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摘 要： 目前，井径仪地面校验工作是靠人工用定位框改变井径测量杆的径距变化，通过手工测量、记录、运算得出结论，工作量大，准确度低。介绍的井径仪自动综合检测校验装置，由单片微机系统构成，自动完成井径仪校验过程中测量杆的径距变化、过程信号采集、处理、数据贮存、运算及结果记录输出，准确的反映井径仪器的工作性能。
关键词： 井径仪；自动控制；自动检测；数据处理
中图分类号：TM45 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0210123－01
0 引言
在油田勘探、钻井、采油等一系列生产过程中，测井环节是极为重要的。它对于油田生产、节约成本、提高效率具有重要意义。目前，井径仪地面校验工作是靠人工用定位框改变井径测量杆的径距变化，通过手工测量、记录、运算得出结论，工作量大，准确度低[1]。井径仪自动检测校验装置是利用现代计算机和自动化技术对井径仪进行自动、综合检测校验的设备。它利用单片机作为前沿机进行检测操作控制，利用普通计算机作为上位机提供人机界面，实现计算机通讯和数据处理，从而进行校验操作。并可根据管理者和操作者的要求记录输出相应的表格和图形。井径仪自动检测校验装置是目前油田上集自动检测、自动控制、计算机通讯、数据处理为一体的较先进的电脑自动化系统。
该系统的主要技术指标为：
1）模拟井测量范围。本系统适用于井径仪、综合仪、小井眼等各种井径测量仪器的综合校验。因此，模拟测量范围为三档：
① 150mm～350mm
② 90mm～270mm
③ 80mm～240mm
2）仪器自身测量精度≤±1mm。
3）数据采集间隔。在150mm～350mm中每10mm采集一点数据，其他类同。
4）工作方式。手动方式：在手动状态下检查50、100、200mm进退。自动方式：可进行单步检查单臂、四臂自动大循环。
5）打印表格要求。打印校验后标定值，打印井径仪D0值，K0值。
6）绘图技术要求。绘制单臂、四臂大循环曲线、绘制四臂大循环台阶曲线图。
7）电源为交流220V±10%，电源频率50HZ±2%。
8）使用环境。环境温度为0℃～40℃，相对湿度≤90%。
1 系统硬件组成和工作原理[2]
1）模拟井装置。用于模拟井径仪在井下的全部操作，并输出相应的检测信号。由四个步进电机带动丝杠及滑块作x-y方向运动。
2）前沿机及自动控制组合是本系统的核心部分。负责自动模拟控制和自动检测操作。井径仪校验操作控制分自动和手动两种方式。
在自动方式下，操作者通过系统机键盘，按照菜单提示进行操作。前沿机通过串行口中断接收上位机发来的控制信号，由自动控制组合电路操作模拟井装置实现井径仪的数据检测。检测数据由前沿机自动送给上位机进行处理。
在手动方式下，操作者通过前沿机的控制面板进行控制操作。手动控制操作有：整个检测系统复位、启动、x-y方向四路按照设定的距离和运动方向进行的单路独立运动、四路连续运动、四路同时运动等操作，也可以进行单路、四路连续、四路同进退等循环运动。手动检测数据保留在前沿机的内存中，当上位机调用时，通过串口送出。
3）提供良好的人机界面。操作员通过上位机向前沿机发布各种检测命令。同时又从前沿机取得各种所需要的检测数据。按照一定的数学模型进行数据处理，输出检测人员所需要的各种表格、曲线和图形。
另外，在硬件上，采用了如光电隔离等多种抗干扰措施；软件上增加了看门狗程序，以便确保系统稳定、可靠工作。
2 系统软件设计
2.1 前沿机软件设计
前沿机软件由初始化模块、手动、自动处理模块、四路同时进退模块、单路单向运动模块、四路循环运动模块、复位模块、串口通讯接收模块、串口通讯发送模块及看门狗等程序模块构成。
1）初始化模块。用于清工作缓存区，设置状态标志，设置中断及I/O接口初始化。通过调用复位模块使井径仪检测校验台四路（J1-J4）滑块均回到初始位置。
2）手动、自动处理模块。校验台面板上设有手动/自动开关。初始化程序执行后就读此开关以确定是进入手动还是自动状态以便转入相应的程序。
3）四路同时进退和四路循环运动模块。两个程序模块不同之处是前者是使J1～J4四路在x-y方向上同时进退。后者是使J1～J4四路按先后顺序分别进退，以使被测井径仪各臂单独进行连续的收放操作。共同点是在运动过程中始终进行采样操作。
4）单路单向运动程序模块。控制校验台单路滑块和被测井径仪相对应的单臂按照运动方式设定进行单向运动。
5）串口通信方式设定。上位机是以打开文件的方式设定，前沿机则通过设置串口控制寄存器SCON和定时控制字TCON进行。前沿机在接收数据前查判接收中断标志（RI），在接收数据后发回答信号（空格）给上位机；在发送数据时是把存到发送缓存区中采集来的数据通过数据缓存器SBUF发送给上位机。有效数据发完后同时发送结束标志，以通知上位机本次数据传送结束。
6）“看门狗”（Watch dog）程序。用于处理校验台滑块机械运动超界和因电源及各种干扰出现硬、软件故障的一种保护措施。以非屏蔽中断接入前沿机，用以保证系统的安全可靠运行。
2.2 上位机软件设计
1）菜单选择模块。为操作者提供了一个良好的人机界面。
2）使用简介模块。为操作者提供使用本检测校验装置的帮助信息。
3）校验台自身校验模块。是用于检测校验台自身的工作状况和测量精度的程序。通过键盘可选择自动检测和手动检测两种方式。
4）井径仪检测模块。是本系统的核心程序。它通过校验台来检测被测井径仪的实际工作参数以达到校验目的。其工作原理是在菜单提示下输入被检测的井径仪仪器号，打开串口文件，向前沿机发送校验台滑块的运动方式和运动参数，然后再等待发回来的检测数据。
5）打印盘内报告曲线模块。其作用是把井径仪检测模块已经存盘的检测数据按照指定的仪器代号（作为文件代号）调出文件。
3 结束语
该检测校验装置操作方便，校验结果一目了然，直观地反映了井径仪器性能。校验的打印结果准确可靠，提供仪器的第一手资料，可以替代传统的井径仪手工框套校验设备。
黑龙江省高等教育教学改革项目：
项目名称：计算机仿真在数控教学中实践与应用
项目编号：9246
项目号11-XJ12027 牡丹江师范学院教改工程项目
参考文献：
[1]吴锡令，石油开发测井原理[M].北京：高等教育出版社，2004．
[2]徐维祥、刘旭敏，单片微型机原理及应用[M].大连：大连理工大学出版社，1996.
[3]胡澍，地球物理测井仪器[M].北京：石油工业出版社，1991.
作者简介：
徐岩（1978-），女，汉族，黑龙江省七台河市人，哈尔滨理工大学计算机科学与技术专业工程硕士毕业，牡丹江大学信息与电气工程学院讲师，研究方向：计算机领域；司巧梅（1980-），女，黑龙江省牡丹江人，学士，讲师，研究方向：自动控制。
关键词： 井径仪；自动控制；自动检测；数据处理
中图分类号：TM45 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0210123－01
0 引言
在油田勘探、钻井、采油等一系列生产过程中，测井环节是极为重要的。它对于油田生产、节约成本、提高效率具有重要意义。目前，井径仪地面校验工作是靠人工用定位框改变井径测量杆的径距变化，通过手工测量、记录、运算得出结论，工作量大，准确度低[1]。井径仪自动检测校验装置是利用现代计算机和自动化技术对井径仪进行自动、综合检测校验的设备。它利用单片机作为前沿机进行检测操作控制，利用普通计算机作为上位机提供人机界面，实现计算机通讯和数据处理，从而进行校验操作。并可根据管理者和操作者的要求记录输出相应的表格和图形。井径仪自动检测校验装置是目前油田上集自动检测、自动控制、计算机通讯、数据处理为一体的较先进的电脑自动化系统。
该系统的主要技术指标为：
1）模拟井测量范围。本系统适用于井径仪、综合仪、小井眼等各种井径测量仪器的综合校验。因此，模拟测量范围为三档：
① 150mm～350mm
② 90mm～270mm
③ 80mm～240mm
2）仪器自身测量精度≤±1mm。
3）数据采集间隔。在150mm～350mm中每10mm采集一点数据，其他类同。
4）工作方式。手动方式：在手动状态下检查50、100、200mm进退。自动方式：可进行单步检查单臂、四臂自动大循环。
5）打印表格要求。打印校验后标定值，打印井径仪D0值，K0值。
6）绘图技术要求。绘制单臂、四臂大循环曲线、绘制四臂大循环台阶曲线图。
7）电源为交流220V±10%，电源频率50HZ±2%。
8）使用环境。环境温度为0℃～40℃，相对湿度≤90%。
1 系统硬件组成和工作原理[2]
1）模拟井装置。用于模拟井径仪在井下的全部操作，并输出相应的检测信号。由四个步进电机带动丝杠及滑块作x-y方向运动。
2）前沿机及自动控制组合是本系统的核心部分。负责自动模拟控制和自动检测操作。井径仪校验操作控制分自动和手动两种方式。
在自动方式下，操作者通过系统机键盘，按照菜单提示进行操作。前沿机通过串行口中断接收上位机发来的控制信号，由自动控制组合电路操作模拟井装置实现井径仪的数据检测。检测数据由前沿机自动送给上位机进行处理。
在手动方式下，操作者通过前沿机的控制面板进行控制操作。手动控制操作有：整个检测系统复位、启动、x-y方向四路按照设定的距离和运动方向进行的单路独立运动、四路连续运动、四路同时运动等操作，也可以进行单路、四路连续、四路同进退等循环运动。手动检测数据保留在前沿机的内存中，当上位机调用时，通过串口送出。
3）提供良好的人机界面。操作员通过上位机向前沿机发布各种检测命令。同时又从前沿机取得各种所需要的检测数据。按照一定的数学模型进行数据处理，输出检测人员所需要的各种表格、曲线和图形。
另外，在硬件上，采用了如光电隔离等多种抗干扰措施；软件上增加了看门狗程序，以便确保系统稳定、可靠工作。
2 系统软件设计
2.1 前沿机软件设计
前沿机软件由初始化模块、手动、自动处理模块、四路同时进退模块、单路单向运动模块、四路循环运动模块、复位模块、串口通讯接收模块、串口通讯发送模块及看门狗等程序模块构成。
1）初始化模块。用于清工作缓存区，设置状态标志，设置中断及I/O接口初始化。通过调用复位模块使井径仪检测校验台四路（J1-J4）滑块均回到初始位置。
2）手动、自动处理模块。校验台面板上设有手动/自动开关。初始化程序执行后就读此开关以确定是进入手动还是自动状态以便转入相应的程序。
3）四路同时进退和四路循环运动模块。两个程序模块不同之处是前者是使J1～J4四路在x-y方向上同时进退。后者是使J1～J4四路按先后顺序分别进退，以使被测井径仪各臂单独进行连续的收放操作。共同点是在运动过程中始终进行采样操作。
4）单路单向运动程序模块。控制校验台单路滑块和被测井径仪相对应的单臂按照运动方式设定进行单向运动。
5）串口通信方式设定。上位机是以打开文件的方式设定，前沿机则通过设置串口控制寄存器SCON和定时控制字TCON进行。前沿机在接收数据前查判接收中断标志（RI），在接收数据后发回答信号（空格）给上位机；在发送数据时是把存到发送缓存区中采集来的数据通过数据缓存器SBUF发送给上位机。有效数据发完后同时发送结束标志，以通知上位机本次数据传送结束。
6）“看门狗”（Watch dog）程序。用于处理校验台滑块机械运动超界和因电源及各种干扰出现硬、软件故障的一种保护措施。以非屏蔽中断接入前沿机，用以保证系统的安全可靠运行。
2.2 上位机软件设计
1）菜单选择模块。为操作者提供了一个良好的人机界面。
2）使用简介模块。为操作者提供使用本检测校验装置的帮助信息。
3）校验台自身校验模块。是用于检测校验台自身的工作状况和测量精度的程序。通过键盘可选择自动检测和手动检测两种方式。
4）井径仪检测模块。是本系统的核心程序。它通过校验台来检测被测井径仪的实际工作参数以达到校验目的。其工作原理是在菜单提示下输入被检测的井径仪仪器号，打开串口文件，向前沿机发送校验台滑块的运动方式和运动参数，然后再等待发回来的检测数据。
5）打印盘内报告曲线模块。其作用是把井径仪检测模块已经存盘的检测数据按照指定的仪器代号（作为文件代号）调出文件。
3 结束语
该检测校验装置操作方便，校验结果一目了然，直观地反映了井径仪器性能。校验的打印结果准确可靠，提供仪器的第一手资料，可以替代传统的井径仪手工框套校验设备。
黑龙江省高等教育教学改革项目：
项目名称：计算机仿真在数控教学中实践与应用
项目编号：9246
项目号11-XJ12027 牡丹江师范学院教改工程项目
参考文献：
[1]吴锡令，石油开发测井原理[M].北京：高等教育出版社，2004．
[2]徐维祥、刘旭敏，单片微型机原理及应用[M].大连：大连理工大学出版社，1996.
[3]胡澍，地球物理测井仪器[M].北京：石油工业出版社，1991.
作者简介：
徐岩（1978-），女，汉族，黑龙江省七台河市人，哈尔滨理工大学计算机科学与技术专业工程硕士毕业，牡丹江大学信息与电气工程学院讲师，研究方向：计算机领域；司巧梅（1980-），女，黑龙江省牡丹江人，学士，讲师，研究方向：自动控制。