曹凤兰　何晓辉

【摘 要】新型仪表运用可充电式蓄电池，提高了仪表的安全可靠性；运用先进的无线电技术替代了手势报量方式让施工人员可以及时了解各项参数；运用先进的单片机数控技术使仪表具有多参数显示、计算机存储分析、打印图表等多功能。新型仪表的多功能使得仪表更安全、操作更简便、误差更低、故障率减低，这给固井施工带来了便利。

【关键词】可充电式蓄电池；无线电技术；单片机数控技术

0.概述

在固井现场施工中，水泥浆和泥浆的流量值以及压力值是现场工程师指挥施工的重要参数。以前的固井流量计只能监测水泥浆和泥浆的流量值，对与压力没有自动监测。而且以前现场施工工程师也不能及时掌握流量值，他们只能通过手势来了解参数值。旧式仪表采用220V电源存在着安全隐患；并且现场电压也不稳定，电压的波动很容易烧坏仪表。2004年我们新研制的智能固井参数仪表不仅可以同时显示三个参数值，而且现场施工工程师可以通过无线接收仪可直接同步看到三个参数数值；并且新型仪表还具有计算机下载打印参数曲线功能，可以将每口井的施工中的三个参数关系进行分析；新型仪表用可充电式的蓄电池作电源解决了旧式仪表的安全隐患问题。我们研制的新型智能固井参数仪表有着安全可靠、多参数显示、无线通讯、储存并打印参数曲线图等功能，完全可以替代旧式仪表运用到现场施工中。新研制的新型智能固井参数仪表的设计还并不完善还需要加以完善[1]。

1.电源电路的设计

随着科技的发展低压直流电源已广泛的应用在多种行业的仪器仪表内做直接供电电源。我们通过多方面查找资料，研究学习最新的仪器仪表方面的科学技术，借鉴世界先进的仪器仪表，从众多类型的直流蓄电池选择出适合固井施工工艺需要的蓄电池——24V免维护铅酸蓄电池[2]。

2.仪表电路的设计和制作

仪表电路包括主机电路和各功能接口电路组成。主机电路包括可编程控制单片机集成电路、数据存储集成电路和显示电路；接口电路包括与计算机接口电路、与流量传感器接口电路、与压力传感器接口电路和与同步无线发射模块接口电路。

与流量传感器接口电路的功能是将流量的脉冲信号处理成方波数字信号输入给主机电路。与压力传感器接口电路的功能是将压力模拟信号转化成数字信号输入给主机电路。与同步无线发射模块接口电路的功能是将经主机电路处理好的流量、压力数据输给无线发射模块电路。与计算机接口电路的功能是将经主机电路处理好的流量、压力数据传输给计算机。

主机电路中的可编程控制单片机集成电路的功能是通过单片机的程序处理流量压力数据并分别输给数据存储集成电路、显示电路、同步无线发射模块接口电路和计算机，完成各项指令功能。数据存储集成电路的功能是存储流量压力数据。显示电路是显示流量和压力数据的。

3.无线发射接收模块的设计

选用FC-201/E23A5E无线发射接收数字模块，采用RS232通信方式将数据传送到大屏幕显示屏进行显示。为了实现数据的同步发射、接收，无线传输系统必须有两大部分组成：一是数据发射端，二是数据接收端。

数据发射端的主要功能就是将流量数据进行调制、发射，它是由数据采集、数据处理、发射模块三个电路模块组成。将流量数据的模拟信号加以数字化是数据采集模块的功能。数据处理模块将采集到的数据进行合法性处理，以便接收终端能够正确的接收。发射模块主要是将处理好的数据调制后以一定的频率发射出去。其原理框图如下：

数据接收端的主要功能是将施工数据接收、解调、显示。它由接收模块、数据处理、数据显示三个电路模块组成。接收模块能将不同频率的调制信号解调，还原为数字信号。数据处理模块是将数字信号还原为原始计量数据，并对数据进行合法化验证。数据显示模块是将原始计量数据直观、清晰地显示给施工指挥。其原理框图如下：

手持无线接收机是无线发射接收模块的数据接收端电路。它是由数据接收电路、显示电路、蓄电池组成。它的主要功能是远距离无线接收仪表发射的数据信号，并显示出来。这样施工工程师就可及时了解各项参数数据了[3]。

4.软件的编制

软件有单片机程序和计算机程序。单片机程序的功能是运算处理流量、压力数据，将处理好的数据分配给显示电路、存储电路、无限发射电路，以及将存储的数据传输给计算机。我们通过信号发生器和示波仪等仪器来检测单片机程序。计算机程序的功能是将数据保存到计算机中，并可将数据绘制成曲线图[4]。应用程序编程流程图：

5.仪表外型设计

设计仪表的外壳、控制面板和手持无线接收机的外壳，各功能电路要合理的组装在仪表外壳内。仪表的控制面板有各项功能控制键分前后两个面板。仪表的前面板有液晶LCD数据显示窗口、电源指示灯、数据存储指示灯、参数设定键、频率小数点键、清零键、显示屏背光键、数据上传键。仪表的后面板有充电插座、流量信号插座、压力信号插座、计算机通讯接口、电源保险座、数据存储开关以（下转第141页）（上接第81页）及电源开关。手持无线接收机的显示仪面板上有“背光”键，用于打开液晶LCD的背光以便夜间查看数据。

6.推广

我们固井计量仪表长期以来还一直用着PDI积算模拟仪表，这种仪表的故障率高、存在安全隐患。五年前国内的无线电技术和单片机数控技术还处在起步发展阶段，现在已经快速发展成熟并运用到各个行业特别是化工行业；而我们可以运用这两种成熟技术来研制新型仪表以替代老式仪表。新型仪表运用可充电式蓄电池，提高了仪表的安全可靠性；运用先进的无线电技术替代了手势报量方式让施工人员可以及时了解各项参数；运用先进的单片机数控技术使仪表具有多参数显示、计算机存储分析、打印图表等多功能。新型仪表的多功能使得仪表更安全、操作更简便、误差更低、故障率减低，这给固井施工带来了便利。在推广应用过程中，仪表的安全性得到了流量计操作人员的肯定，仪表的无线传输得到了施工工程师的好评。新型仪表运用的先进技术是以前固井行业中所没有用到的，这是固井计量器具的革新。在2005年胜利油田油区固井施工现场使用的二次仪表全部是新型的二次儀表——智能固井参数仪，使用率达到了100%，取压率达到70%以上。新型二次仪表——智能固井参数仪已全面替换旧式流量计量仪表。此次推广项目中对智能固井参数仪的改进，增强了仪表本身对外界环境的抗干扰能力，延长了使用寿命，提高了操作性。 [科]

【参考文献】

[1]周航慈著.单片机应用程序设计技术.北京：北京航空航天大学出版社，1991.

[2]谭浩强著.C语言程序设计.北京：清华大学出版社，1991.

[3]梁廷贵主编.现代集成电路实用手册.北京：科学技术文献出版社，2002.

[4]于英民，孙全，莫玮编著.计算机接口技术.北京：电子工业出版社，1996.