạm đang được sử dụng này.

2. Nội dung của giải pháp đưa ra (Mục đích, bản chất, tính ưu việt của giải pháp kèm theo những tài liệu phù hợp dạng bảng, sơ đồ, hình vẽ,…trong trường hợp cần thiết)

Từ thực tiễn sản xuất, qua nghiên cứu để đảm bảo sự đồng bộ giữa các hệ thống, nhóm tác giả đã đưa ra giải pháp: Thiết kế mới bộ “Thiết bị phối hợp độ sâu, sức căng, dấu mét có chức năng đồng bộ hóa giữa các khối BenchMark (hoặc bộ SDDP) và Hệ thống trạm Karat - Kaskad – ALS03M -ALSMINI”. Hệ thống có sơ đồ khối như sau:

H1. Cấu trúc của thiết bị phối hợp

Bộ phối hợp được thiết kế theo sơ đồ khối dưới đây:

H2. Sơ đồ khối của thiết bị phối hợp

Phần sơ đồ nguyên lý xem trong phụ lục 1.

1. Phần đo độ sâu (Encoder) : Dùng bộ đệm để đổi mức tín hiệu cho tương thích với mức tín hiệu đầu vào của các trạm. Riêng đối với trạm Karat, thiết kế thêm bộ chia xung N lập trình 2 kênh lệch pha π/2 dùng kỹ thuật MCU dòng AT89C2051.
2. Phần đo dấu mét từ (cảm biến Hall): dùng mạch ADC 10 bit và mạch Trigger bằng kỹ thuật MCU trên dòng PIC12F675. Đối với trạm Karat và Kaskad tín hiệu lối ra của dấu mét phải qua mạch đảo và đổi mức +12V
3. Phần đo sức căng (Loadcell): các trạm Kaskad và ALS sử dụng tín hiệu trực tiếp từ bộ Benchmark/SDDP, riêng trạm Karat cần phải thiết kế thêm bộ biến đổi áp thành tần VCO tuyến tính (do trạm này số hóa bằng kỹ thuật AD-VCO với vi điều khiển AT80C52).
4. Phần đo sức căng (Loadcell): các trạm Kaskad và ALS sử dụng tín hiệu trực tiếp từ bộ Benchmark/SDDP, riêng trạm Karat cần phải thiết kế thêm bộ biến đổi áp thành tần VCO tuyến tính (do trạm này số hóa bằng kỹ thuật AD-VCO với vi điều khiển AT80C52).

Về bộ chia xung N lập trình 2 kênh lệch pha π/2 có nhớ từ Encoder :

 Bộ chia xung dùng để chia N số xung đếm từ Encoder đang sử dụng của hệ thống Benchmark (lên đến 1200 xung/vòng, chu vi 0.6096m) đến một tỉ số thích hợp đủ để cho khối PKK của trạm Karat có thể xử lý được (mặc định 100 xung/vòng, chu vi 1.00m). Vi điều khiển được sử dụng là Chip AT89C2051. Dưới đây là thuật toán thực tế áp dụng cho bộ chia

H3.Giải thuật  của bộ chia xung2 kênh lệch pha π/2 có nhớ từ Encoder

H4.Sơ đồ nguyên lý bộ chia xung2 kênh lệch pha π/2 bằng Chip AT89C2051

Về phần phối hợp tín hiệu dấu mét từ:

Khối này thực hiệc những nhiệm vụ sau :

- Đọc tín hiệu dấu mét từ  IC Hall/DMG2 dưới dạng Anlalog bằng bộ ADC 10bit của vi điều khiển PIC 12F675. Tìm hiểu thêm về ADC PIC vào đây

- Đọc điện áp ngưỡng Vref bằng một kênh ADC khác của vi điều khiển.

- So sánh 2 kênh dấu mét và Vref để tạo ra tín hiệu dấu mét dưới dạng mức logic.

- Đệm, đảo và đổi mức dấu mét để đưa vào PKK của trạm Karat/Mini Kara.

H5. Sơ đồ phần phối hợp dấu mét từ

Về khối VCO tuyến tính :

Trên thực tế việc biến  đổi điện áp ra tần số một cách tuyến tính là một kỹ thuật khó thực hiện. Nhóm tác giả đề nghị giải pháp dùng kỹ thuật vi điều khiển dòng PIC 12F675 để xây dựng mạch này.

Nguyên tắc như sau:  tín hiệu điện áp cần đo được đưa vào một kênh ADC 10 bit của vi điều khiển 12F675, firmware sẽ thực hiện biến đổi điện áp ra tần số theo phương pháp tra bảng vectơ, tần số ngõ ra được thực hiện tự động bởi dịch vụ ngắt timer 0.

Ưu điểm của phương pháp :

- Tần số lối ra hoàn toàn tuyến tính với điện áp

- Phần cứng rất nhỏ gọn, tối giản, tốt ít  linh kiện. ( PIC 12F675 chỉ có 8 chân, vừa thực hiện VCO vừa xử lý đo dấu mét từ)

H6. Kết quả thực tế cho bộ VCO tuyến tính

Dưới đây là một số hình ảnh về hệ thống:

H7. Bên trong của thiết bị phối hợp

H8. Thiết bị phối hợp

3. Lĩnh vực và phạm vi áp dụng giải pháp nêu trên (nêu rõ lĩnh vực và nơi áp dụng: Phân xưởng, xưởng, căn cứ, công trình,….thuộc đơn vị nào).

Giải pháp thiết kế, lắp ráp thiết bị phối hợp độ sâu, sức căng, dấu mét giữa BenchMark - hệ thống trạm Karat, trạm ALS và các trạm carota khác được áp dụng cho các đội Địa vật lý tổng hợp, đội CNC và đội kiểm tra khai khác, nhằm trực tiếp phục vụ công tác đo địa vật lý ngoài giàn khoan.

 Nhóm tác giả : Nguyễn Xuân Quang, Vũ Anh Đức, Lê Mạnh Cường