APPLICATION OF LI-FI TECHNOLOGY TO A DRILLING RIG
Rubrics: ENGINEERING AND NATURAL SCIENCES
Authors:
1.
Astrakhan State Technical University
2.
Astrakhan; Astrakhan State Technical University
3.
Astrakhan State Technical University
Type:
Article
Pages:
from 37
to 41
Status:
Published
Received:
10.10.2017
Accepted:
13.10.2017
Published:
13.10.2017
Subject area:
UDK 622.242: 621.385.6
GRNTI 20.01 Общие вопросы информатики
GRNTI 26.03 Общественно-политическая мысль
GRNTI 43.01 Общие вопросы естественных и точных наук
GRNTI 44.01 Общие вопросы энергетики
GRNTI 45.01 Общие вопросы электротехники
GRNTI 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
GRNTI 62.01 Общие вопросы биотехнологии
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 70.01 Общие вопросы водного хозяйства
GRNTI 73.34 Водный транспорт
GRNTI 20.01 Общие вопросы информатики
GRNTI 26.03 Общественно-политическая мысль
GRNTI 43.01 Общие вопросы естественных и точных наук
GRNTI 44.01 Общие вопросы энергетики
GRNTI 45.01 Общие вопросы электротехники
GRNTI 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
GRNTI 62.01 Общие вопросы биотехнологии
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 70.01 Общие вопросы водного хозяйства
GRNTI 73.34 Водный транспорт
Language:
Russian
Keywords:
radio-wave radiation, Li-Fi technology, data transmission, LED lamp, LED lighting
Abstract (English):
The article considers possibility of information transmission by means of a light flux from a conventional led lamp using Li-Fi technology. This technology is used to unload radio wave radiation, the abundance of which adversely affects the drilling process. Though Li-Fi technology is a super-fast way of data transfer, its application has many nuances that must be considered before using. The positive side of Li-Fi comprises data security, selective coverage of the data transmission area, convenient use during maintenance and repair of electrical equipment, possibility to receive and transmit information in different places. In the context of the study there has been carried out a comparative analysis of efficiency of Wi-Fi and Li-Fi technologies. Possibilities of using modern electronics as a receiver and a transmitter of information with the help of Li-Fi technology are being determined.
The article considers possibility of information transmission by means of a light flux from a conventional led lamp using Li-Fi technology. This technology is used to unload radio wave radiation, the abundance of which adversely affects the drilling process. Though Li-Fi technology is a super-fast way of data transfer, its application has many nuances that must be considered before using. The positive side of Li-Fi comprises data security, selective coverage of the data transmission area, convenient use during maintenance and repair of electrical equipment, possibility to receive and transmit information in different places. In the context of the study there has been carried out a comparative analysis of efficiency of Wi-Fi and Li-Fi technologies. Possibilities of using modern electronics as a receiver and a transmitter of information with the help of Li-Fi technology are being determined.
Keywords:
radio-wave radiation, Li-Fi technology, data transmission, LED lamp, LED lighting
radio-wave radiation, Li-Fi technology, data transmission, LED lamp, LED lighting
Введение В настоящее время одной из проблем современного отслеживания процесса бурения и анализа скважины является неточное получение данных. Так, например, для получения сведений о состоянии стенок скважины и информации о состоянии грунта в буровую колонну монтируются специальные устройства, которые передают информацию на приемники сигнала. Очень важно получить максимально точные данные для того, чтобы подобрать нужное долото, подготовить необходимый промывочный раствор и раствор для цементирования определенного участка. Поэтому актуальной задачей становится обеспечение максимального отсутствия воздействия на приемник сигнала. Аналогичные задачи решаются и относительно средств связи, а именно раций, т. к. некачественное и нечеткое получение данных в виде радиосообщения усложняют работу персонала. В связи с особенностью некоторых месторождений основной помехой для получения более точных данных является загруженность радиочастотного диапазона. Так, на буровой установке из стороннего оборудования используются такие средства радиоизлучения, как рации, Wi-Fi-роутеры, усилители мобильной связи и т. п. В нашем исследовании была поставлена задача улучшить качество сигнала различными способами. Одним из таких способов может выступать технология Li-Fi. Что такое Li-Fi Технология Li-Fi является альтернативой радиоволновой передачи данных, она позволяет осуществлять передачу данных при помощи светового потока. Основной принцип действия основан на мерцании светодиодной лампочки. В связи с тем, что LED-лампа мерцает с частотой, не заметной для человеческого глаза, она идеально подходит для данного типа передачи данных. Такая система позволит быстро и эффективно передавать данные и обеспечить безопасность связи. Если рассмотреть спектр применения данной технологии на буровой установке, то она позволит не только разгрузить радиочастотные волны, но и обеспечить более широкий ряд функций, таких как мобильное получение необходимых данных практически в любом помещении со светодиодным освещением, обеспечение качественной внутренней связи на территории месторождения, контроль параметров бурения в любой момент времени. Для работы Li-Fi необходимо наличие нескольких устройств: - устройство, генерирующее цифровой сигнал в импульсный; - светодиодная лампочка; - фотоприемник; - устройство кодировки импульсного сигнала в цифровой. Используя технологию Li-Fi, можно создать внутреннюю сеть, которая позволит обеспечить мобильный, быстрый, безопасный обмен информацией, а также исключить использование большого количества устройств радиосвязи на территории буровой. Безопасность данной сети обусловлена тем, что LED-лампочка передает информацию только до тех объектов, до которых доходит световой поток. Схема работы Li-Fi представлена на рис. 1. Рис. 1. Принцип работы Li-Fi Использование технологии Li-Fi позволит быстро получить какую-либо информацию и донести ее до сотрудников, не используя беспроводную передачу данных Wi-Fi [1]. При подключении интернета можно полностью исключить использование Wi-Fi, что значительно разгрузит радиоволны. Кроме того, передача данных по Li-Fi значительно быстрее, чем по сетям Wi-Fi (примерно 224 Гбит/с). Оперативное получение информации и документации по эксплуатации буровой установки станет возможным в любом месте установки светодиодного освещения. Помимо этого, можно контролировать работы, исправность и внесение корректировок в автоматическую систему управления и программу СКПБ ТМ «КУБ», которая осуществляет сбор большинства данных процесса бурения, обработку и передачу информации до пользователя. На данный момент данные операции осуществляются либо в помещении комплектных тиристорных устройств, либо у бурового мастера, что усложняет работу. Технология Li-Fi, как и любые другие способы передачи данных, имеет свои недостатки [1]. Например, обязательным условием является оборудованное помещение под LED-освещение. Также передача данных не происходит через какие-либо препятствия для света. Кроме того, устройство, принимающее сигнал, должно быть оснащено фотоприемником. Конечно, если использовать современный смартфон, то для приема данных отлично подойдет датчик освещенности, однако если мы хотим еще и передавать информацию, то нам потребуется либо применить сторонний прибор (например, Li-Fi-передатчик с разъемом 3.5 mmTRS), либо использовать встроенную индикацию, если таковая имеется. Аналогично обстоит дело и с планшетами, и с настольным ПК, и с ноутбуками (хотя компания «Apple» уже работает над применением данной технологии в ближайшем будущем). Шотландская компания «PureLiFi» представила оборудование для работы в системе Li-Fi под названием «LiFi-X» на всемирном мобильном конгрессе (Барселона, 27 февраля - 2 марта 2017 г.) [2]. Данное оборудование состоит из двух устройств: LiFi-X Access Point и LiFi-X Station (рис. 2). Рис. 2. LiFi-X Access Point и LiFi-X Station LiFi-X Access Point представляет собой устройство для генерации сигнала [3]. Именно оно создает «мерцание» LED-светильников и отвечает за принятие обратного сигнала. Ввиду особенности конструкции разработчики рекомендуют использовать установку LiFi-X Access Point таким образом, чтобы устройство могло беспрепятственно принимать обратный сигнал. LiFi-X Station является приемником сигнала и способна также передавать данные. В настоящее время «PureLiFi» работает только с организациями корпоративного уровня для развертывания решений Li-Fi и не продает свое устройство частным лицам. Проблема, связанная с ремонтом оборудования и контролем параметров, будет легко решаться при использовании Li-Fi. Электротехнический персонал сможет оперативно найти место поломки в электронной схеме и быстро устранить неисправность. Особое внимание стоит уделить неисправностям автоматической системы управления, настройка, наладка и контроль за которой осложняется наличием монитора вывода данных в кабине бурильщика и комплектном тиристорном устройстве. Так, например, при настройке бесконтактных концевых выключателей в лебедочном блоке необходимо наблюдать за системой защиты и регулировать положение «концевиков» таким образом, чтобы они срабатывали правильно и не допускали ложных срабатываний. В условиях бурения это очень важный параметр, и его настройка будет происходить гораздо быстрее, если электротехнический персонал сможет наблюдать за выводом данных, находясь непосредственно вблизи бесконтактного концевого выключателя. Для внедрения технологии Li-Fi на буровой установке важно определить, в каких помещениях и на каком месте необходимо их разместить в первую очередь. На рис. 3 приведена принципиальная схема осуществлении связи объектов. Возможны и другие варианты соединения, но в данном случае было выбрано независимое соединение. Это сделано для того, чтобы при выходе из строя одного из устройств другие могли работать независимо. Рис. 3. Принципиальная схема Li-Fi сети В настоящее время рассматривается возможность использования смартфона как полноценного устройства работы с Li-Fi. Почти каждый смартфон оснащен датчиком освещения. Именно компания «PureLiFi» планирует использовать смартфон в качестве приемника. При рассмотрении Android-смартфонов станет возможна и обратная связь за счет использования индикатора уведомления. Однако эксперты при изучении кода iOS 9.1 и далее нашли присутствие кодировки односторонней связи в iPhone. Из этого можно сделать вывод, что в ближайшем будущем нас ожидает новая технология сверхбыстрого Интернета. Заключение Внедрение инновационной технологии Li-Fi на буровых установках позволит не только избавиться от переизбытка радиочастотных устройств, но и улучшить и оптимизировать процесс бурения. Рабочий персонал сможет контролировать работу оборудования практически в любом месте. Помимо всего прочего, данные будут полностью защищены от стороннего взлома, т. к. в отличие от Wi-Fi связь будет проходить только в области распространения света, что особенно важно для политики различных компаний. С помощью технологии Li-Fi удастся значительно разгрузить диапазон радиоволн.
1. Li-Fi: kak svetodiodnaya lampochka prevraschaetsya v modem. URL: http://habrahabr.ru/post/198874/ (data obrascheniya: 16.07.2016).
2. PureLiFi. URL: http://purelifi.com (data obrascheniya: 23.03.2017).
3. Bt (British Telecommunications) is testing LiFi. URL: http://purelifi.com/bt-british-telecommunications-is-testing-lifi/ (data obrascheniya: 20.11.2016).
