蘇油號氣槍船與428XL儀器聯(lián)機(jī)探討

創(chuàng)新者：周仕宏 代偉明 晉為真

蘇油號氣槍船與428XL儀器聯(lián)機(jī)探討

創(chuàng)新者：周仕宏 代偉明 晉為真

文章簡要闡述了Bigshot氣槍控制器的工作原理，并詳細(xì)分析了428XL儀器與氣槍控制器同步連接時參數(shù)設(shè)置的特點(diǎn)和聯(lián)機(jī)技術(shù)，通過野外使用，檢驗(yàn)了導(dǎo)航系統(tǒng)、槍控系統(tǒng)與428XL儀器系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)方法的合理性和參數(shù)調(diào)試的正確性。實(shí)踐證明，采用本方法可以有效發(fā)揮三大系統(tǒng)功能，高效完成采集作業(yè)。

“蘇油號”氣槍船是中石化地球物理公司江蘇分公司購置和建造的新一代淺海氣槍震源船。該配置的氣槍（BOLT）、氣槍控制器（Bigshot）和空壓機(jī)等配套設(shè)施均為目前世界上最新、最為先進(jìn)的設(shè)備。在野外施工中，筆者通過現(xiàn)場試驗(yàn)，順利實(shí)現(xiàn)了蘇油號氣槍船與428XL儀器的聯(lián)機(jī)和符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的同步調(diào)試，并完成了導(dǎo)航系統(tǒng)自主觸發(fā)槍控，實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)同步采集的高效生產(chǎn)方式。下面給出了詳細(xì)的方法，供同行參考。

Bigshot氣槍控制器工作原理與配置方式

氣槍控制器是美國Real Time Systems公司生產(chǎn)的96槍控制器單元，包括Bigshot控制器（Controller）、電源箱體（Power Supply）、無線電遠(yuǎn)程同步箱體（GCSLink2000）。 “蘇油號”氣槍船安裝有28支BOLT氣槍， 4個電源箱體，每個電源箱體控制7支BOLT氣槍。這樣，每個電源箱體還有一個備用控制通道。Bigshot控制器通過設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)可以自動控制每支槍的起爆時間以保證各槍同步誤差在±1ms之間。兩臺無線電遠(yuǎn)程同步箱體分別安裝在氣槍船和儀器車上，其中放置于儀器車的同步箱體為主單元，另一臺為從單元，主、從單元之間采用無線通訊，兩者組成一個完整的無線電同步控制系統(tǒng)。見圖1所示。

圖中主單元與儀器系統(tǒng)放置在一起，位于儀器車或儀器船上，其它部分位于氣槍船上，它們之間通過摩托羅拉GM338電臺實(shí)現(xiàn)無線電通信。儀器系統(tǒng)可以通過主單元觸發(fā)槍控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)槍陣激發(fā)，該方式為儀器主動激發(fā)；也可以通過導(dǎo)航系統(tǒng)觸發(fā)從單元，從單元啟動點(diǎn)火序列實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)自動采集，該方式為儀器被動激發(fā)，適合大面積水域施工。采用被動激發(fā)模式時，Hydropro導(dǎo)航系統(tǒng)適時激活Fix Box，發(fā)出Fix Out閉合信號，激發(fā)從單元啟動放炮序列，無需操作員點(diǎn)擊GO指令即可完成連續(xù)地震采集作業(yè)。

Bigshot氣槍控制器與428XL儀器的連接

槍控系統(tǒng)與428XL儀器的連接主要是指GCSLink2000主單元與LCI-428的連接。槍控系統(tǒng)有三種方式啟動觸發(fā)，完成槍陣的激發(fā)：

1.從導(dǎo)航來的外部觸發(fā)（注意：外部觸發(fā)脈沖寬度必須大于5毫秒）；

2.內(nèi)部循環(huán)模式啟動；

3.在鍵盤上按ALT-F鍵。

外部觸發(fā)信號類型可以由GCSLink2000主板上的JP11跳線選擇：

1. Closure閉合信號（5腳與6腳短接，7腳與8腳短接；這是出廠默認(rèn)設(shè)置）；

2. TTL 負(fù)脈沖（跳線設(shè)置同上）；

3. 光電隔離的TTL正脈沖信號（1腳與2腳短接，3腳與4腳短接）。

上述三種觸發(fā)信號均能實(shí)現(xiàn)激發(fā)。而導(dǎo)航、槍控及儀器三大系統(tǒng)之間最好采用統(tǒng)一觸發(fā)信號類型，以便于系統(tǒng)同步和數(shù)字信號的處理。由于所采用的Hydropro導(dǎo)航定位系統(tǒng)中的信號轉(zhuǎn)換器（Fix Box）輸出為閉合信號，因此，蘇油號氣槍船的槍控系統(tǒng)和428XL儀器主機(jī)之間選用閉合信號來實(shí)現(xiàn)觸發(fā)。

GCSLink2000主單元與428XL儀器的連接圖如圖2所示。

圖1　蘇油號氣槍船與428XL儀器系統(tǒng)配置示意圖

圖中，K，L為CTB信號，與GCSLink2000的F，E連接，用于觸發(fā)儀器系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)。其中，F(xiàn)，E為可編程TTL輸出信號，可作為同步信號。M，N為儀器GO指令，是一個閉合信號，用于觸發(fā)槍控啟動槍陣激發(fā)序列，該信號連接到GCSLink2000控制端口的A，B引腳，為槍控的閉合輸入觸發(fā)信號。H，J為外部GO命令，用于儀器被動激發(fā)，它與GCSLink2000的G，N相連，其中G腳與H腳之間串聯(lián)一個500～1kΩ的限流電阻，當(dāng)來自導(dǎo)航的外部閉合信號或人工/內(nèi)部循環(huán)使得P、N之間短路，則+12V信號加載到LCI-428的H，J兩端，產(chǎn)生外部GO指令，觸發(fā)儀器系統(tǒng)開始預(yù)采集，當(dāng)預(yù)定的延遲時間到達(dá)，主單元通過F，E發(fā)出CTB指令，儀器開始采集，同時從單元激發(fā)槍陣完成放炮作業(yè)。GCSLink2000的R，S和C，D分別為CTB和FTB信號，這兩組信號通過電阻衰減網(wǎng)絡(luò)連接到儀器的兩個輔助道（FDU-428）。該衰減網(wǎng)絡(luò)為兩個1K和一個150Ω的金屬膜電阻，當(dāng)完成激發(fā)時，+5V信號加載到衰減網(wǎng)絡(luò)，此時FDU-428輸入端的瞬時電壓為5*150/（2000+150）=348.8mV，滿足FDU-428采用G2前放增益時最大允許輸入400mV的限制。

兩種激發(fā)方式下的相關(guān)參數(shù)設(shè)置

為了保持槍控系統(tǒng)和儀器系統(tǒng)的穩(wěn)定同步，必須在GCSLink2000中正確設(shè)置合理的相關(guān)參數(shù)。這些參數(shù)設(shè)置在主、從控制器中要保持一致。這些參數(shù)是通過Bigshot氣槍控制器運(yùn)行槍控軟件來調(diào)整的。兩個主要的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置如圖3、圖4所示。

圖3　質(zhì)量監(jiān)控參數(shù)

圖4　氣槍同步時間參數(shù)

圖5　無線電系統(tǒng)同步參數(shù)菜單

圖6　GCSLink2000與428XL儀器系統(tǒng)同步時序圖

緊接著要設(shè)置槍陣的預(yù)點(diǎn)火時間：

通過F4 鍵來進(jìn)入氣槍設(shè)置，先將所有槍的時間統(tǒng)一設(shè)置為15 ms，通過自動校槍來保證各槍點(diǎn)火同步誤差在±1ms之間。

完成以上參數(shù)的設(shè)置后進(jìn)入系統(tǒng)同步菜單，包括以下參數(shù)。

1.設(shè)置好系統(tǒng)點(diǎn)火、觸發(fā)儀器、閉合信號時間。

2.選擇好放炮方式。

3.氣槍控制器的主從關(guān)系是唯一的，否則同步無法建立。無線電系統(tǒng)同步參數(shù)菜單如圖5。

注意，當(dāng)選用從單元激發(fā)時（儀器被動激發(fā)），圖5中的Trigger Location設(shè)置為SLAVE，而當(dāng)選用主單元激發(fā)時（儀器主動激發(fā)），Trigger Location設(shè)置為MASTER，其他參數(shù)不變。

兩種激發(fā)方式下的系統(tǒng)同步過程

由于本槍控系統(tǒng)與導(dǎo)航系統(tǒng)、儀器系統(tǒng)間主要采用閉合信號實(shí)現(xiàn)同步，因此，無論是采用儀器主動激發(fā)，還是被動激發(fā)，兩者的同步過程基本一致，區(qū)別在于，當(dāng)采用儀器主動激發(fā)時，由儀器操作員點(diǎn)火，完成點(diǎn)火及采集序列；當(dāng)采用儀器被動激發(fā)時，由Hydropro導(dǎo)航或者由槍控作業(yè)人員觸發(fā)，儀器操作員無需點(diǎn)火，即可完成點(diǎn)火及采集序列。其系統(tǒng)同步時序圖如圖6所示。

采用儀器主動激發(fā)時，儀器操作員鼠標(biāo)點(diǎn)擊GO指令，發(fā)出閉合觸發(fā)指令（Closure Trigger In），GCSLink2000主單元接收到該指令后，在50μs內(nèi)完成與從單元的同步，處于預(yù)采集狀態(tài)。在預(yù)設(shè)的儀器啟動延遲（Record Start Out）時間（1400ms）后，主單元向428XL儀器發(fā)送CTB信號來啟動數(shù)據(jù)采集；同時從單元在該時刻（Radio Aiming Point，同為1400ms）激發(fā)槍陣，確保儀器采集的0時刻，槍陣同步激發(fā)。

當(dāng)采用儀器被動激發(fā)時，由Hydropro導(dǎo)航系統(tǒng)自動觸發(fā)，或者由槍控作業(yè)人員人為觸發(fā)，此時，從單元接收到該觸發(fā)信號，在50μs內(nèi)完成與主單元的同步。主單元在預(yù)設(shè)的Record Closure Out信號延遲時間（900ms）后，發(fā)出閉合信號，產(chǎn)生外部GO信號，激活428XL儀器系統(tǒng)進(jìn)入預(yù)采集，在預(yù)設(shè)的儀器啟動延遲（Record Start Out）時間（1400ms）后，主單元向428XL儀器發(fā)送CTB信號來啟動數(shù)據(jù)采集；同時從單元在該時刻（Radio Aiming Point，同為1400ms）激發(fā)槍陣，確保儀器采集的0時刻，槍陣同步激發(fā)。

圖7　428XL儀器TB時窗設(shè)置

圖8　428XL儀器Seismic Setup參數(shù)設(shè)置

在導(dǎo)航自動激發(fā)模式下，如果需要從單元觸發(fā)導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)時采集氣槍激發(fā)點(diǎn)的定位數(shù)據(jù)，則要用到從單元鐘TB信號（Slaver CTB Out），該信號與主單元的鐘TB信號同時刻輸出，可以確保記錄的炮點(diǎn)數(shù)據(jù)就是氣槍震源激發(fā)點(diǎn)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。缺省情況下，主、從單元閉合輸出信號（Master/Slave Closure Out ）與鐘TB信號之間有50ms倒計(jì)時時間，這里設(shè)置為1350ms，這樣，經(jīng)過50ms延遲后，也就是在無線電瞄準(zhǔn)點(diǎn)（1400ms）時刻從單元同步激發(fā)槍陣，同時觸發(fā)采集激發(fā)點(diǎn)的定位數(shù)據(jù)。

428XL儀器主機(jī)本身的設(shè)置則較為簡單，主要是要調(diào)整其TB Window時間，一般將其設(shè)置成最大，428XL儀器支持最大6400ms。見圖7所示。當(dāng)428XL儀器進(jìn)入預(yù)采集狀態(tài)后，只要6400ms內(nèi)能接收到主單元的CTB信號，即可正常采集并記錄地震數(shù)據(jù)。超過6400ms則會產(chǎn)生ITB內(nèi)觸發(fā)信號，表明儀器在此時間內(nèi)沒有收到CTB信號。本槍控系統(tǒng)設(shè)置為1400ms，正常情況下，槍控能穩(wěn)定觸發(fā)儀器系統(tǒng)。

如果428XL儀器系統(tǒng)工作于被動方式下，且槍控處于自動連續(xù)激發(fā)時，則需要設(shè)置428XL儀器主機(jī)工作于連續(xù)模式（Continuous），見圖8所示。

結(jié)束語

蘇油號氣槍船通過與428XL儀器系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試和野外試生產(chǎn)，各種設(shè)備工作正常，系統(tǒng)同步精度達(dá)到行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，表明蘇油號氣槍船設(shè)備整體達(dá)到技術(shù)要求，可以投入野外正常生產(chǎn)。在2013年重慶FL地區(qū)的施工中，槍控系統(tǒng)工作正常，采用428XL儀器系統(tǒng)控制井炮和槍控混合施工，施工效率令人滿意，在長江主航道水域，最高日放氣槍炮460炮，順利填補(bǔ)了資料天窗，得到了甲方與施工單位的一致認(rèn)可。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.15.032