西门子模块6ES7222-1HD22-0XA0详细使用

西门子模块6ES7222-1HD22-0XA0详细使用

目前国内外的管柱定位卡封主要是通过测磁定位曲线的方法来校正管柱深度，该方法需要在工艺管柱下井前测一条套管接箍磁曲线，当工艺管柱下井后，再从油管测一条磁曲线，通过两条曲线比较来确定管柱深度。因该方法工艺复杂、作业量大、占用生产时间长、测试成本高，所以现场难以推广应用。基于这种情况，油田井下定位技术为解决这些问题开辟了新途径。

定位技术结构组成

定位技术由井下定位器、测力传感器、智能显示仪表、封隔器等井下工具组成。使封隔器准确座封于厚油层内薄夹层处，实现定位卡封。

定位技术工作原理

定位技术是通过定位器与措施管柱配套、有效解决薄夹层定位卡封的问题，从而在大厚层实现细分注水、细分卡堵水和细分改造的目标。将接在工艺管柱底部的定位器下至套管定位接箍下方4～5m的位置后、在管柱上端接上高精度的测力传感器及智能仪表。然后上提管柱寻找定位接箍，当定位器进入定位接箍时，地面智能仪表产生lO～15kN载荷信号显示，此时即为磁定位套管的深度，再上提一定高度，使封隔器座封于厚层内的薄夹层处，从而实现了定位卡封，如图1所示。

计算方法：

L提=L套 一L封一△L

式中：L提：定位器通过磁套管后的上提高

度，m；

L套：定位器所通过的磁定位套管深

度，m；

L封：封隔器卡点的设计深度，m；

△L:封隔器上胶筒至定位器之间的距离，m。

机械定位技术的特点

1．

该技术不需专门施工车辆，所需仪器轻便操作简单、不占用生产时间、不增加作业量、成本费用低。

2．

该技术克服了温差、重力等因素的影响，精度高，2500米井深误差不**过0.15m；

3．

井下定位器直接与生产（措施）管柱配套，实现管柱自身定位，广泛用于采油、注水等作业，占产时间少。

机械技术主要设备构造及特点

● NSDWQ-130内收型机械定位器

1．结构组成

NSDWQ-130内收型机械定位器主要由锁紧部分、定位块内收部分、定位块和主体部分等组成。

2. 结构特点

a. 定位块回收功能

由于定位时机械定位器外径大于套管内径，这直接影响定位器能否顺利起出，通过设计定位块回收锁紧机构，借助坐封压力使定位块回收，回收后定位器外径由φ130mm缩至φ115mm，确保了定位器安全起出，避免定位器在井下遇卡事故的发生。

b. 扶正功能

在下井过程中，定位器在强力弹簧的作用下，始终使管柱保持居中状态，克服了井架与井口不对中偏磨管柱现象；同时克服了因井斜偏磨管柱现象，从而不受井架与井口不对中及井斜的影响，起保护封隔器等配套工具的作用。

3. 技术参数

定位负荷：20KN～30KN

径向扶正力：1.6KN～2.0KN

耐压：25MPa 较小通径：φ32mm较大外径：φ130mm 总长：1000mm压缩后较大外径：φ115mm

● 微电脑地面仪

1．结构组成

微电脑地面仪主要由信号采集部分、信号分析部分、信号处理部分及信号存贮与回放部分组成。

2. 工作原理

通过采集管柱上提过程中管柱负荷增量值，并加以分析、处理，以曲线形式显示出来，通过分析曲线达到管柱定位之目的。
3. 特点

操作简单，定位信号直观，抗干扰能力强，定位精度高。

4. 技术参数

工作温度：-20～50℃

工作环境：室内、室外

采集时间：0.01s

采样间隔：0.01s

输入电压：220V

输出电流：5mA

施工注意事项

● 人井前应认真检查定位器的灵活性，对地面的传感器、智能仪表的灵敏程度也要反复校对。

● 司钻在下钻及定位操作过程中应严格执行有关标准，平稳操作。

● 进行定位卡封时，定位套管接箍深度应以磁定位校深为准

● 入井管柱必须执行“三丈量、三对口 ”的标准，以缩小定位深度与磁定位深度的误差。

● 定位校深时，应密切注视地面显示仪表的负荷变化，准确判断卡点位置。

配套工艺技术

● 大厚层细分注水技术

1. 大厚层细分注水技术的构成

主要由缓冲器、两级封隔配水器（包括配水封隔器、配水器芯子）、注水封隔器、挡球连通器、内收型机械、活动单流阀、井口捕捞器、防喷管汇、液力投捞测试工艺等组成。

2. 大厚层细分注水技术原理：将液力投捞细分注水管柱下入井内设计位置，通过井下管柱机械定位技术，将封隔器准确卡封在薄夹层上，具有层间封隔和分层配水双重功能的两级封隔配水器，可直接与封隔器连接组配细分分注管柱，利用电子流量计将注入水分配到5个层段的两级配水器芯子，采用液力投捞方式，一次投捞调配5 层水咀并测试5层分层水量，实现厚油层细分注水。

耐压：25MPa 较小通径：φ32mm较大外径：φ130mm 总长：1000mm压缩后较大外径：φ115mm

● 微电脑地面仪

1．结构组成

微电脑地面仪主要由信号采集部分、信号分析部分、信号处理部分及信号存贮与回放部分组成。

2. 工作原理

通过采集管柱上提过程中管柱负荷增量值，并加以分析、处理，以曲线形式显示出来，通过分析曲线达到管柱定位之目的。

3. 特点

操作简单，定位信号直观，抗干扰能力强，定位精度高。

4. 技术参数

工作温度：-20～50℃

工作环境：室内、室外

采集时间：0.01s

采样间隔：0.01s

输入电压：220V

输出电流：5mA

施工注意事项

● 人井前应认真检查定位器的灵活性，对地面的传感器、智能仪表的灵敏程度也要反复校对。

● 司钻在下钻及定位操作过程中应严格执行有关标准，平稳操作。

● 进行定位卡封时，定位套管接箍深度应以磁定位校深为准

● 入井管柱必须执行“三丈量、三对口 ”的标准，以缩小定位深度与磁定位深度的误差。

● 定位校深时，应密切注视地面显示仪表的负荷变化，准确判断卡点位置。

配套工艺技术

● 大厚层细分注水技术

1. 大厚层细分注水技术的构成

主要由缓冲器、两级封隔配水器（包括配水封隔器、配水器芯子）、注水封隔器、挡球连通器、内收型机械、活动单流阀、井口捕捞器、防喷管汇、液力投捞测试工艺等组成。

2. 大厚层细分注水技术原理：将液力投捞细分注水管柱下入井内设计位置，通过井下管柱机械定位技术，将封隔器准确卡封在薄夹层上，具有层间封隔和分层配水双重功能的两级封隔配水器，可直接与封隔器连接组配细分分注管柱，利用电子流量计将注入水分配到5个层段的两级配水器芯子，采用液力投捞方式，一次投捞调配5 层水咀并测试5层分层水量，实现厚油层细分注水。

3. 该项技术特点是：

a. 设计了两级封隔配水器组配的细分注水管柱，使封隔器与配水器相互之间间距不受限制，任意级封隔器和封隔配水器之间可以直接连接组配细分注水管柱， 较小卡封距1.8m，解决了多个薄夹层和薄注入层注水井细分问题。

b. 设计了扩张式反冲皮碗提升机构，解决两级配水器芯子在变径管柱内液力投捞 “瓶径”问题，一次液力投捞两级配水器芯子和5支电子流量计，可同时调配5层水咀和测试5层水量，测试时能够验封，能够判断分层密封性能和测试结果准确性，解决了多个薄夹层和薄注入层注水井细分注水投捞测试问题。c. 收缩型管柱机械定位器的研制，解决了细分注水管柱的准确卡封问题，同时避免了机构长期在注水井下工作回收困难的现象。

4. 大厚层细分注水技术指标：

工作压差：25Mpa；

工作温度：120℃；

坐封压力: 6～7Mpa；

分注层段： 2～5层；

单层测量范围：300m3/d；

测试精度：±1.5%；

反冲配水器芯子较小流量：12m3/h； 封隔器较小卡封距：1.8m；较小坐封段：0.89m；解封负荷:25～30KN。

● 大厚层细分卡堵水技术

1. 大厚层细分卡堵水技术的构成

主要由丢手接头、Y441封隔器、Y341封隔器、偏孔单流阀、底部球座及内收型机械定位器等组成。

2. 大厚层细分卡堵水技术原理

将细分卡堵水管柱按照人工丈量数据下入井内设计位置，然后通过收缩型管柱机械定位器和地面定位仪进行管柱定位，使封隔器准确的卡在薄夹层段上。通过油管蹩压坐封封隔器，分隔生产层段，再向油管内打压18MPa，通过观察地面压力的变化情况验证各级封隔器的密封性。采用双向锚定方式和丢手堵水管柱，延长封堵寿命，提高卡堵水管柱密封有效率，采用下放上*步解封解卡方式，解决多级多段卡堵水管柱逐级解封。

3. 该项技术特点是：

a. 井下管柱机械定位技术定位精度高，在井深2500m的情况下定位误差仅为

0.15m，使封隔器在坐封段仅0.69米上准确坐封，有效保证了细分措施管柱在薄夹层上准确定位和卡封。

b. 在Y341封隔器上设计逐级解封机构，在Y441封隔器上设计了双向卡瓦锚定结构和分步解卡结构，使堵水管柱解封负荷仅有20kN，解决了同类封隔器多级使用锚定不可靠和解封难的问题，提高了施工工艺性。

c. 在Y341封隔器上设计了胶筒—皮碗组合式验封机构，各级封隔器能自行验封，解决了原同类封隔器多级使用验封判断难的问题，提高了密封可靠性。

4. 大厚层细分注水技术指标：

工作压差：25Mpa；

工作温度：≤120℃；

封隔器级数：≥2；解封负荷：≤20KN；较小卡封段：≥0.69m；适应套管内径：Φ121～Φ124mm。

● 大厚层细分酸化技术

1. 大厚层细分酸化技术构成

主要由气举凡尔、水力锚、两个X344皮碗封隔器、细分开关器、定位器、球座等组成 。

2. 大厚层细分酸化改造技术原理：通过定位使新式皮碗封隔器坐封于薄夹层处，实现酸化时的细分卡封;X344皮碗封隔器、细分开关器等工具组配成油层细分酸化管柱，实现了对厚油层内中低渗透段进行细分酸化处理。

3. 该项技术特点是：

a. 研制的地面定位仪和井下定位装置，可确保封隔器在0.8米以上的坐封段坐封，解决了对厚层内中、低渗透层卡封的问题，实现了对厚层内中低渗透层段进行酸化处理。

b. 研制了皮碗封隔器和细分开关器，实现不动管柱多层分别酸化，同时具有验封功能，保证作业质量， 减少了施工工作量，提高酸化效果。

4. 大厚层细分酸化技术指标：

工作压差：25Mpa； 工作温度：≤120℃；封隔器级数：≥2；解封负荷：≤20KN；较小卡封段：≥0.69m；适应套管内径：Φ121～Φ124mm。

大厚层细分开采技术是厚油层层内挖潜的主要技术手段。该技术为进入高含水后期的油田开展厚油层层内细分注水、卡堵水、改造等措施提供了技术保；而井下管柱机械定位技术是实施大厚层细分开采的一项关键技术；机械定位技术操作简便，施工，宜大面积推广应用。

近年来，随着嵌入式应用越来越复杂，应用场合越来越多，特别是多媒体功能在各个领域的飞速发展，高性能计算变得无处不在，从消费电子，网络通讯到工业控制和监控，大多数应用都需要更高的数字信号处理能力。出于成本和设计难度的考虑，人们倾向于使用单颗芯片完成所有的工作，传统的DSP处理器和MCU处理器开始以多种形式进行融合。

1. 传统的MCU+DSP合作方案被集成到一颗芯片封装内；或者进一步实现为真正的异构多核，可以共享部分甚至全部外部设备。

2. 以SoC的形式为MCU加上基于固定硬件IP模块的数据处理能力，如一些编，针对一些固定标准的应用。

3. 随着高端嵌入式处理器频率突破500MHz并正在挺进1GHz，MCU和DSP平台开始真正的融合， DSP处理器的外设接口数量和控制能力逐步提高，而MCU的带宽和计算能力特别是软件多媒体处理能力也越来越强，两者之间不再有本质的区别。

以上三种融合的形式，实际上互相之间都有借鉴和交叉，从这里开始的未来发展，DSP和MCU之间，多核处理器的核与核之间，都不再有真正的界限。对于任何应用，对应的处理器都是灵活的软件计算能力、的硬件IP模块和相应外设的结合体，即所谓的“Convergent Platbbbb”（汇聚平台）。

这样的处理器平台，对于嵌入式软件开发者提出了更新更高的要求，高级语言编译器要能够较大程度地利用硬件细节来优化编译性能，减少手工优化的工作量，保持软件的通用性；DSP算法开发人员不仅仅要了解硬件平台，也要考虑到软件平台的架构对算法实现和优化的影响，例如分离硬件相关部分和无关部分以适应操作系统的结构；而软件平台开发也要考虑处理器的细节以便进行系统优化，例如为多核或DMA通道的并行处理抽象出系统接口。硬件设计者、算法设计者、系统软件设计者之间的界限也在消失，复合型的嵌入式系统开发者和团队才能较适应底层硬件平台的变化。

在这个DSP/MCU/硬件IP模块三者融合的大趋势中，ADI公司的Blackfin系列处理器就是一个代表产品。从较早的BF53x系列，到目前的增加了图像处理单元的BF54x系列和低功耗BF52x系列，以及双核的BF561，都是以同样的内核配置多样化的带宽和外设，针对不同的应用和市场。在这样的处理器上选择和设计软件，需要考虑的因素有很多。

1. 如何保持对处理器DSP特性硬件细节的较大效率使用，以达到较优算法性能和并行性。

2. 如何较大程度地保持软件通用性，避免过多的硬件相关代码和汇编代码。

3. 如何降低软件平台开发成本，是否适合采用开源操作系统或模块。

4. 系统是否需要实时性能，采用的软件平台是否提供这样的实时性保证。

这些因素有时候是互相矛盾的，需要考虑具体应用的特点和自身的资源做一个折衷的较优化设计。

ADI公司为Blackfin的软件平台做了很多的努力，提供多样化的软件生态环境。Blackfin支持mClinux，VDK，mC/OSII，Nucleus等多种OS/RTOS，基于VDSP开发工具提供多种免费的音视频codec，硬件抽象函数库及驱动。在这个基于BF53x的智能监控系统中，我们希望较大程度地发挥芯片处理能力，达到较好的编码和智能算法能力，所以选择了一种RTOS  mC/OSII及其网络协议栈作为操作系统平台。在小型的RTOS中，一般不区分用户态和内核态，访问系统硬件资源的开销小，中断和任务切换时间有实时保证，对内存的使用和分配也比较自由，这些特点决定了在RTOS下更容易发挥Blackfin作为DSP处理器的性能，并能直接使用ADI提供的高性能H.264编码库；但缺点是对比Linux这样开源资源比较丰富的操作系统，RTOS缺少某些现成的应用程序比如HTTP Server，需要更多的开发投入或第三方资源。

Blackfin IP Camera 系统架构

整个IP Camera系统主要包括音视频采集，智能视频分析或智能音频分析，音/视频编码，流媒体打包传输，

基本系统为Blackfin的视频接口PPI同数字视频流输入相连，用来接收视频信号，而串行的SPORT接口可以连接音频输入，音视频数据以**DMA通道传送到SDRAM；如果需要智能监控，可以根据需要插入不同的分析模块；然后软件编码器负责对实时采集进来的音视频进行压缩，并打成TS（Transport Stream）流进行传输。整个系统是数据流驱动的，图1中不同的输入，分析和编码模块可以根据需要来选择，每个模块的输入和输出的是符合标准的数据流，可以灵活地插入系统数据流的不同位置进行处理。一般的Blackfin单核芯片只能同时使用其中的一部分模块，但双核芯片如BF561或双片方案中，可以同时使用所有的模块。

视频采集和编码

Blackfin 系列DSP专门针对高速并行数据特别是视频数据集成了并行外围接口（PPI），在传统的数据总线的基础上增加了一条**数据吞吐通道。

PPI接口不仅可以按照.601视频流的“硬件同步”模式工作，还能自动解码BT.656前同步码，从而允许无缝连接到多种视频源和图像传感器，与直接存储器存取（DMA）控制器配合使用，PPI可以在完整的视频帧信息中只读入有效的视频信息，或只有消隐区域。这样当不需要完整的视频帧时显著节省了带宽。另外，PPI可以忽略隔行的.656视频流的所有*二场图像信息，从而提供了一种很有效的方法用于快速抽取输入信号。最后，因为PPI本身就可以解.656视频流，所以它可以直接连接到流行的类似ADV7183A视频。

IP Camera适应主流的编码标准如H.264，MPEG-4等，ADI公司都提供免费的编码器软件。本项目采用H.264视频压缩标准，ADI的H.264编码器性能得到了较大的优化，充分利用了片内L1 内存，数据通过DMA搬移，与处理器的运算并行执行。主要的特点有：支持YUV420和UYVY422 (CCIR-656) 视频输入格式，输出是以NAL为单位的基本视频流；对于H.264编码，支持Baseline Profile和一些Main profile的特性(Interlaced encoding, CABAC)，BF53x能达到较大实时1/2 D1，BF561支持D1实时，支持I和P帧，自适应CBR码率控制等。对于不同的应用，ADI H.264编码器的比特率是可调整的，低比特率下甚至可以在CDMA1x这样的低带宽应用中实现实时传输。

智能监控

目前监控市场的发展越来越趋向于智能化，各种视频或音频的智能分析算法得到产业化应用，如运动目标检测和跟踪，入侵检测，特殊声音检测和定位等等。Blackfin处理器从架构到指令集都对多媒体处理有很好的支持，有**的视频处理指令，因此特别适合于实现灵活的多媒体智能分析算法。ADI公司推出了“Image Tool Box”智能软件包，针对智能监控算法中的一些常用和基本函数做了专门的优化，有很好的性能，可以加速上层算法的实现和优化。

一般智能分析的实现是针对未编码的媒体流进行分析，但也有利用编码器输出的算法。本项目因为直接使用ADI公司给定的编码库，因此使用前置的智能模块直接分析输入的媒体流，并输出。音视频的智能处理种类比较多，并在不断地改进，所以一般都用高性能的DSP来实现。在Blackfin上目前有多种智能处理模块，如鱼眼矫正、运动物体检测及基于运动检测的上层算法如遗留物检测、入侵检测、声检测和定位等等。根据智能模块的输出，系统控制和编码部分都可以做相应的智能处理，如勾勒运动物体边框，调高编码器分辨率，根据音源位置调整摄像头方向，等等。这些模块一般都有比较标准的输入输出接口，便于二次开发中的系统集成。

媒体流传输

IP Camera的主要用途就是通过网络实时传输远程的视频信息，本项目采用传输流（TS）通过UDP或上层的RTP协议来传输。传送流是根据ITU-T Rec.H.222.0 | ISO/IEC 13818-2和ISO/IEC 13818-3协议而定义的一种数据流，其目的是为了在有可能发生严重错误的环境下进行一道或多道程序的编码数据的传输和存储。TS主要应用于实时传送的节目，比如实时广播的电视节目，主要特点就是要求从视频流的任一片段开始都是可以独立解码的。所以在接收端可以随时接入。目前视频领域还没有统一的媒体流标准，但采用TS over RTP/UDP这一标准有利于将来的系统整合。ADI的一些第三方提供了完整的RTP协议栈产品，网络上也有一些开源的实例可供参考。

数据链路方面，对于压缩视频传输，一般的网络接口芯片都能满足带宽要求，但是在评估网络能的时候，处理器占用比也是一个非常重要的标准。BF53x系列中的BF537芯片有内置的10/100M 接口，并有**的DMA 数据通道，因此传输和处理器占用比性能都非常好，在基于BF537的IP Camera上每1Mbps的网络只消耗约1%的处理器性能，例如传输 H.264 D1分辨率的监控码流，消耗处理器不到10MIPS。

软件架构

mC/OSII是Blackfin所支持的RTOS之一，在高速的Blackfin处理器上有很强的硬实时性能，OS中断响应时间约为110 cycles（600MHz下约0.18ms）。系统首先创建一个主任务(main task)，负责系统的初始化和创建其他的模块任务。各模块任务独立运行，处理自己的输入和输出数据流，模块之间的耦合程度较低，可以灵活的取舍。网络协议栈方面，Blackfin上也有多种选择，除了各商业RTOS配套提供的TCP/IP协议栈外，LWIP作为开源网络协议栈中的*，也在Blackfin处理器上有移植版本。本项目采用了mC/OSII配套的mC/IP协议栈。

软件架构分为音视频采集，智能分析，编码打包和网络传输，系统控制等模块，每个模块负责不同**级的任务，这非常有利于系统的集成和模块化设计。模块之间相互独立，用信号量进行，模块之间的数据结构都设计成双缓冲或者多缓冲，保证I/O模块和运算模块并行执行。对于高系统负荷下的容错，程序和数据结构也考虑在内，偶然出现的丢帧现象不会影响系统的继续运行，并且向系统控制部分报告错误。

表1列出了系统中各模块的来源。

 　　系统优化

在DSP系统中，一旦算法确定下来，实现过程中的优化思路一般也是固定的，首先利用编译器的一些优化开关和手段，其次对算法做分析，找出关键代码和数据，对关键部分做一些手工的调整，如改写成汇编等。但在实现一个包括多路输入输出，多种算法并行的完整的系统时，如何达到整体运行的较优化，除了传统的算法优化外，还需要从系统的角度考虑一些因素。