摘要：针对现场使用的井控装置流动性大，跟踪困难，设备信息容易丢失的问题，本文详细阐述了一款井控装置电子档案系统的设计方案及软、硬件设计过程。电子档案系统利用成熟的RFID技术及计算机技术，以RAM系列处理器作为手持设备控制器件，通过扩展外围信号调理电路、存储器、显示器、RS232接口电路、无线网接口电路及射频读写器，将井控装置的动态信息上传到上位机系统，用于准确识别井控装置的唯一身份以建立详尽的终身档案，对防喷器类井控装置实现精细化管理具有实际意义。
关键词：井控装置；RFID；电子档案；动态信息
井控装置是指实施油气井压力控制技术所需的专用设备、仪表和工具的统称[1]。井控装置种类和数量都比较繁多，为了保证这些设备的有效安全运行，对设备动态信息的管理就十分重要。井控装置信息管理主要包括：装置的型号、生产厂家、生产日期、压力级别等出厂时就设定好的参数；井控装置何时何地进行了维修和保养，以及维修保养过程中更换的零件型号及数量；井控装置各密封件的使用状态和使用期限；井控装置历史以及现行运行状态。目前国内对井控装置的管理主要是通过笔录和输入PC机进行存档，这种方法比较费时、费力；不便于装置动态信息的跟踪、装置历史信息的查询；且当装置以及装置信息比较繁多时，采用这种记录方法就显得比较繁重。同时，现场使用的井控装置流动性大跟踪困难，设备身份容易丢失或混乱，建立的档案与实物极易失去对应，因此对设备管理难度大，难以对设备使用、检维修情况、服务时间等连续记录，造成设备技术条件不清。本文通过研究、应用成熟的RFID技术，开发适合现场恶劣条件下保存井控装置身份及历史数据的嵌入式电子标签和可以方便快捷读写数据并远传到上位机进行处理的系统，用以准确识别装置的唯一身份以建立详尽的终身档案。这样可以对防喷器类井控装置进行精细管理。
1井控装置电子档案系统设计方案
井控装置电子档案系统主要由基于PC机建立的井控装置信息数据库、基于微处理器的智能手持设备、井控装置唯一编码识别系统三大部分组成，其系统结构框图如图1所示。图1井控装置电子档案系统的结构框图该系统首先对各台井控装置进行唯一编码，通过识别系统对井控装置进行唯一识别，并将被识别装置的装置信息读取出来传输给手持设备，进行存储显示。如将手持设备与PC机相连，根据编写好的通信协议，手持设备中存储的井控装置信息传输到基于PC机建立的井控装置信息数据库中进行保存，这个过程是对井控装置现有信息进行读取。当装置信息有更新时，需要将更新的信息输入到手持设备中，以便存储到指定地址空间，同时手持设备将更新信息通过识别系统传输给与之相对应的井控装置，进行信息的更新存储，以便日后现场装置信息查询，这个过程就是信息的写操作。
2系统设计
2.1识别系统设计
井控装置电子档案系统设计的首要任务是对被管理装置进行唯一编码，以及确定识别方式。一套完整的射频识别系统由射频读写器和射频IC卡两部分组成，其工作原理图如图2所示，射频读写器通过发射天线发送一定频率的信号，当射频IC卡达到发射天线的工作区域时就产生感应电流，射频IC卡获得电源被激活[2]。当用户确认了射频IC卡的合法性后，射频读写器与射频IC卡就可以根据用户的需求建立相应的数据通信。读写器将要发送的信息进行调制后传输给射频IC卡；接收并解调来自射频IC卡的高频信号，获得射频IC卡中的信息[3]。结合井场现场的实际应用条件，本系统对井控装置的唯一识别采用的是射频识别技术，射频频率采用超高频，实现远距离数据通信，其传输距离大于1m。每张射频IC卡根据用户需求，写入唯一的编码后植入与之相对应的井控装置中，作为装置的身份识别以及存储该装置的动态信息。通过这种方式，用户就可以根据需要读取、更新相应的井控装置信息，实时对井控装置进行管理。
2.2手持设备设计
手持设备是本系统的核心部件，它既要和PC机进行数据通信，又要和被管理井控装置进行设备信息传输；即能和PC机配合使用，又能脱离PC机独立工作，很好的满足了车间和现场不同环境的需求。手持设备的结构框图如图3所示，主要由中央微处理器、键盘、LCD显示器、存储器、时钟电路、看门狗、通信接口电路等几部分组成。中央微处理器是手持设备的心脏，主要负责外来数据的处理，以及协调各外部电路的有序工作。本系统中微处理器采用ARM系列处理器，ARM处理器采用目前最流行的32位RISC技术，处理速度快、接口丰富，其优越的智能操作系统为用户提供了友好的人机交互界面[4-5]。用户通过键盘，可进行中英文以及阿拉伯数字的输入，满足了被管理井控装置不同类型动态信息的输入要求。LCD显示装置主要用于显示被识别装置的信息，以及显示用户输入的装置更新信息，用户通过显示屏可以实时的查看需要的井控装置信息。存储器用来存储井控装置的动态信息，即使在断电的情况下，其数据也不会丢失。本系统对存储器的存储单元进行分割，不同的存储空间保存不同设备编号的信息，避免了井控装置信息管理的混乱，实现了设备信息的智能管理。看门狗实时监控手持机运行状态，为手持机的正常运行提供了保障。通信接口电路主要包括与射频读写器的通信接口电路和与上位机通信接口电路两部分，该电路是上位机、手持机、射频读写器三者连接的桥梁，其中手持设备与上位机的通信采用串口RS232和无线网络传输两种方式。串口RS232的通信方式技术成熟，电路设计简单，易于实现，便于车间井控装置的管理；无线网络传输方式，其传输距离远，弥补了232只能实现短距离通信的缺点，同时采用无线网络传输方式可以及时、快捷、方便的将现场井控装置信息传回到井控中心，便于对井控装置的远程管理和技术方案的及时制定。
2.3上位机系统设计
上位机系统的主要任务是处理、存储、更新、管理井控装置信息，使管理员能及时、准确、全面地了解井控装置状况，并制定最佳的保养和维修方案。上位机井控装置信息管理系统是基于数据库技术实现的，采用模块化编程。软件设计思路如图4所示，首先将井控装置分为环形防喷器、双闸板防喷器、单闸板防喷器、节流管汇、压井管汇、防喷器控制装置等几大类，再根据压力等级及型号进行细分，最后将井控装置信息归纳到对应的井控装置编码中。采用这种方式建立的数据库，管理员只需要输入井控装置的编码，就能快速的查看需要的井控装置信息。
3结束语
针对井控装置动态信息管理的特点，设计了一款井控装置电子档案系统，其硬件连接示意图如图5所示。该系统主要包括上位机系统、手持设备、井控装置RFID识别图4数据库软件设计思路图图5系统硬件连接示意图系统三部分。利用成熟的RFID技术，在井控装置中内置射频IC卡，通过编写程序代码进行唯一编码，通过识别系统对井控装置进行唯一识别，并将被识别装置的装置信息读取出来传输给手持设备，手持设备与上位机进行通信，实现数据相互传送，在上位机及手持设备上不断更新、存储井控装置动态信息，确保信息的及时性和完整性，为井控装置建立终身档案，便于井控装置精细化管理。
参考文献
[1]中石化集团公司井控培训教材编写组.钻井井控设备[M].东营：中国石油大学出版社，2008.
[2]温丽.基于MSP430单片机的射频IC卡读写系统研究设计与实现.武汉科技大学.2010.
[3]王宏.PLC及PC与RFID射频识别读写器串行通讯实现[J].微计算机信息，2003，19（1）：18-20.
[4]任哲.ARM体系结构及其嵌入式处理器.北京航空航天大学.2008.
[5]马小陆.基于ARM9嵌入式Linux系统开发原理与实践.西安电子科技大学.2011.
作者：杨波 王伟 钟成千 刘瀚阳 单位：西南科技大学研究生院 西南石油大学研究生院
