Discussion on Underwater Data Transmission Technology Based on Power Carrier
虞江波 YU Jiang-bo
（中海石油（中国）有限公司，上海 200050）
（CNOOC，Shanghai 200050，China）
摘要：本文对水下数据传输技术原理、水下电力载波数据传输技术的发展方向进行分析，通过系统软件整体方案设计、串口通信程序、数据采集、SPI通信设置、载波通信程序等方面对水下数据传输技术在电力载波基础下的应用进行深入探讨，希望能为相关人士提供有效参考。
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.
关键词：复合电液；电力载波；通信程序
Key words: composite electro-hydraulic；power carrier；communication procedure
中图分类号：TE95 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）26-0209-02
0 引言
现阶段，石油水下生产过程中会使用专业的电力载波水下通信系统，不仅实现了对于水下通讯的传输，还保证采油过程中对整体过程的控制。目前，其发展的总体水平能够保证石油行业的正常海底生产工作，保障实际的油气田开发工作，并且经过普遍的应用后证实此项技术有一定的稳定性，有效助力企业的发展。
1 水下数据传输技术原理
时代在不断的发展，对于能源的需求量也在逐渐的提升，为保证科学技术的进步，需要为其源源不断的提供大量能源。目前，对于石油行业的生产过程中，正在向深海进行勘探，并且由于近几年的技术进步，各个国家都已经开始在深海中开采石油。海底的石油区域范围较广，其规模远远超过陆地，但是海底内部的温度低，所开采的石油温度和压力呈现正比趋势，海底的井口石油温度以及压力与陆地相比有较为明显的差异，海底情况较为复杂，所以也一定程度上加强了开采的难度。在此环境下，电力载波技术应运而生，可以保证水下有稳定的通信设备和技术，可以实现专业人士的间接操作。
此通信技术主要是借助高频信号借助电力线的支持，对于对信号以及数据信息进行传输，并且主要是利用多种电力调节器能够有效的将内部信号做以分离处理，并准确的传达到多种不同的终端设备上，实现控制中心对于各操作部门的直接控制。此项通信技术能够以电力线为主要的沟通媒介，在此期间不需要额外的信息传输通道，不仅可以帮助企业有效节省资金投入量，还会满足企业对于海底开采远距离传输的需求。此项技术从研发到现在已经实现将近百年的应用，目前还在被普遍的使用，并且不仅是石油行业也会应用在电力企业的发展过程中，为大量的企业提供信息传输服务。常规的电力载波通信技术能够为海底开采中的控制系统和信息传输提供崭新的平台，并随着对其性能的改善和调节，还可以拓宽其通讯的路径。并随着复合电液控系统的全面应用，提升了对其的应用和传播，为此技术在海底广泛的应用提供了便利条件，加强了其信息传输的可依赖程度。
2 水下电力载波数据传输技术的发展方向
现阶段，对于电力载波的海底信息传输的研究主要分布在发达国家，并且现阶段研究水平最高的地区是在美国、挪威等国家，其内部的研究小组有先进的设备，以及资金支持，已经开始高速的发展。但是在我国的研发过程中，由于我国早期科研团队研发受到一些技术和资金上的阻碍，导致此项技术在早期的石油开采过程中，受到一定的限制，不能全面的投入到海底石油开采项目中。当时国内的海底石油开只能借助对于海底数据信息单方面的采集方式进行对整体开采的控制，还不能完全实现海底上下的同时控制和信息的发送，严重影响实际的开采效率，同时也会阻碍到我国石油行业总体发展。但是根据近几年的发展状况而言，我国的海底石油开采正在不断更新和调整，目前已经实现了对于传输系统的复合型控制，通过电液复合系统的开发，可以满足管理中心在海上对于海底开采的直接控制，充分展现了实际半双工信息传输方法的实现。目前，由于此项技术具备多种优势，并且完全满足于海底石油开采，多个国家都开始对其进行大规模研究，并给经过实践发现，此项技术仍然还有较大的潜力可以被开采。由于现代技术的进步，促使网络化和无线化的全面发展，所以根据目前的发展趋势，此项技术仍然还有被开发的价值[1]。
3 水下数据传输技术在电力载波基础下的应用
3.1 系统软件整体方案设计
系统内部的软件能够及时的分析海底开采数据以及信息内容，并且是实际开采过程中的主要构成部分，软件的性能对于总体的系统运作以及对个性能和数据的分析准确程度都会有一定的影响，依照内部结构中的硬件设备和所编写的系统内容，可以充分的体现实际信息采集和最后信号发送之间的发送以及接受过程。当海底的采集信息被大量的整理之后，就会经由总体的控制器做以分析，并对上传的大量数据进行整理。利用串接口的设置内部寄存器，通过控制和状态两种不同情况的区分，合理的对信息进行全方位的调控，并且会在数据终端的过程中对信息进行收发。在实际的电力载波传输系统正常工作时，且内部的设计方式通常会分以下几种模块运转，其中分别为主控单片机数据采集、信息控制中心以及串口通讯程序。在实际运转的过程中，通常是从单片机控制中心内部进行对于信息数据采集、数据分析、阀门的处理以及最后串口通讯功能，然后再利用载波芯片对信息进行收发工作，并最终实现对于信息的整合。
3.2 串口通信程序
通常情况下，主控单片机的运作过程是经过在系统内部主程序的操作，并经过通电之后会有一定的延迟作用，只有在供电情况较为稳定的状态下才会实现正常运作。当供电情况进入到正常状态下时，需要调整的程序会通过内部变量进入到一种初始化的状态，例如，数据缓冲以及寄存器的归零状态。上述情况的产生通常情况下是由于标志位的复位。当程序内部的大量寄存器经过原始配置之后，其中的载波接受信息的状况以及中断原因会被再次调查。一旦出现程序接受载波信息之后停止接受的情况时，其中的数据和信息就会被放置到信息的存储区域，之后再经过串口信息的传输状况对上级的控制中心进行对接，但是当串口所接受到的信息经过上级的控制指令时，内部的数据就会经过事先准备好的程序进行大规模的串接，只要当程序接收到信息数据之后，才会对载波所传送的数据停止传输。在此过程中，一旦出现控制器内部循环操作系统监测到信息传输被停止传输时吗，就会中断整个操作程序。
3.3 数据采集
在系统内部的采油树管汇沙上方的传输信号，通常会经过对主回路的受压情况以及环回路中的温度情况的数据信息进行分析和处理。并经过大量的外界信息对电路进行途径的切换。数据信息的采集过程时经过对于转换寄存器的调整，从而使其内在的终端转换为另一种模式。经过系统化采样之后的回路以及相对应的途径进行调整，并采用一系列的分析，将逐渐接近于精确结果的数据进行存储，经过对比之后，会将前十位数据信息进行系统的储存，继而产生另一个信息数据并会另原先的请求予以停止处理，经过上述阶段的循环，可以保证最后通道内部的数据全部归零[2]。
3.4 SPI通信设置
水下信息传输的过程中，会利用控制中心的单片机以及可以承载的芯片进行有效的串联，通过此方式的连接较为稳定。SPI通信内部的传输过程主要是借助在硬件设施之间搭建多个信息作为基础的连接装置，并且内部的模式会根据实际的运转情况进行一系列转变，从一个主设备可以向多个移动终端进行多次信息传输。此项通信技术不仅仅能够单方面的传输数据，还可以利用主设备内部的信息向外部书写信息，并且在此基础上，也可以实现对于信息的双向传输，当主设备和多个移动终端进行多次传输信息操作。当进行海底的载波模块进行处理工作时，主控单元需要利用载波调节技术对单元内部的信息进行读取，并利用MI200e传输有关数据，所以，根据上述情况，可以证明此项技术能够有效的调节单元间的通讯连接。
3.5 载波通信程序
3.5.1 存储器配置
通常情况下，在MI200e中会有两个存储器作为连接，包括控制寄存器和数据寄存器，在内部的控制寄存器内部包含19个模块，但是数据寄存器内部的含量较少只有两个作为处理装置。在内部的芯片装置过程中，由于内部的模式配置问题可以保证内部的控制方法，不仅仅会决定其中的主要控制中心中的芯片还会与实际的载波芯片形成一个较为稳定的连接，借助读写方式可以将实际的模式与寄存器之间的内容进行连接和存储，而且还可以在多种时间状态内对模式配备的状况进行读取。与RDSR所下达的指令有所不同，其中的储存器状态会由于内部的存储管理的，导致内部的状态始终处于可读取的状态。在MI200e中的模块信息通道经常会利用中心的控制系统对内部参数进行管理，并将其中的信号处理装置进行系统的设置，其内部的读取地址通常会被分写成高灵敏度的接受格式，只有当内部的数据为HSB=1时，内部的Mi200e才会接受全部的信号，并且还能够对较弱的信号进行升级处理，保证实际的通讯质量[3]。
3.5.2 载波软件程序
保证采集工作的信息数据以及控制系统内部的准确程度，可以在进行载波通讯的过程中进行以下几点原则处理：第一，在电力载波正常工作的情况下，接受信息的过程都是从外部环境终止的方法进行的。第二，对上为数据内部的控制模块进行整理，并在此过程中会以一种透明信息传输的方式对数据进行传输。第三，其内部的接受程序通常会将精准的接受有关数据，并在存储器接收信息之后主动的转移到下一个系统进行重复的运作。
4 结论
综上所述，在目前的发展状况而言，虽然电力载波技术已经在石油行业内部被使用将近二十年，但是由于科技水平的进步，此项技术核心点也在不断的被更新和调整，可以满足于当前的是石油行业对于海底开采的需要，在水下是一种可靠的通信方式，并且正处于全面发展的阶段，能够支持石油行业的发展。
参考文献：
[1]张国平.基于NE567的电力载波串口信号传输系统的设计[J].价值工程，2017，36（35）：129-130.
[2]杨帅，王子辰，鲁绍函.工业机器人电力载波群控通信的设计[J].科技创新与应用，2019（18）：19-21.
[3]李济川.电力载波通信PLC技术在充电桩建设中的应用[J].集成电路应用，2019，36（06）：53-55.
[4]卢俊，张群飞，史文涛.水下探测通信一体化关键技术分析[J].水下无人系统学报，2018，26（05）：470-479. |
