油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)軟件的設計與開發(fā)

李鳳民，潘居臣，宋 松，趙 沖，梁華慶

（1.中石油華北油田分公司數(shù)據(jù)中心，河北 任丘062552；2.中國石油大學（北京）地球物理與信息工程學院，北京102249）

油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)軟件的設計與開發(fā)

李鳳民1，潘居臣1，宋 松1，趙 沖2，梁華慶2

（1.中石油華北油田分公司數(shù)據(jù)中心，河北 任丘062552；2.中國石油大學（北京）地球物理與信息工程學院，北京102249）

研發(fā)的油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)軟件，控制油井遠程數(shù)據(jù)采集設備（RTU），可完成油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)的遠程自動采集、傳輸、存儲、顯示與查詢等功能。系統(tǒng)軟件基于易語言可視化開發(fā)環(huán)境，采用可移植性好、使用方便、功能強的Oracle9I作為數(shù)據(jù)的存儲管理數(shù)據(jù)庫，充分利用API，COM、DLL、OCX等組件進行UI界面和主要功能的開發(fā)。文中詳細介紹了軟件的主要關(guān)鍵功能模塊及其實現(xiàn)技術(shù)。該系統(tǒng)部署于油田現(xiàn)場，可實現(xiàn)油井生產(chǎn)的實時高效監(jiān)管，生產(chǎn)問題的全面、快捷診斷，保障油井生產(chǎn)安全運行。

油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)；采集與管理軟件；Oracle數(shù)據(jù)庫；易語言

華北油田二連分公司地處內(nèi)蒙草原高寒地區(qū)，東西長430公里，南北寬210公里，其油井地處偏遠，分布范圍廣。如果油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)全靠人工采集，不僅工人勞動強度大，需要耗費大量的人力和物力；而且采集的數(shù)據(jù)為非連續(xù)性數(shù)據(jù)，對油井出現(xiàn)的異常情況不能及時發(fā)現(xiàn)、及時采取措施而降低了生產(chǎn)效率，增加了采油成本。為此，在油井井場部署RTU終端和各類傳感器，研發(fā)油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)油井生產(chǎn)參數(shù)的自動采集和遠程控制，生產(chǎn)參數(shù)的超限報警，操作人員可以在中心控制室對油井的生產(chǎn)進行7× 24小時全天候?qū)崟r監(jiān)控管理，將傳統(tǒng)的人工巡檢方式轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄苎矙z、組織運維。

1　系統(tǒng)整體框架

系統(tǒng)由位于井場的各類傳感器 （油井功圖、電參量、壓力、溫度等傳感器）、遠程數(shù)據(jù)采集設備（RTU）、McWill無線傳輸模塊和基站，以及位于中控室的上位機組成。所研發(fā)的軟件部署于中控室的上位機上，控制和管理RTU設備，完成油井功圖、電參、壓力、溫度等參數(shù)的采集和管理，并監(jiān)控油井運行狀態(tài)。

系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)框圖

2　系統(tǒng)軟件的設計

2.1功能需求分析

系統(tǒng)軟件，一方面要有控制和管理RTU的功能，另一方面要有良好的數(shù)據(jù)管理功能，具體應滿足以下需求：

1）可視化管理RTU設備信息的功能；

2）良好地輪詢訪問RTU的功能；

3）實時保存數(shù)據(jù)的功能；

4）實時顯示數(shù)據(jù)的功能；

5）查詢處理歷史數(shù)據(jù)的功能。

2.2功能模塊設計

根據(jù)上述需求，設計以下模塊：

1）RTU設備管理模塊

現(xiàn)場RTU設備安裝完畢后，所有設備初始的IP、端口、網(wǎng)關(guān)等參數(shù)均是相同的，因此需要對有設備的上述參數(shù)進行配置。由于設備數(shù)量眾多，如果采用人工對每一臺設備逐一現(xiàn)場配置，不僅工人的勞動強度大，也不利于設備的隨時增減管理。因此需要開發(fā)RTU設備管理模塊，完成局域網(wǎng)內(nèi)所有在線RTU設備參數(shù)的遠程配置。

2）輪詢控制管理模塊

該模塊可手動配置多個采集命令，進行多設備多命令的輪詢采集控制。

3）數(shù)據(jù)管理模塊

該模塊對Oracle數(shù)據(jù)庫中的信息進行動態(tài)添加、歷史數(shù)據(jù)的查詢。

4）輸出模塊

該模塊包括采集參數(shù)的實時顯示，數(shù)據(jù)和圖像的導出以及打印。

系統(tǒng)軟件功能模塊結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)軟件功能模塊結(jié)構(gòu)圖

3　軟件的開發(fā)與實現(xiàn)

3.1開發(fā)環(huán)境

使用Windows XPSP3、易語言V5.3、Oracle9I版本作為數(shù)據(jù)庫，使用ModScan32作為采集校驗對比工具。

3.2關(guān)鍵功能的實現(xiàn)技術(shù)

1）在線RTU設備偵測

所有RTU通過以太網(wǎng)與上位機連接，通信協(xié)議采用標準的Modbus TCP協(xié)議。

該模塊主要實現(xiàn)對局域網(wǎng)內(nèi)所有在線RTU的設備參數(shù)自動錄入功能。上位機通過UDP廣播通信協(xié)議向局域網(wǎng)廣播地址發(fā)送特定協(xié)議數(shù)據(jù)幀廣播包。RTU通過特定端口收到合法的廣播包后進行數(shù)據(jù)包校驗、響應應答。

上位機收到RTU的響應報文后，按照協(xié)商好的偵測協(xié)議，進行數(shù)據(jù)包的解析、校驗，完成在線設備的參數(shù)顯示、錄入功能。若CRC校驗錯誤，則不顯示當前設備參數(shù)。由于初始配置的RTU設備可能其IP地址、端口等參數(shù)均是相同的，但其設備的具體序列號卻不同。因此上位機進行顯示時，按照返回的數(shù)據(jù)包中的設備序列號不同進行相應錄入操作，相同的則不予顯示。

在線設備偵測流程圖如圖3所示。

圖3　在線設備偵測流程圖

2）遠程RTU配置

軟件經(jīng)TCP網(wǎng)絡協(xié)議連入單個設備，可以對單井RTU進行具體參數(shù)配置和單井的數(shù)據(jù)采集。通過協(xié)商好的PC與RTU CFG配置協(xié)議，完成對單井的MAC地址、IP地址、子網(wǎng)掩碼、默認網(wǎng)關(guān)以及端口號進行讀參數(shù)和寫參數(shù)操作。

讀參數(shù)操作時，上位機通過TCP方式向當前連入的設備IP地址和特定端口發(fā)送命令報文，采集設備收到后進行解析校驗，成功則進行數(shù)據(jù)響應。若校驗失敗，則返回協(xié)議幀頭，上位機顯示讀取失敗信息。同樣，在上位機對RTU設備進行寫參數(shù)操作時，響應模式同上。然后逐一對在線設備完成IP等參數(shù)配置。

連入該設備時，可實現(xiàn)實時控制RTU進行數(shù)據(jù)采集、上傳。實現(xiàn)單井數(shù)據(jù)的采集、查看功能。

上位機與采集設備RTU CFG配置由通信數(shù)據(jù)幀頭和數(shù)據(jù)參數(shù)組成。其中，數(shù)據(jù)幀頭格式如表1示，CFG配置協(xié)議數(shù)據(jù)幀格式如表2示。

表1　CFG配置數(shù)據(jù)幀頭

3）輪詢數(shù)據(jù)采集

可以通過采集管理進入對多設備的多命令輪詢數(shù)據(jù)采集。按照Modbus TCP協(xié)議，通過對Address、Device ID、Length以及Modbus pt參數(shù)配置，基于Modbus命令報文的編譯，再通過上位機多線程技術(shù)發(fā)送給采集設備，可同時實現(xiàn)對同一個設備進行數(shù)據(jù)采集的多個不同的命令配置，即遠程控制RTU設備執(zhí)行多個不同的采集命令。設定好輪詢的采集時間間隔，便可以進行自動數(shù)據(jù)采集。

表2　CFG配置協(xié)議數(shù)據(jù)參數(shù)

輪詢采集流程圖如圖4所示。

圖4　輪詢采集控制流程圖

4）遠程Oracle數(shù)據(jù)庫的存儲、讀取

采集到的數(shù)據(jù)，按照Modbus協(xié)議進行數(shù)據(jù)解析，經(jīng)過特定算法處理，將模擬量轉(zhuǎn)換為實際值進行實時顯示，并操作Oracle存儲過程將數(shù)據(jù)進行入庫、更新。

Oracle數(shù)據(jù)庫遠程登陸子程序核心代碼如下：

①主機名=編輯框_主機名.內(nèi)容

②數(shù)據(jù)庫名=編輯框_數(shù)據(jù)庫名.內(nèi)容

③用戶名 =編輯框_登錄用戶.內(nèi)容

④用戶密碼=編輯框_登錄密碼.內(nèi)容

⑤標簽_信息顯示.標題=“正在連接數(shù)據(jù)庫，請稍候......”

⑥標簽_信息顯示.刷新顯示 （）

⑦是否連接成功 =數(shù)據(jù)庫_連接.打開（“DRIVER=｛Oracle in instantclient10_2｝；DBQ=//”+主機名+“/”+數(shù)據(jù)庫名+“；UID=”+用戶名 +“；PWD=”+用戶密碼 +“；”，，，）

⑧如果真 （是否連接成功=假）

標簽_信息顯示.標題=“數(shù)據(jù)庫連接失敗！”+#換行符 +數(shù)據(jù)庫_連接.最后錯誤

返回 （）

如果真結(jié)束

⑨_啟動窗口.標題 =“數(shù)據(jù)庫連接成功！”

執(zhí)行代碼⑦需要在本地計算機上安裝oracle客戶端，以便遠程訪問oracle服務端。

4　主要界面及運行效果

所研發(fā)的軟件經(jīng)過測試，數(shù)據(jù)采集解析正常，并能夠正確進行數(shù)據(jù)顯示和存儲，實現(xiàn)了預定功能。下面簡要介紹其主要界面及運行效果。

1）在線設備偵測界面

如圖5所示，程序啟動后，通過進入在線設備偵測界面，可通過掃描或刷新按鈕來對局域網(wǎng)內(nèi)的在線RTU設備在線偵測。該模塊通過UDP方式，向局域網(wǎng)內(nèi)的廣播地址發(fā)送偵測命令包，采集設備通過設定端口監(jiān)聽到廣播數(shù)據(jù)包進而響應來實現(xiàn)。

2）輪詢管理界面

如圖6所示，通過更新按鈕將需要輪詢的設備IP加入到輪詢設備IP列表中，也可以自定義設備IP，或刪除。按照Modbus協(xié)議，采用類似ModScan32工具的參數(shù)設定，進行采集命令的編譯后，設定好輪詢采集間隔時間后，便開始進行輪詢采集。采集到的數(shù)據(jù)一方面動態(tài)顯示，同時進行Oracle數(shù)據(jù)庫存儲。

圖5　在線設備偵測界面

圖6　輪詢管理界面

5　結(jié)束語

油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)是以提高油田管理水平、油井產(chǎn)量、系統(tǒng)效率為目的，集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、控制執(zhí)行于一體的硬軟件綜合平臺。所研發(fā)的系統(tǒng)軟件經(jīng)過測試，運行良好、性能穩(wěn)定。人機界面友好，操作簡單實用，現(xiàn)有功能可以滿足油田現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與管理的需求。

［1］華镕.從Modbus到透明就緒:施耐德電氣工業(yè)網(wǎng)絡的協(xié)議、設計、安裝和應用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2009.

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［4］尹嘉鵬.無線遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)［D］.大連：大連理工大學，2013.

［5］董小雷，劉志芳.易語言中模塊的使用研究［J］.唐山師范學院學報，2007（5）：95-96.

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［7］QIU Long-jin，GAO Guang-qiang.A remote hot standby systemof oracle［C］.Proceedings of 2012International Conference on Image，Vision and Computing（ICIVC 2012），2012.

Design and development of data acquisition and management system for oilwell production

LIFeng-min1，PAN Ju-chen1，SONG Song1，ZHAO Chong2，LIANG Hua-qing2
（1.Data Center of North China Oil Field，Renqiu 062552，China；2.College of Geophysics and Information Engineering，China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

The designed data acquisition and management system software for oil well production，controls remote terminal units（RTUs）and can automatic acquire，transmit，store and display production parametersofoilwells in real-time.Based on the E-Language visual development environment and Oracle9I database，the system softwaremakes full use of API，COM，DLL，OCX and other components to develop the UIinterface andmain functions.The key functionmodulesof the software and their realization technology are introduced in detail.The system isdeployed in the oil field，which can realize the real-timeand efficientsupervision ofoilwellproduction，make a comprehensive and quick diagnosisofproduction problems，and ensure the safe operation ofoilwells.

oilwell production data；acquisition andmanagement software；Oracle database；E-Language

TN919

A

1674-6236（2016）19-0018-04

2015-10-15稿件編號：201510090

國家發(fā)改委下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧油田的應用示范項目（CNGI-12-03-043）

李鳳民（1964—），男，河北館陶人，高級工程師。研究方向：油田自動化。