CN111364954A - 一种用于油井注水的上位机控制系统及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于油井注水的上位机控制系统及其应用方法。该上位机控制系统包括主控程序模块和多个功能模块，多个功能模块至少包括数据处理模块和命令控制模块；主控程序模块应用单生产者多消费者模式；数据处理模块用于通过串口从下位机获取注水设备发来的油井注水数据，对油井注水数据进行校验；主控程序模块用于对校验通过的油井注水数据进行初步处理后分发给各个功能模块；命令控制模块用于向下位机发送用于控制注水设备动作的控制命令；数据处理模块还用于对数据进行录入数据库等下一步处理。该上位机控制系统，用于实时操控各种注水设备，记录处理油井注水数据，以便对突发情况做出快速到位的响应，符合“智能油田”的理念。

Description

一种用于油井注水的上位机控制系统及其应用方法

技术领域

本发明涉及油井注水控制技术领域，具体涉及一种用于油井注水的上位机控制系统及其应用方法。

背景技术

油井注水是保持油层压力的有效手段，是油田长期稳产高产，提高采油速度和最终采收率的有效措施。油井注水过程通常在地下几千米的深度进行，伴随着大量的注水数据，包括注水流量、井下温度、注水管内侧压力、注水管外侧压力、限位开关开度等等。油田工作人员需要直观及时准确地了解记录所有这些生产数据，才能更好地认识到井下环境变化，进而更好地掌握控制油井注水过程。

目前的油井注水数据记录方式和操作注水设备普遍是人力手动记录操作方式，即油田工作人员亲自去各个油井，手动操作井下注水设备，观察传感器和自动化仪表反馈显示的各种生产数据，记在纸质或者其他介质的数据报表上，最后保存到电脑或者其他设备里。这种人力手动方式存在一些缺点：1、油井注水一般是在野外进行，环境艰苦，且伴随甲烷、硫化氢等各种易燃易爆有毒物质，注水过程中事故隐患较多，人力记录注水数据和操作注水设备具有一定的风险性和危险性；2、油田各个油井极为分散，距离遥远，油田工作人员去各个油井，耗费大量时间，并且无法在注水后的第一时间立刻了解记录注水数据，效率低下；3、对注水数据进行分析然后操作注水设备更好地注水，也是依赖油田工作人员亲自去现场手动完成，导致联合站对井下注水各种突发情况反应迟钝；4、将数以千计甚至万计的纸质或者其他介质的数据报表通过人工录入到电脑里或者其他设备，浪费大量人力，且容易出错。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种用于油井注水的上位机控制系统及其应用方法，用于实时操控各种注水设备，记录处理保存大量的油井注水数据，以便对油井注水各种突发情况做出快速到位的响应。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下。

第一方面，提供一种用于油井注水的上位机控制系统，包括主控程序模块和多个功能模块，所述多个功能模块至少包括数据处理模块和命令控制模块；所述主控程序模块，应用单生产者多消费者模式，负责线程池中多个子线程的调度、唤醒、睡眠，建立各个子线程和各个功能模块之间的信号连接，对各个功能模块进行逻辑控制；

所述数据处理模块，用于通过串口从下位机获取注水设备发来的油井注水数据，对油井注水数据进行校验，将校验通过的数据发送给所述主控程序模块；

所述主控程序模块，用于对收到的油井注水数据进行初步处理，将初步处理后的数据分发给所述命令控制模块和所述数据处理模块；

所述命令控制模块，用于根据主控程序模块发来的数据，向下位机发送用于控制注水设备动作的控制命令；

所述数据处理模块，还用于对主控程序模块发来的数据进行下一步处理，所述下一步处理至少包括录入数据库。

一种可能的实现方式中，所述主控程序模块进行的初步处理包括对油井注水数据进行拆分、进制转换、浮点运算中的至少一种。

一种可能的实现方式中，所述主控程序模块还用于控制人机交互设备显示油井注水数据中的部分或全部。

一种可能的实现方式中，所述控制命令包括控制注水设备进行以下全部或部分操作：电机正转、电机反转、电机停止、流量自动调节、发送流量计数据、不发送流量计数据、存储数据、发送被存储的数据、选择井下不同深度的板卡。

一种可能的实现方式中，所述下一步处理还包括数据库历史数据回溯、历史数据曲线显示、历史数据批量缓存导出到Excel文件、实时动态曲线显示、实时动态饼图显示中的部分或全部。

一种可能的实现方式中，还包括用户管理模块，用于管理用户操作权限，包括定义多类不同权限的用户，对每一个登录用户判断类别，赋予该用户不同的操作权限。

一种可能的实现方式中，所述用户管理模块还用于：收到所述主控程序模块发来的数据后，判断当前登录用户的权限，指示所述主控程序模块为该用户展示相应的数据。

一种可能的实现方式中，系统还包括软件配置模块，用于设置和存储配置信息，实现系统功能个性化。

一种可能的实现方式中，所述软件配置模块还用于：收到所述主控程序模块发来的数据后，根据自定义设置和个性化功能，将不同的数据分别反馈给用户和转到开发者后台调试。

第二方面，提供一种如第一方面所述的用于油井注水的上位机控制系统的应用方法，包括：

上位机的主控程序模块应用单生产者多消费者模式，建立各个子线程和各个功能模块之间的信号连接，其中，所述主控程序模块负责线程池中多个子线程的调度、唤醒、睡眠，以及对各个功能模块进行逻辑控制，各个功能模块至少包括数据处理模块和命令控制模块；

所述数据处理模块通过串口从下位机获取注水设备发来的油井注水数据，对油井注水数据进行校验，将校验通过的数据发送给所述主控程序模块；

所述主控程序模块对收到的油井注水数据进行初步处理，将初步处理后的数据分发给所述命令控制模块和所述数据处理模块；

所述命令控制模块根据主控程序模块发来的数据，向下位机发送用于控制注水设备动作的控制命令；

所述数据处理模块对主控程序模块发来的数据进行下一步处理，所述下一步处理至少包括录入数据库。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明用于油井注水的上位机控制系统，用于实时操控各种注水设备，记录处理保存大量的油井注水数据，以便对油井注水各种突发情况做出快速到位的响应，符合“智能油田”的理念。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明实施例提供的一种上位机控制系统的结构示意图；

图2是本发明一个实施例中的主控程序模块的具体控制流程图；

图3是本发明一个实施例中的命令控制模块的具体控制流程图；

图4是本发明一个实施例中的数据处理模块的具体控制流程图；

图5是本发明一个实施例中的用户管理模块的具体控制流程图；

图6是本发明一个实施例中的用户管理模块的具体控制流程图；

图7是本发明实施例提供的一种上位机控制系统的应用方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面通过具体实施例，分别进行详细的说明。

请参考图1，本发明的一个实施例，提供一种用于油井注水的上位机控制系统。可选的，所述上位机例如是PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)，所述上位机控制系统例如是用于部署在上位机的软件系统。该系统的目的在于实时操控各种油井注水设备，并且在注水全过程中自动录入、计算、处理、保存、追溯大量的油井注水数据。

该系统包括主控程序模块11和多个功能模块，所述多个功能模块至少包括数据处理模块12和命令控制模块13，还可以包括用户管理模块14、软件配置模块15、软件界面风格设计美化模块16等。其中，命令控制模块13主要可用于给下位机发送控制注水设备的控制命令，数据处理模块12主要可用于数据自动录入保存追溯实时显示，用户管理模块14主要可用于用户操作权限管理，软件配置模15主要可用于保存软件自定义配置实现软件功能个性化，软件界面风格设计美化模块16主要可用于软件界面风格设计美化处理。可选的，主控程序模块11和上述各个功能模块之间，都可以进行双向交换数据和彼此逻辑控制。

下面，对本发明的上位机控制系统的各个模块进一步详细说明。

(一)主控程序模块

该主控程序模块，是整个系统的控制中枢，应用单生产者多消费者模式，负责线程池中多个子线程的调度、唤醒、睡眠，建立各个子线程和各个功能模块之间的信号连接，对各个功能模块进行逻辑控制，以及对各个功能模块的数据交换，与用户进行人机交互的控制等。

如图2所示，所述主控程序模块的具体控制流程可包括：

(1)对系统整体上的全部初始变量赋初值，在堆和栈上声明和定义各个子线程以及各个功能模块；

(2)建立各个子线程和功能模块之间的信号连接；

(3)调度各个子线程，包括对子线程的唤醒、挂起、睡眠等操作；

(4)及时检查和清空共享内存，进行数据交换和逻辑控制。

(二)命令控制模块

该命令控制模块可采用Serial Modbus串口通信协议，使用9600bps的波特率，可降低远距离通信中的误码率和实时检测是否与下位机建立通信连接。通过对下位机发送控制命令实现对注射设备进行电机正转、电机反转、电机停止、流量自动调节、发送流量计数据、不发送流量计数据、存储数据，发送被存储的数据、选择井下不同深度的板卡等一系列控制。

如图3所示，命令控制模块的具体控制流程可包括：

(1)设置串口的各个属性，包含串口名称、波特率、数据位、停止位、流控等等；

(2)唤醒子线程，打开串口；

(3)检查和实时监控串口是否正确连接下位机；

(4)发送控制注水设备进行一系列动作的各个控制命令；

(5)关闭串口，退出子线程。

(三)数据处理模块

该数据处理模块可用于首先对下位机通过串口发来的各项油井注水数据进行循环冗余校验(CRC)，摒弃发生误码的数据，确保要处理的数据的准确性。然后将通过循环冗余校验(CRC)的数据发给主控程序模块，以及进行下一步处理等。下一步处理例如包括录入SQLite3数据库、SQLite3数据库历史数据回溯、历史数据曲线显示、历史数据批量缓存导出到Excel文件、实时动态曲线显示、实时动态饼图显示等等。

主控程序模块可以将经过数据处理模块进行下一步处理的各项油井注水数据中的部分或全部通过人机交互设备显示给用户。

如图4所示，该数据处理模块的具体控制流程可包括：

(1)定义串口通信协议，设置帧头和帧尾，确保数据完整性；

(2)对串口每一次接收到的数据都进行循环冗余校验(CRC)；

(3)结合多线程技术将通过校验的数据做出下一步处理；

(4)将经过校验的数据、和/或下一步处理后的各项油井注水数据发送给主控程序模块，进而可反馈给用户观察。

(四)用户管理模块

该用户管理模块用于管理用户操作权限，可包括：首先定义三类不同权限的用户，例如分别是超级管理员用户、管理员用户和普通用户，将每类用户的用户名、密码、权限都保存到SQLite3数据库里；然后对每一个登录本软件系统的用户判断其类别，进而赋予其不同的操作权限，使不同类别的用户能进行的操作和控制也各不相同。此外，该用户管理模块还可以支持超级管理员用户定义添加新用户。

如图5所示，该用户管理模块的具体控制流程可包括：

(1)软件操作人员输入某一用户名和密码然后登录软件；

(2)判断此用户的操作权限；

(3)给予此用户对应的操作控制界面；

(4)不同用户，进行不同的管理和控制。若是超级管理员用户，还会有对应的添加新用户功能。

(五)软件配置模块

该软件配置模块可采用QSettings类和ini配置文件来设置和存储软件的配置信息，使用ini文件中的节、键、值保存用户对软件的配置和设定，实现软件的自定义设置和个性化功能。

如图6所示，该软件配置模块的具体控制流程可包括：

(1)管理员用户登录软件，打开软件设置窗口；

(2)对软件进行设置自定义和功能个性化；

(3)确认保存，即可将配置信息保存到ini文件里；

(4)下次登陆软件，即可自动加载保存在ini文件里的软件配置信息。

(六)软件界面风格设计美化模块

该软件界面风格设计美化模块，可使用QSS(Qt Style Sheets，Qt的样式表)、QML(QtMetaLanguage或者QtModelingLanguage，一种声明式脚本语言)以及C++后台代码来交叉实现软件界面的风格设计美化，使得本软件系统契合油田联合站调度室操作软件的风格。

请参考图7，本发明的一个实施例，还提供一种如上文所述的用于油井注水的上位机控制系统的应用方法。

该方法以油井注水数据为逻辑主线。油井注水数据的接收和处理贯穿整个系统处理过程的始终，涉及到整个系统的主控程序模块和各个功能模块，支撑起整个系统的设计架构。油井注水数据的整体处理流程图如图7所示，实现了在注水全过程中自动录入、计算、处理、保存、追溯大量的油井注水数据，并且能实时操控井下注水设备作业。

如图7所示，该方法的具体流程可包括：

S1.上位机串口定义串口通信协议，实时接收井下注水设备发来的各项油井注水数据。

S2.数据处理模块对油井注水数据进行循环冗余校验(CRC)，确认无误后，将数据发送给主控程序。

S3.主控程序对油井注水数据进行拆分、进制转换、浮点运算等一系列初步处理后，将各项数据分发给各个功能模块。

S4.命令控制模块接收到主控程序发来的数据后，可对数据进行对比、复核，即可采取自动控制方式或人工控制方式，给下位机发送一系列控制命令，操作井下注水设备作业，包括对下位机发送进行电机正转、电机反转、电机停止、流量自动调节、发送流量计数据、不发送流量计数据、存储数据，发送被存储的数据、选择井下不同深度的板卡等一系列控制命令。

S5.数据处理模块收到主控程序发来的数据后，可开启多线程同时访问处理数据，将数据进行下一步处理，例如包括把数据录入SQLite3数据库、SQLite3数据库历史数据回溯、历史数据曲线显示、历史数据批量缓存导出到Excel文件、实时动态曲线显示、实时动态饼图显示等等。

S6.用户管理模块收到主控程序发来的数据后，首先判断当前登录用户的权限，进而给不同操作权限的用户展示对应的数据，使得不同操作权限的用户根据显示的数据对井下注水设备进行不同的操控；

S7.软件配置模块收到主控程序发来的数据后，可以结合管理员用户给软件制定的自定义设置和个性化功能，决定哪些油井注水数据显示反馈给用户、哪些油井注水数据转到开发者后台调试里。

综上，本发明实施例公开了一种用于油井注水的上位机控制系统极其应用方法。从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明用于油井注水的上位机控制系统，用于实时操控各种注水设备，记录处理保存大量的油井注水数据，以便对油井注水各种突发情况做出快速到位的响应，符合“智能油田”的理念。

该上位机控制系统针对油田联合站普遍使用低配置电脑的特点，应用单生产者多消费者模式，时刻清理内存，降低占用内存，提高软件实时数据吞吐量。

该上位机控制系统可自动定时对数据库进行清理，减少耗费的硬盘存储空间，提升软件性能。

该上位机控制系统充分考虑到工控机操作系统繁多的特点，代码可同时兼容Windows系统和Linux系统，可以方便地移植到搭载不同操作系统的工控机上，降低油田生产成本。

该上位机控制系统重构底层代码，充分利用OpenGL绘图渲染技术和缓存技术，可以在低配置电脑上流畅运行丰富多彩的图形界面和轻松计算处理百万级别的油井注水数据，提高人机交互性能。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

上述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于油井注水的上位机控制系统，其特征在于，

包括主控程序模块和多个功能模块，所述多个功能模块至少包括数据处理模块和命令控制模块；所述主控程序模块，应用单生产者多消费者模式，负责线程池中多个子线程的调度、唤醒、睡眠，建立各个子线程和各个功能模块之间的信号连接，对各个功能模块进行逻辑控制；

所述数据处理模块，用于通过串口从下位机获取注水设备发来的油井注水数据，对油井注水数据进行校验，将校验通过的数据发送给所述主控程序模块；

所述主控程序模块，用于对收到的油井注水数据进行初步处理，将初步处理后的数据分发给所述命令控制模块和所述数据处理模块；

所述命令控制模块，用于根据主控程序模块发来的数据，向下位机发送用于控制注水设备动作的控制命令；

所述数据处理模块，还用于对主控程序模块发来的数据进行下一步处理，所述下一步处理至少包括录入数据库。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述主控程序模块进行的初步处理包括对油井注水数据进行拆分、进制转换、浮点运算中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述主控程序模块还用于控制人机交互设备显示油井注水数据中的部分或全部。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述控制命令包括控制注水设备进行以下全部或部分操作：电机正转、电机反转、电机停止、流量自动调节、发送流量计数据、不发送流量计数据、存储数据、发送被存储的数据、选择井下不同深度的板卡。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述下一步处理还包括数据库历史数据回溯、历史数据曲线显示、历史数据批量缓存导出到Excel文件、实时动态曲线显示、实时动态饼图显示中的部分或全部。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

还包括用户管理模块，用于管理用户操作权限，包括定义多类不同权限的用户，对每一个登录用户判断类别，赋予该用户不同的操作权限。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，

所述用户管理模块还用于：收到所述主控程序模块发来的数据后，判断当前登录用户的权限，指示所述主控程序模块为该用户展示相应的数据。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

还包括软件配置模块，用于设置和存储配置信息，实现系统功能个性化。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，

所述软件配置模块还用于：收到所述主控程序模块发来的数据后，根据自定义设置和个性化功能，将不同的数据分别反馈给用户和转到开发者后台调试。

10.一种如权利要求1所述的用于油井注水的上位机控制系统的应用方法，其特征在于，包括：

上位机的主控程序模块应用单生产者多消费者模式，建立各个子线程和各个功能模块之间的信号连接，其中，所述主控程序模块负责线程池中多个子线程的调度、唤醒、睡眠，以及对各个功能模块进行逻辑控制，各个功能模块至少包括数据处理模块和命令控制模块；

所述数据处理模块通过串口从下位机获取注水设备发来的油井注水数据，对油井注水数据进行校验，将校验通过的数据发送给所述主控程序模块；

所述主控程序模块对收到的油井注水数据进行初步处理，将初步处理后的数据分发给所述命令控制模块和所述数据处理模块；

所述命令控制模块根据主控程序模块发来的数据，向下位机发送用于控制注水设备动作的控制命令；

所述数据处理模块对主控程序模块发来的数据进行下一步处理，所述下一步处理至少包括录入数据库。

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