【正文】 計算機上的通訊接口電路只有RS232接口，所以為了建起數(shù)據(jù)采集端口和工控機的數(shù)據(jù)通信的橋梁，就需要將RS485標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為RS232標(biāo)準(zhǔn)。本系統(tǒng)設(shè)計選用的是北京阿爾泰科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的 DAM3210型RS485轉(zhuǎn)變RS232模塊，該模塊的主要技術(shù)參數(shù)如下： 輸入：RS232標(biāo)準(zhǔn) 輸出：RS485標(biāo)準(zhǔn) 支持多種傳輸速率和數(shù)據(jù)格式 通訊速度自適應(yīng) 電源：+10～+30VDC 圖316 DAM3210模塊 隔離：3000VDC 內(nèi)置看門狗 數(shù)據(jù)采集總體框架 數(shù)據(jù)采集與通信通過分布式數(shù)據(jù)采集、RS 485串口通信方式以及RS485轉(zhuǎn)換RS232模塊最終實現(xiàn)將各個傳感器輸出的標(biāo)準(zhǔn)420mA信號傳輸入工控機中。下面是實物連接方式如圖317： 圖317 數(shù)據(jù)采集總體框架圖第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計通常，在鉆井作業(yè)中都是通過錄井錄取鉆井工程資料的信息，再經(jīng)綜合分析后，獲得鉆井工況、事故等信息。目前我國錄井錄取工程資料技術(shù)還比較落后，原因之一就是缺乏一套適于井場使用的行之有效的實時監(jiān)測軟件系統(tǒng)。溢流及漏失實時監(jiān)測系統(tǒng)就是針對以上問題而開發(fā)的。本系統(tǒng)采用力控Forcecontrol ，該軟件具有強大的界面顯示功能、良好的開放性和豐富的功能模塊等優(yōu)勢，從而實現(xiàn)對鉆井過程中溢流、漏失等井下復(fù)雜情況的實時監(jiān)測。 開發(fā)軟件平臺介紹 組態(tài)軟件簡介組態(tài)軟件是過程控制和數(shù)據(jù)采集中的專用軟件，它為用戶提供了簡捷的操作方法和良好的開發(fā)界面，其預(yù)設(shè)置的各種軟件功能模塊可以非常容易實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，同時還能與各種硬件廠家的計算機和I/O設(shè)備相連，與高可靠的工控計算機及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相結(jié)合，為控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，實現(xiàn)系統(tǒng)集成。工業(yè)組態(tài)軟件主要具有以下幾個特點： 延續(xù)性和可擴充性。利用通用工業(yè)組態(tài)軟件開發(fā)的應(yīng)用工程項目，當(dāng)現(xiàn)場或用戶的需求發(fā)生變化時，不需要做很多的修改而方便地完成軟件的更新和升級。 封裝性（易學(xué)易用）。通用工業(yè)組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法封裝起來，用戶不需要掌握太多的編程語言技術(shù)，就可以很好地實現(xiàn)一個復(fù)雜工程所要求的所有功能。 通用性。每個用戶根據(jù)工程的實際情況，采用通用工業(yè)組態(tài)軟件提供的底層設(shè)備(包括：PLC、智能模塊、智能儀表、變頻器、智能儀表等)的I/O Driver、開放式的畫面制作工具和數(shù)據(jù)庫，就可以完成一個具有動畫效果、實時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)和曲線并存、具有多媒體功能和網(wǎng)絡(luò)功能的工程，且不受行業(yè)的限制。 SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫簡介SQL(Structured Query Language)，結(jié)構(gòu)化查詢語言。SQL語言的主要功能就是同各種數(shù)據(jù)庫建立聯(lián)系，進行溝通。按照ANSI(美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會)的規(guī)定，SQL被作為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)語言，它可以用來執(zhí)行各種各樣的操作，例如更新數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)等。絕大多數(shù)流行的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)都采用了SQL語言標(biāo)準(zhǔn)。SQL Server 2008是一個重大的產(chǎn)品版本，它是至今為止最強大和最全面的SQL Server版本。它具有以下特點： 可信任的。SQL Server 2008可以對整個數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)文件和日志文件進行加密，而不需改動應(yīng)用程序；而且它使用戶可以審查自己對數(shù)據(jù)的操作，從而提高了遵從性和安全性。 高效的。使得用戶可以降低開發(fā)和管理數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的時間和成本。 智能的。提供了一個全面的平臺，可以在用戶需要的時候發(fā)送觀察和信息。 易于安裝、部署和使用。SQL Server 2008 中包括一系列管理和開發(fā)工具，這些工具可改進在多個站點上安裝、部署、管理和使用 SQL Server 的過程。 監(jiān)測軟件功能模塊設(shè)計 軟件總體構(gòu)架圖本系統(tǒng)采用力控Forcecontrol ，通過各種組件可以實現(xiàn)各項功能。 功能模塊介紹 系統(tǒng)安全模塊在很多情況下，用戶工程應(yīng)用中的組態(tài)數(shù)據(jù)和運行數(shù)據(jù)都涉及到安全性問題。例如，在組態(tài)環(huán)境下，禁止普通人員進入查看或修改組態(tài)參數(shù)；或是在系統(tǒng)運行時，對于某些重要運行參數(shù)是不允許普通人員進行修改的。因此，本系統(tǒng)通過用戶和密碼驗證的認證手段來判斷哪些用戶是合法的，只有合法用戶才可以使用本監(jiān)測系統(tǒng)。如圖4圖44所示： 圖43 用戶身份驗證 圖44 系統(tǒng)用戶管理界面顯示 1）監(jiān)測界面監(jiān)測界面中，主要是用圖形動畫的形式描述鉆井作業(yè)現(xiàn)場，可以模仿鉆進過程、起鉆過程、下鉆過程和關(guān)井循環(huán)四種情況。系統(tǒng)運行時，現(xiàn)場工作人員可以在監(jiān)測界面上實時觀察相應(yīng)鉆井工序中所要監(jiān)測的參數(shù)，（這里必須指出，本軟件只用于模擬監(jiān)測鉆井過程，并沒有對是哪種鉆井工序做出相應(yīng)的判斷，而是利用鼠標(biāo)選擇相應(yīng)的鉆井工序），從而及時了解鉆井過程中的井下情況。如圖45： 圖45 系統(tǒng)監(jiān)測界面數(shù)據(jù)顯示 1）實時趨勢曲線實時趨勢曲線是根據(jù)被測參數(shù)的瞬時值隨時間的變化而繪制出的變量—時間關(guān)系曲線圖?，F(xiàn)場工作人員可以根據(jù)實時趨勢曲線及時的了解各被測參數(shù)的當(dāng)前狀態(tài)，并根據(jù)曲線的走勢分析參數(shù)之后的變化趨勢。如圖47所示：圖47 實時趨勢曲線 2）歷史趨勢曲線歷史趨勢曲線是根據(jù)保持在實時數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)隨著歷史時間的變化而繪制出來的二維曲線圖。它記錄了歷史時間內(nèi)各參數(shù)值的變化情況，若發(fā)生了井漏、溢流事故，工作人員可以通過歷史趨勢曲線查找出事故發(fā)生的時間及原由。如圖48所示： 圖48 歷史趨勢曲線3）專家報表 專家報表提供了類似于Excel的電子表格功能，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜形式的報表格式，為現(xiàn)場工作人員提供方了一個方便、靈活而又高效的報表設(shè)計系統(tǒng)。專家報表記錄了鉆井過程中被測參數(shù)的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，并且允許工作人員以多種文件格式導(dǎo)入導(dǎo)出這些數(shù)據(jù)，還可以根據(jù)用戶的需要對報表進行查詢和打印。 圖49 數(shù)據(jù)查詢 軟件數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所要監(jiān)測的參數(shù)由現(xiàn)場傳感器轉(zhuǎn)換成模擬電信號，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后成為相應(yīng)的數(shù)字量，但是這些數(shù)字量僅僅對應(yīng)了被測參數(shù)值的大小，并不是原來帶有量綱的參數(shù)值。因此，本設(shè)計引入了軟件數(shù)據(jù)采集模塊，對轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字量進行相應(yīng)的處理。軟件數(shù)據(jù)采集是監(jiān)測系統(tǒng)的核心，通過實時采集鉆井作業(yè)過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)，為實時監(jiān)測、曲線繪制、數(shù)據(jù)報表生成與查詢以及報警記錄等模塊提供數(shù)據(jù)來源。軟件數(shù)據(jù)采集功能的實現(xiàn)如圖410所示：圖410 軟件數(shù)據(jù)采集功能實現(xiàn)流程MODBUS協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言，通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信。RS485串口通訊方式采用差分信號負邏輯，實現(xiàn)點對點的通信，與RS232通訊方式相比可以實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)通信。RS485/MODBUS是現(xiàn)在流行的一種布網(wǎng)方式，具有實施簡單、方便等特點，現(xiàn)已廣泛用于石油行業(yè)。，雙擊選擇“變量”菜單下的“I/O設(shè)備組態(tài)”，在彈出的窗口中依次選擇“MODBUS”,“標(biāo)準(zhǔn)MODBUS”，“ MODBUS（RTU串行口）”。系統(tǒng)將彈出如下窗口，并依次完成I/O設(shè)備的設(shè)置。圖411 I/O設(shè)備組態(tài)現(xiàn)場傳感器輸出的是4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號，經(jīng)數(shù)據(jù)采集模塊采集并轉(zhuǎn)換為與輸入電流信號相對應(yīng)的0～65535的裸數(shù)據(jù)。裸數(shù)據(jù)通過MODBUS協(xié)議和RS485串口通訊方式傳輸?shù)缴衔粰C中。通過裸數(shù)據(jù)無法直接對測量參數(shù)進行監(jiān)測，由于數(shù)據(jù)采集模塊采集的電流信號與經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換過后的裸數(shù)據(jù)之間是成線性關(guān)系的，通過在組態(tài)軟件中編譯程序，對A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果進行標(biāo)度變換，可以把裸數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為物理值，直接利用物理數(shù)值來進行監(jiān)測。標(biāo)度變換公式為： （41）表示測量參數(shù)物理量值，表示參數(shù)量程最大值，表示參數(shù)量程最小值；表示對應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換后的裸數(shù)據(jù)；表示量程起點對應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換后的裸數(shù)據(jù)；表示測量值對應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換后的裸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲警記錄報警記錄分為實時報警和歷史報警兩類。在系統(tǒng)運行的過程中，如果被監(jiān)測的參數(shù)中有一個或多個參數(shù)超出了設(shè)置安全范圍，系統(tǒng)就會啟動報警功能，提示工作人員注意該參數(shù)的變化，并采取相應(yīng)的應(yīng)對措施。工作人員還可以通過設(shè)置來查詢歷史報警記錄，對已經(jīng)發(fā)生了的異常情況的產(chǎn)生原因進行分析。圖412：圖412 報警記錄