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摘要:針對(duì)目前電動(dòng)鉆機(jī)系統(tǒng)設(shè)備資料多、系統(tǒng)設(shè)備資料信息查詢困難的問(wèn)題,研制了電動(dòng)鉆機(jī)系統(tǒng)設(shè)備信息識(shí)別系統(tǒng),油田用戶可手持RFID防爆識(shí)別終端在鉆機(jī)現(xiàn)場(chǎng)迅速查看鉆機(jī)系統(tǒng)設(shè)備的資料信息,并且系統(tǒng)配置云服務(wù)器用于后臺(tái)存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)備資料,具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)查詢和下載功能。該系統(tǒng)可用于協(xié)助油田用戶迅速查找現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題,提醒油田用戶及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng),準(zhǔn)確快速地采購(gòu)易損件和損壞件,可以保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行,減少停鉆時(shí)間,提高鉆井效率,創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞:RFID;防爆識(shí)別終端;電子標(biāo)簽
引言
電動(dòng)鉆機(jī)由多個(gè)系統(tǒng)設(shè)備組成,每個(gè)系統(tǒng)設(shè)備都有大量的文件資料,具體包括產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)、維護(hù)保養(yǎng)手冊(cè)、圖冊(cè)等,電動(dòng)鉆機(jī)在鉆井作業(yè)過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備故障或損壞的情況,此時(shí)油田用戶需要查找相應(yīng)系統(tǒng)設(shè)備資料來(lái)輔助處理故障或查詢損壞設(shè)備型號(hào)等。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)備需要維護(hù)保養(yǎng)和易損件采購(gòu)時(shí),油田用戶也需要查找相應(yīng)系統(tǒng)設(shè)備資料,按照要求進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)及易損件的采購(gòu),保證設(shè)備正常工作。油田用戶查看系統(tǒng)設(shè)備資料的頻率較高,并且在大量的文件資料中查找所需要的信息非常困難,甚至?xí)霈F(xiàn)資料丟失或無(wú)法找到的情況,降低了現(xiàn)場(chǎng)解決問(wèn)題的處理效率,影響易損件及損壞件采購(gòu)的準(zhǔn)確性和周期性,影響鉆井效率。為解決上述問(wèn)題,提出采用電動(dòng)鉆機(jī)系統(tǒng)設(shè)備信息識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,以便油田用戶可以通過(guò)手持RFID防爆識(shí)別終端在鉆機(jī)現(xiàn)場(chǎng)迅速查看鉆機(jī)系統(tǒng)設(shè)備的資料信息,同時(shí)可用于協(xié)助油田用戶迅速處理設(shè)備故障,及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng),準(zhǔn)確快速地采購(gòu)易損件和損壞件,保證鉆機(jī)系統(tǒng)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。
1電動(dòng)鉆機(jī)系統(tǒng)設(shè)備信息識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)
電動(dòng)鉆機(jī)系統(tǒng)設(shè)備信息識(shí)別系統(tǒng)主要由RFID手持式防爆識(shí)別終端、電子標(biāo)簽、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)組成。RFID(射頻識(shí)別)是一種無(wú)線通信技術(shù),RFID手持式防爆識(shí)別終端通過(guò)天線與RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行無(wú)線通信,當(dāng)RFID電子標(biāo)簽在RFID手持式防爆識(shí)別終端2.5m的識(shí)別范圍內(nèi)時(shí),RFID電子標(biāo)簽可接收到RFID手持式防爆識(shí)別終端發(fā)出的射頻信號(hào),RFID電子標(biāo)簽憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的編碼數(shù)據(jù)信息,RFID手持式防爆識(shí)別終端接收該編碼數(shù)據(jù)后自動(dòng)檢索資料數(shù)據(jù)庫(kù),將檢索到的設(shè)備資料信息通過(guò)APP進(jìn)行顯示,以便現(xiàn)場(chǎng)操作人員查看。系統(tǒng)設(shè)備資料信息主要包括使用說(shuō)明書(shū)、維護(hù)保養(yǎng)手冊(cè)、圖冊(cè)、設(shè)備增減記錄、設(shè)備狀態(tài)記錄等。系統(tǒng)支持資料的上傳和下載功能,多個(gè)RFID手持式防爆識(shí)別終端均可將已錄入的設(shè)備資料信息通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)上傳至云服務(wù)器,同時(shí)也可通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)將云服務(wù)器上的設(shè)備資料信息下載至本地手持式防爆識(shí)別終端APP上。鉆機(jī)系統(tǒng)設(shè)備主要包括絞車(chē)、轉(zhuǎn)盤(pán)、泥漿泵、頂驅(qū)、鉆機(jī)電控系統(tǒng)、柴油發(fā)電機(jī)組、固控系統(tǒng)、管柱處理設(shè)備等。電動(dòng)鉆機(jī)系統(tǒng)設(shè)備信息識(shí)別系統(tǒng)單線圖如圖1所示。RFID手持式防爆識(shí)別終端自動(dòng)檢索資料數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)支持本地及遠(yuǎn)程兩種方式:1)本地檢索。當(dāng)前系統(tǒng)設(shè)備資料信息已錄入或已遠(yuǎn)程下載至RFID手持式防爆識(shí)別終端,通過(guò)APP可直接檢索并顯示查詢結(jié)果。2)遠(yuǎn)程檢索。當(dāng)前系統(tǒng)設(shè)備資料信息未錄入或未遠(yuǎn)程下載至該RFID手持式防爆識(shí)別終端時(shí),RFID手持式防爆識(shí)別終端APP可通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程在線訪問(wèn)云服務(wù)器,并將系統(tǒng)設(shè)備資料信息下載至本地RFID手持式防爆識(shí)別終端APP上,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線檢索并顯示查詢結(jié)果。RFID信息識(shí)別系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):1)非接觸識(shí)別。不需物理接觸,通過(guò)無(wú)線射頻識(shí)別。2)識(shí)別能力強(qiáng)。能穿透雪、霧、冰、涂料、塵垢讀取電子標(biāo)簽編碼數(shù)據(jù)信息。3)讀取速度極快。大多數(shù)情況下讀取時(shí)間不超過(guò)100ms。4)電子標(biāo)簽編碼唯一性。每個(gè)RFID電子標(biāo)簽編碼都是獨(dú)一無(wú)二的,每個(gè)RFID電子標(biāo)簽編碼對(duì)應(yīng)一個(gè)系統(tǒng)設(shè)備。5)讀取距離遠(yuǎn)。讀取距離2.5m。6)安全性高。通過(guò)加密技術(shù),RFID電子標(biāo)簽不會(huì)向未授權(quán)的RFID手持式防爆識(shí)別終端發(fā)送編碼信息[1]。
1.1RFID手持式防爆識(shí)別終端設(shè)計(jì)
RFID手持式防爆識(shí)別終端主要由收發(fā)天線、頻率產(chǎn)生器、鎖相環(huán)、調(diào)制電路、微處理器、存儲(chǔ)器、解調(diào)電路組成。RFID手持式防爆識(shí)別終端用于讀取RFID電子標(biāo)簽的編碼數(shù)據(jù),是RFID信息識(shí)別系統(tǒng)的控制和處理中心。RFID手持式防爆識(shí)別終端通過(guò)天線與RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行無(wú)線通信,當(dāng)RFID電子標(biāo)簽在RFID手持式防爆識(shí)別終端2.5m的識(shí)別范圍內(nèi)時(shí),RFID電子標(biāo)簽可接收到RFID手持式防爆識(shí)別終端發(fā)出的射頻信號(hào),RFID電子標(biāo)簽憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的編碼數(shù)據(jù)信息,RFID手持式防爆識(shí)別終端接收該編碼數(shù)據(jù)后自動(dòng)檢索資料數(shù)據(jù)庫(kù),將檢索到的設(shè)備資料信息通過(guò)APP進(jìn)行顯示[2],以便現(xiàn)場(chǎng)操作人員查看。RFID手持式防爆識(shí)別終端內(nèi)部存儲(chǔ)空間滿足設(shè)備資料信息文檔存儲(chǔ)要求。RFID手持式防爆識(shí)別終端組成部分功能概述:1)收發(fā)天線。發(fā)送射頻信號(hào)給RFID電子標(biāo)簽,并接收RFID電子標(biāo)簽返回的編碼數(shù)據(jù)信息。2)頻率產(chǎn)生器。產(chǎn)生系統(tǒng)的工作頻率(840~960MHz)。3)鎖相環(huán)。產(chǎn)生所需的載波信號(hào)。4)調(diào)制電路。把發(fā)送至RFID電子標(biāo)簽的信號(hào)加載到載波并由射頻電路送出。5)微處理器。產(chǎn)生要發(fā)送至RFID電子標(biāo)簽的信號(hào),同時(shí)對(duì)RFID電子標(biāo)簽返回的編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼,并把譯碼所得的數(shù)據(jù)傳給應(yīng)用程序。6)存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。7)解調(diào)電路。解調(diào)RFID電子標(biāo)簽返回的編碼數(shù)據(jù)信號(hào),并交給微處理器處理。
1.2RFID電子標(biāo)簽設(shè)計(jì)
采用RFID無(wú)源抗金屬標(biāo)簽,RFID電子標(biāo)簽由收發(fā)天線、AC/DC電路、解調(diào)電路、邏輯控制電路、存儲(chǔ)器和調(diào)制電路組成。每個(gè)RFID電子標(biāo)簽具有唯一的標(biāo)簽編碼,每個(gè)RFID電子標(biāo)簽編碼對(duì)應(yīng)一個(gè)系統(tǒng)設(shè)備和關(guān)系文檔,關(guān)系文檔中包括系統(tǒng)設(shè)備的使用說(shuō)明書(shū)、維護(hù)保養(yǎng)手冊(cè)、圖冊(cè)、設(shè)備增減記錄、設(shè)備狀態(tài)記錄等資料信息。RFID電子標(biāo)簽固定在設(shè)備表面上,用于存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)備編碼數(shù)據(jù)。RFID電子標(biāo)簽通過(guò)接收RFID手持式防爆識(shí)別終端發(fā)出的射頻信號(hào)并通過(guò)電磁感應(yīng)線圈獲取能量來(lái)對(duì)自身短暫供電,對(duì)內(nèi)部集成電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng),靠感應(yīng)電流的能量將儲(chǔ)存在RFID電子標(biāo)簽中的編碼數(shù)據(jù)發(fā)送至RFID手持式防爆識(shí)別終端[3]。RFID電子標(biāo)簽組成部分功能概述:1)收發(fā)天線。接收來(lái)自RFID手持式防爆識(shí)別終端的信號(hào),并將RFID電子標(biāo)簽的編碼數(shù)據(jù)發(fā)送至RFID手持式防爆識(shí)別終端。2)AC/DC電路。利用RFID手持式防爆識(shí)別終端發(fā)射的電磁場(chǎng)能量,經(jīng)穩(wěn)壓電路輸出為其它電路提供穩(wěn)定的電源。3)解調(diào)電路。從接收的信號(hào)中去除載波,解調(diào)出原信號(hào)。4)邏輯控制電路。對(duì)來(lái)自RFID手持式防爆識(shí)別終端的信號(hào)進(jìn)行譯碼,并向調(diào)制電路發(fā)送電子標(biāo)簽編碼數(shù)據(jù)。5)存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。6)調(diào)制電路。邏輯控制電路所發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)制電路加載至收發(fā)天線。
1.3數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)主要由終端管理器和云服務(wù)器組成,利用RFID自動(dòng)識(shí)別技術(shù)與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)對(duì)資料信息全過(guò)程跟蹤與信息化管理,構(gòu)成一個(gè)信息化管理服務(wù)平臺(tái)。終端管理器由RFID電子標(biāo)簽、RFID手持式防爆識(shí)別終端構(gòu)成,用于錄入各系統(tǒng)設(shè)備的資料信息。云服務(wù)器用于存儲(chǔ)、分類(lèi)及歸檔各系統(tǒng)設(shè)備資料信息。系統(tǒng)設(shè)置管理員權(quán)限,只有具有管理員權(quán)限的人員才被允許對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行資料信息上傳及下載等功能。系統(tǒng)具有設(shè)備信息管理功能,實(shí)時(shí)管理系統(tǒng)設(shè)備使用說(shuō)明書(shū)、維護(hù)保養(yǎng)手冊(cè)、圖冊(cè)、設(shè)備增減記錄、設(shè)備狀態(tài)記錄等信息,資料信息上傳及下載均采用實(shí)名制,防止相關(guān)人員責(zé)任推諉。在RFID手持式防爆識(shí)別終端上安裝系統(tǒng)設(shè)備信息識(shí)別APP軟件,將各系統(tǒng)設(shè)備RFID電子標(biāo)簽編碼數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)的關(guān)系文檔資料信息(主要包括使用說(shuō)明書(shū)、維護(hù)保養(yǎng)手冊(cè)、圖冊(cè)、設(shè)備增減記錄、設(shè)備狀態(tài)記錄等)錄入RFID手持式防爆識(shí)別終端,確保各系統(tǒng)設(shè)備RFID電子標(biāo)簽編碼數(shù)據(jù)與關(guān)系文檔資料信息一一對(duì)應(yīng)。系統(tǒng)支持資料信息的上傳和下載功能,多個(gè)RFID手持式防爆識(shí)別終端均可通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)將已錄入的系統(tǒng)設(shè)備資料信息上傳至云服務(wù)器并進(jìn)行存儲(chǔ)和歸檔,同時(shí)也可通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)將云服務(wù)器上的系統(tǒng)設(shè)備資料信息下載至本地RFID手持式防爆識(shí)別終端APP上。系統(tǒng)根據(jù)識(shí)別到的設(shè)備RFID電子標(biāo)簽編碼數(shù)據(jù),自動(dòng)檢索數(shù)據(jù)庫(kù)并將檢索到的系統(tǒng)設(shè)備資料信息通過(guò)APP進(jìn)行顯示,以便現(xiàn)場(chǎng)操作人員查看,數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)可根據(jù)需要進(jìn)行修改。通過(guò)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備資料信息的錄入、查詢、上傳、下載等,并對(duì)資料信息進(jìn)行科學(xué)的分類(lèi)、歸檔,使資料管理更加科學(xué)化和信息化,查詢更加方便快捷,資料保存更加安全可靠。
2結(jié)語(yǔ)
通過(guò)采用系統(tǒng)設(shè)備信息識(shí)別系統(tǒng),徹底解決了系統(tǒng)設(shè)備資料多、查詢困難、資料容易丟失的問(wèn)題,現(xiàn)場(chǎng)操作人員手持RFID防爆識(shí)別終端到設(shè)備識(shí)別范圍內(nèi),通過(guò)RFID(射頻識(shí)別)方式自動(dòng)識(shí)別出設(shè)備RFID電子標(biāo)簽編碼數(shù)據(jù)并自動(dòng)檢索數(shù)據(jù)庫(kù),將檢索到的設(shè)備資料信息通過(guò)APP進(jìn)行顯示,以便現(xiàn)場(chǎng)操作人員查看。RFID手持式防爆識(shí)別終端通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)將系統(tǒng)設(shè)備資料信息上傳至云服務(wù)器,并可通過(guò)云服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)查詢和下載,提高數(shù)據(jù)信息的安全可靠性。該系統(tǒng)同時(shí)可用于協(xié)助油田用戶迅速處理故障,及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng),準(zhǔn)確快速地采購(gòu)易損件和損壞件,保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行,減少停鉆時(shí)間,提高鉆井效率,創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。
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作者:史金紅 李慶福 廖剛 李娜 李博 楊豐博王紅櫻 馮帆 尚卓 單位:寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司