曹鳳蘭　何曉輝

【摘 要】新型儀表運用可充電式蓄電池，提高了儀表的安全可靠性；運用先進的無線電技術(shù)替代了手勢報量方式讓施工人員可以及時了解各項參數(shù)；運用先進的單片機數(shù)控技術(shù)使儀表具有多參數(shù)顯示、計算機存儲分析、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)；單片機數(shù)控技術(shù)

0.概述

在固井現(xiàn)場施工中，水泥漿和泥漿的流量值以及壓力值是現(xiàn)場工程師指揮施工的重要參數(shù)。以前的固井流量計只能監(jiān)測水泥漿和泥漿的流量值，對與壓力沒有自動監(jiān)測。而且以前現(xiàn)場施工工程師也不能及時掌握流量值，他們只能通過手勢來了解參數(shù)值。舊式儀表采用220V電源存在著安全隱患；并且現(xiàn)場電壓也不穩(wěn)定，電壓的波動很容易燒壞儀表。2004年我們新研制的智能固井參數(shù)儀表不僅可以同時顯示三個參數(shù)值，而且現(xiàn)場施工工程師可以通過無線接收儀可直接同步看到三個參數(shù)數(shù)值；并且新型儀表還具有計算機下載打印參數(shù)曲線功能，可以將每口井的施工中的三個參數(shù)關(guān)系進行分析；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、儲存并打印參數(shù)曲線圖等功能，完全可以替代舊式儀表運用到現(xiàn)場施工中。新研制的新型智能固井參數(shù)儀表的設(shè)計還并不完善還需要加以完善[1]。

1.電源電路的設(shè)計

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，研究學習最新的儀器儀表方面的科學技術(shù)，借鑒世界先進的儀器儀表，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免維護鉛酸蓄電池[2]。

2.儀表電路的設(shè)計和制作

儀表電路包括主機電路和各功能接口電路組成。主機電路包括可編程控制單片機集成電路、數(shù)據(jù)存儲集成電路和顯示電路；接口電路包括與計算機接口電路、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處理成方波數(shù)字信號輸入給主機電路。與壓力傳感器接口電路的功能是將壓力模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號輸入給主機電路。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。與計算機接口電路的功能是將經(jīng)主機電路處理好的流量、壓力數(shù)據(jù)傳輸給計算機。

主機電路中的可編程控制單片機集成電路的功能是通過單片機的程序處理流量壓力數(shù)據(jù)并分別輸給數(shù)據(jù)存儲集成電路、顯示電路、同步無線發(fā)射模塊接口電路和計算機，完成各項指令功能。數(shù)據(jù)存儲集成電路的功能是存儲流量壓力數(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

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行顯示。為了實現(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)射模塊三個電路模塊組成。將流量數(shù)據(jù)的模擬信號加以數(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)顯示三個電路模塊組成。接收模塊能將不同頻率的調(diào)制信號解調(diào)，還原為數(shù)字信號。數(shù)據(jù)處理模塊是將數(shù)字信號還原為原始計量數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行合法化驗證。數(shù)據(jù)顯示模塊是將原始計量數(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。它的主要功能是遠距離無線接收儀表發(fā)射的數(shù)據(jù)信號，并顯示出來。這樣施工工程師就可及時了解各項參數(shù)數(shù)據(jù)了[3]。

4.軟件的編制

軟件有單片機程序和計算機程序。單片機程序的功能是運算處理流量、壓力數(shù)據(jù)，將處理好的數(shù)據(jù)分配給顯示電路、存儲電路、無限發(fā)射電路，以及將存儲的數(shù)據(jù)傳輸給計算機。我們通過信號發(fā)生器和示波儀等儀器來檢測單片機程序。計算機程序的功能是將數(shù)據(jù)保存到計算機中，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

設(shè)計儀表的外殼、控制面板和手持無線接收機的外殼，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功能控制鍵分前后兩個面板。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)存儲指示燈、參數(shù)設(shè)定鍵、頻率小數(shù)點鍵、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、流量信號插座、壓力信號插座、計算機通訊接口、電源保險座、數(shù)據(jù)存儲開關(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

我們固井計量儀表長期以來還一直用著PDI積算模擬儀表，這種儀表的故障率高、存在安全隱患。五年前國內(nèi)的無線電技術(shù)和單片機數(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)展成熟并運用到各個行業(yè)特別是化工行業(yè)；而我們可以運用這兩種成熟技術(shù)來研制新型儀表以替代老式儀表。新型儀表運用可充電式蓄電池，提高了儀表的安全可靠性；運用先進的無線電技術(shù)替代了手勢報量方式讓施工人員可以及時了解各項參數(shù)；運用先進的單片機數(shù)控技術(shù)使儀表具有多參數(shù)顯示、計算機存儲分析、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。新型儀表運用的先進技術(shù)是以前固井行業(yè)中所沒有用到的，這是固井計量器具的革新。在2005年勝利油田油區(qū)固井施工現(xiàn)場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，使用率達到了100%，取壓率達到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量儀表。此次推廣項目中對智能固井參數(shù)儀的改進，增強了儀表本身對外界環(huán)境的抗干擾能力，延長了使用壽命，提高了操作性。 [科]

【參考文獻】

[1]周航慈著.單片機應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù).北京：北京航空航天大學出版社，1991.

[2]譚浩強著.C語言程序設(shè)計.北京：清華大學出版社，1991.

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

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