虛擬儀器技術在石化科研裝備開發(fā)中的應用礦用雜散電流測定儀
2010-06-26
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一、概述虛擬儀器（Virtual Instruments）可理解為利用現(xiàn)有的計算機、配以特殊設計的儀器硬件和軟件，由用戶根據(jù)自己的需求設計的既有普通儀器的基本功能，又與傳統(tǒng)儀器有著本質(zhì)區(qū)別的新型儀器系統(tǒng)。傳統(tǒng)儀器一般由儀器生礦用雜散電流測定儀礦用雜散電流測定儀產(chǎn)廠家將信號的采集與控制、信號的分析處理、結(jié)果的輸出這三大功能模塊全部以硬件（或固化的軟件）加以固定，用戶只能獨立操作，使用儀礦用雜散電流測定儀器單一的功能。而對于測礦用雜散電流測定儀試參數(shù)多礦用雜散電流測定儀，測試參數(shù)不斷變化的面向應用的礦用雜散電流測定儀系統(tǒng)，則虛擬儀器系統(tǒng)可滿足其多種多樣的應用需求。虛擬儀器的核心技術是計算機技術，它把儀器的各個功能模塊全部放在計算機中實現(xiàn)，在計算機中插上數(shù)據(jù)采集與控制接口卡，用軟件在計算機屏幕上生成儀器面板，用軟件來進行信號的分析和處礦用雜散電流測定儀理，用計算機屏幕顯示輸出結(jié)果？傊摂M礦用雜散電流測定儀儀器打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義，用戶礦用雜散電流測定儀無法改變的模式，它利用計算機豐富的軟硬件資源大大突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、表達、傳送、操作、顯示和儲存等方面的限制，有著其獨到的特點，主要表現(xiàn)在：
。1）虛擬儀器克服了傳統(tǒng)儀器只礦用雜散電流測定儀能完成對某個量的獨立測量，它可以使各個測量值互相通信，實現(xiàn)信息共享，從而對被測各系統(tǒng)的綜合分析、評估，得出準確判斷。
（2）虛擬儀器系統(tǒng)可以面對復雜的被測系統(tǒng)而不必購買各種測試儀器，解決了傳統(tǒng)儀器的硬件冗余、使用頻率和效率低的狀況。礦用雜散電流測定儀
。3）節(jié)省了系統(tǒng)開發(fā)和組建時間，虛擬儀器的硬件采用的是通用的硬件平臺，對于新的系統(tǒng)及新的測試需求時，只需增加軟件或增加一個通用模塊即可實現(xiàn)。礦用雜散電流測定儀
。4）由于采用了通用模塊和計算機軟件來實現(xiàn)測量、處理，虛擬儀器系統(tǒng)具有更好的測量精度和抗*力。
二、石化科研裝備開發(fā)的特點
1、石化科研裝備的應用領域
隨著我國加入WTO，石油工業(yè)也步入了知識經(jīng)濟的新時代，我國也正積極地采用*，合理地開發(fā)油氣資源。石化科研裝備的開發(fā)正是為了科學地認識油藏、了解油藏特性、進行定量化描述，并通過油藏的評價和油藏開發(fā)的可行性研究優(yōu)化油藏開發(fā)方案的一種有效手段，它包含了對油層物理的基本物理性質(zhì)測試，專項分析測試以及地層流體高壓物性分析測試。
2、石化科研裝備開發(fā)的特點
早期，石化科研裝備都是手工操作，人工計量，指針讀數(shù)，只能進行單項測試，隨著六、七十年代電子工業(yè)的迅速發(fā)展，各種電子器件、傳感器相繼問世，促進了石化科研裝備的自動化、計算機化、測試精度不斷提高、模擬條件進一步深化，整個裝備向高溫、高壓、模塊化、多功能化發(fā)展。但是，由于石化科研裝備的生產(chǎn)批量小，又經(jīng)常要根據(jù)用戶及特殊區(qū)域的具體要求進行設計，因此造成我國在石化科研裝備的開發(fā)上仍與國外有較大的差距。
3、目前石化科研裝備開發(fā)的模式及弊端
目前，我國石化科研裝備的開發(fā)雖然擺脫了六、七十年代*依賴進口的局面，正在積極進向國產(chǎn)化推進，隨著國內(nèi)科技人員對傳感器技術、電子技術、計算機技術的逐步深入和研究，特別是進口儀器成本高、維修及配件困難，而且在操作方法和技術方面也不*適合于我國的具體情況，因此廣大的石化開發(fā)人員和石化工程技術人員正在積極并已經(jīng)開發(fā)出了大量的石化科研裝備來指導科研和生產(chǎn)，一般遵循如下模式：
首先由現(xiàn)場及試驗人員提出試驗需求，根據(jù)生產(chǎn)和科研的需要提出待測參數(shù)。
其次由產(chǎn)品開發(fā)人員與試驗人員共同商討試驗項目的可行性，根據(jù)國內(nèi)相關技術拿出開發(fā)方案。
zui后產(chǎn)品開發(fā)人員設計整個裝置的試驗流程、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析與處理系統(tǒng)以及試驗結(jié)果的表達。
鑒于以上模式，產(chǎn)品開發(fā)中不可避免存在以下弊端：（1）每一個產(chǎn)品的開發(fā)都必須遵循以上模式，哪怕不同區(qū)域不同用戶的需求只有微小的差別;（2）每種產(chǎn)品具有大量的相同（相似）之處，導致了大量的重復性勞動;（3）用戶完成某種測試后，需進行一些新的項目試驗，用戶無法更改，只能重新訂制儀器和裝備，造成大量的資金浪費，投入的大量的人力、物力、財力無法充分利用。
三、虛擬儀器技術在石化科研裝備中的應用
1、可行性及可發(fā)展性
近年來虛擬儀器技術在石化行業(yè)，特別是在石化科研裝備開發(fā)上的應用發(fā)展非？，自1995年以來我國引進的石化科研裝備基本上都采用了虛擬儀器技術，但由于我國對該技術還不太了解，因而只感覺到國外的儀器軟件美觀，使用變得更加方便，而沒有覺察到它在測控技術上的變化。特別是目前我國正處于競爭激烈的市場經(jīng)濟潮流中，作為科研部門，需要利用的技術，的手段，zui低的成本多出成果，出好成果;作為生產(chǎn)、制造部門，需要盡快開發(fā)出新產(chǎn)品，利用zui低的成本，zui高的效率，盡快把新產(chǎn)品推向市場。同時，一個好的開發(fā)工具，一種的開發(fā)手段是*的。無論是科研開發(fā)，還是產(chǎn)品檢測，產(chǎn)品質(zhì)量控制都離不開有效的檢測手段。虛擬儀器技術可以有效的達到以上要求，具有可行性和可發(fā)展性。
2、如何在石化科研裝備中應用虛擬儀器技術
根據(jù)我們多年從事石化科研裝備開發(fā)的經(jīng)驗和對虛擬儀器技術在產(chǎn)品開發(fā)中的應用，我們認為，要想科學、有效地利用好虛擬儀器這門技術，必須解決好以下三個方面的問題：
。ㄒ唬┠K化問題
目前，我國石化科研裝備絕大部分屬于非標產(chǎn)品，產(chǎn)品的通用性和互換性較差，產(chǎn)品的標準化為時尚早，要想充分利用虛擬儀器技術，解決傳統(tǒng)模式中存在的問題，因此首先要模塊化，就是將各個不同的單元盡量獨立，使之能夠應用于不同的場合，例如石化科研裝備中的動力驅(qū)動模塊、模擬油藏環(huán)境模塊、參數(shù)測量與控制模塊、數(shù)據(jù)采集與控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊等。因此，采用模塊化獨立設計，模塊耦合設計是虛擬儀器應用的基礎。
（二）硬件問題
前面提到，任何儀器都是由三大功能模塊構(gòu)成的，作為數(shù)據(jù)采集與控制部分，按目前石化科研裝備開發(fā)的應用形式，可以總結(jié)為數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖1：
圖1 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)構(gòu)成
對于一般的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，一般按如下框圖實現(xiàn)，如圖2
圖2 數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)框圖
目前，由于集成電路技術、計算機技術的迅速發(fā)展，使得不斷更新的數(shù)據(jù)采集板卡能夠有效保證石化科研裝備的性能、精度及可靠性，并為廣大科研和工程技術人員建立功能靈活，性能價格比高的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)提供了良好的解決方案。
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可以設想，如果把計算機技術和儀器技術結(jié)合起來，將儀器三大功能塊的后面兩塊，即信號的分析處理、結(jié)果的表達與輸出放到計算機上實現(xiàn)。用計算機屏幕可以形象、方便地模擬各種儀器的面板，以各種形式（屏幕、打印機、繪圖儀等）輸出試驗結(jié)果;用計算機軟件可以實現(xiàn)各種各樣的信號分析、處理，完成多種多樣的測試功能，如巡檢、存儲、變換，誤差校正、狀態(tài)選擇、數(shù)碼顯示，以及PID調(diào)節(jié)功能，所以虛擬儀器有自己的口號“The Software is the Instrument（軟件就是儀器）。
通常在編制虛擬儀器的應用軟件時可以采用兩種編程方法，一種是傳統(tǒng)的編程方法，采用語言，如VC++
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