曹鳳蘭　何曉輝

【摘 要】新型儀表運(yùn)用可充電式蓄電池，提高了儀表的安全可靠性；運(yùn)用先進(jìn)的無線電技術(shù)替代了手勢(shì)報(bào)量方式讓施工人員可以及時(shí)了解各項(xiàng)參數(shù)；運(yùn)用先進(jìn)的單片機(jī)數(shù)控技術(shù)使儀表具有多參數(shù)顯示、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)分析、打印圖表等多功能。新型儀表的多功能使得儀表更安全、操作更簡(jiǎn)便、誤差更低、故障率減低，這給固井施工帶來了便利。

【關(guān)鍵詞】可充電式蓄電池；無線電技術(shù)；單片機(jī)數(shù)控技術(shù)

0.概述

在固井現(xiàn)場(chǎng)施工中，水泥漿和泥漿的流量值以及壓力值是現(xiàn)場(chǎng)工程師指揮施工的重要參數(shù)。以前的固井流量計(jì)只能監(jiān)測(cè)水泥漿和泥漿的流量值，對(duì)與壓力沒有自動(dòng)監(jiān)測(cè)。而且以前現(xiàn)場(chǎng)施工工程師也不能及時(shí)掌握流量值，他們只能通過手勢(shì)來了解參數(shù)值。舊式儀表采用220V電源存在著安全隱患；并且現(xiàn)場(chǎng)電壓也不穩(wěn)定，電壓的波動(dòng)很容易燒壞儀表。2004年我們新研制的智能固井參數(shù)儀表不僅可以同時(shí)顯示三個(gè)參數(shù)值，而且現(xiàn)場(chǎng)施工工程師可以通過無線接收儀可直接同步看到三個(gè)參數(shù)數(shù)值；并且新型儀表還具有計(jì)算機(jī)下載打印參數(shù)曲線功能，可以將每口井的施工中的三個(gè)參數(shù)關(guān)系進(jìn)行分析；新型儀表用可充電式的蓄電池作電源解決了舊式儀表的安全隱患問題。我們研制的新型智能固井參數(shù)儀表有著安全可靠、多參數(shù)顯示、無線通訊、儲(chǔ)存并打印參數(shù)曲線圖等功能，完全可以替代舊式儀表運(yùn)用到現(xiàn)場(chǎng)施工中。新研制的新型智能固井參數(shù)儀表的設(shè)計(jì)還并不完善還需要加以完善[1]。

1.電源電路的設(shè)計(jì)

隨著科技的發(fā)展低壓直流電源已廣泛的應(yīng)用在多種行業(yè)的儀器儀表內(nèi)做直接供電電源。我們通過多方面查找資料，研究學(xué)習(xí)最新的儀器儀表方面的科學(xué)技術(shù)，借鑒世界先進(jìn)的儀器儀表，從眾多類型的直流蓄電池選擇出適合固井施工工藝需要的蓄電池——24V免維護(hù)鉛酸蓄電池[2]。

2.儀表電路的設(shè)計(jì)和制作

儀表電路包括主機(jī)電路和各功能接口電路組成。主機(jī)電路包括可編程控制單片機(jī)集成電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)集成電路和顯示電路；接口電路包括與計(jì)算機(jī)接口電路、與流量傳感器接口電路、與壓力傳感器接口電路和與同步無線發(fā)射模塊接口電路。

與流量傳感器接口電路的功能是將流量的脈沖信號(hào)處理成方波數(shù)字信號(hào)輸入給主機(jī)電路。與壓力傳感器接口電路的功能是將壓力模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)輸入給主機(jī)電路。與同步無線發(fā)射模塊接口電路的功能是將經(jīng)主機(jī)電路處理好的流量、壓力數(shù)據(jù)輸給無線發(fā)射模塊電路。與計(jì)算機(jī)接口電路的功能是將經(jīng)主機(jī)電路處理好的流量、壓力數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)。

主機(jī)電路中的可編程控制單片機(jī)集成電路的功能是通過單片機(jī)的程序處理流量壓力數(shù)據(jù)并分別輸給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)集成電路、顯示電路、同步無線發(fā)射模塊接口電路和計(jì)算機(jī)，完成各項(xiàng)指令功能。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)集成電路的功能是存儲(chǔ)流量壓力數(shù)據(jù)。顯示電路是顯示流量和壓力數(shù)據(jù)的。

3.無線發(fā)射接收模塊的設(shè)計(jì)

選用FC-201/E23A5E無線發(fā)射接收數(shù)字模塊，采用RS232通信方式將數(shù)據(jù)傳送到大屏幕顯示屏進(jìn)行顯示。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步發(fā)射、接收，無線傳輸系統(tǒng)必須有兩大部分組成：一是數(shù)據(jù)發(fā)射端，二是數(shù)據(jù)接收端。

數(shù)據(jù)發(fā)射端的主要功能就是將流量數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制、發(fā)射，它是由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、發(fā)射模塊三個(gè)電路模塊組成。將流量數(shù)據(jù)的模擬信號(hào)加以數(shù)字化是數(shù)據(jù)采集模塊的功能。數(shù)據(jù)處理模塊將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行合法性處理，以便接收終端能夠正確的接收。發(fā)射模塊主要是將處理好的數(shù)據(jù)調(diào)制后以一定的頻率發(fā)射出去。其原理框圖如下：

數(shù)據(jù)接收端的主要功能是將施工數(shù)據(jù)接收、解調(diào)、顯示。它由接收模塊、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示三個(gè)電路模塊組成。接收模塊能將不同頻率的調(diào)制信號(hào)解調(diào)，還原為數(shù)字信號(hào)。數(shù)據(jù)處理模塊是將數(shù)字信號(hào)還原為原始計(jì)量數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合法化驗(yàn)證。數(shù)據(jù)顯示模塊是將原始計(jì)量數(shù)據(jù)直觀、清晰地顯示給施工指揮。其原理框圖如下：

手持無線接收機(jī)是無線發(fā)射接收模塊的數(shù)據(jù)接收端電路。它是由數(shù)據(jù)接收電路、顯示電路、蓄電池組成。它的主要功能是遠(yuǎn)距離無線接收儀表發(fā)射的數(shù)據(jù)信號(hào)，并顯示出來。這樣施工工程師就可及時(shí)了解各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)了[3]。

4.軟件的編制

軟件有單片機(jī)程序和計(jì)算機(jī)程序。單片機(jī)程序的功能是運(yùn)算處理流量、壓力數(shù)據(jù)，將處理好的數(shù)據(jù)分配給顯示電路、存儲(chǔ)電路、無限發(fā)射電路，以及將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)。我們通過信號(hào)發(fā)生器和示波儀等儀器來檢測(cè)單片機(jī)程序。計(jì)算機(jī)程序的功能是將數(shù)據(jù)保存到計(jì)算機(jī)中，并可將數(shù)據(jù)繪制成曲線圖[4]。應(yīng)用程序編程流程圖：

5.儀表外型設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)儀表的外殼、控制面板和手持無線接收機(jī)的外殼，各功能電路要合理的組裝在儀表外殼內(nèi)。儀表的控制面板有各項(xiàng)功能控制鍵分前后兩個(gè)面板。儀表的前面板有液晶LCD數(shù)據(jù)顯示窗口、電源指示燈、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)指示燈、參數(shù)設(shè)定鍵、頻率小數(shù)點(diǎn)鍵、清零鍵、顯示屏背光鍵、數(shù)據(jù)上傳鍵。儀表的后面板有充電插座、流量信號(hào)插座、壓力信號(hào)插座、計(jì)算機(jī)通訊接口、電源保險(xiǎn)座、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)開關(guān)以（下轉(zhuǎn)第141頁）（上接第81頁）及電源開關(guān)。手持無線接收機(jī)的顯示儀面板上有“背光”鍵，用于打開液晶LCD的背光以便夜間查看數(shù)據(jù)。

6.推廣

我們固井計(jì)量?jī)x表長(zhǎng)期以來還一直用著PDI積算模擬儀表，這種儀表的故障率高、存在安全隱患。五年前國(guó)內(nèi)的無線電技術(shù)和單片機(jī)數(shù)控技術(shù)還處在起步發(fā)展階段，現(xiàn)在已經(jīng)快速發(fā)展成熟并運(yùn)用到各個(gè)行業(yè)特別是化工行業(yè)；而我們可以運(yùn)用這兩種成熟技術(shù)來研制新型儀表以替代老式儀表。新型儀表運(yùn)用可充電式蓄電池，提高了儀表的安全可靠性；運(yùn)用先進(jìn)的無線電技術(shù)替代了手勢(shì)報(bào)量方式讓施工人員可以及時(shí)了解各項(xiàng)參數(shù)；運(yùn)用先進(jìn)的單片機(jī)數(shù)控技術(shù)使儀表具有多參數(shù)顯示、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)分析、打印圖表等多功能。新型儀表的多功能使得儀表更安全、操作更簡(jiǎn)便、誤差更低、故障率減低，這給固井施工帶來了便利。在推廣應(yīng)用過程中，儀表的安全性得到了流量計(jì)操作人員的肯定，儀表的無線傳輸?shù)玫搅耸┕すこ處煹暮迷u(píng)。新型儀表運(yùn)用的先進(jìn)技術(shù)是以前固井行業(yè)中所沒有用到的，這是固井計(jì)量器具的革新。在2005年勝利油田油區(qū)固井施工現(xiàn)場(chǎng)使用的二次儀表全部是新型的二次儀表——智能固井參數(shù)儀，使用率達(dá)到了100%，取壓率達(dá)到70%以上。新型二次儀表——智能固井參數(shù)儀已全面替換舊式流量計(jì)量?jī)x表。此次推廣項(xiàng)目中對(duì)智能固井參數(shù)儀的改進(jìn)，增強(qiáng)了儀表本身對(duì)外界環(huán)境的抗干擾能力，延長(zhǎng)了使用壽命，提高了操作性。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]周航慈著.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1991.

[2]譚浩強(qiáng)著.C語言程序設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，1991.

[3]梁廷貴主編.現(xiàn)代集成電路實(shí)用手冊(cè).北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2002.

[4]于英民，孫全，莫瑋編著.計(jì)算機(jī)接口技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，1996.