基于LabVIEW之油田环境数据采集写论文软件设计

第一章引言

1.1论文背景及意义
我国的石油蕴含量丰富。如何高效、安全的采集石油，是每个坚守在石油工作人员的希望，也同样是每个科学研究者的理想。然而，在油田环境工作可能存在的一些危险。虽然，我国对于油田釆油的安全性加大了整治的力度。但是，近几年的油田采油安全问题还比较严重。袖田事故也时有发生，这不仅给每个家庭带来伤害，同时会给国家、社会带来了巨大的损失。由于油田环境油井采油过程中对各个参数的不了解以及没有及时做到控制而发生事故也屡见不鲜。发生这些事故的油井除了本身的地质条件外，大都是认为是观察油井参数的不及时所造成。有的可能是因为油田采集没有安装国家规定的那些用于监测的仪器。还有的是虽安装了监测仪器，可是不重视。这些情况都是一些不合法的行为。所以，油井工作时油井的每个参数是否正常是至关重要的。例如湿度是否合适，温度是偏高还是过低，载荷和位移是否超出正常指标等。那些超出正常值的油井参数得不到及时的处理，就会产生安全隐患。如果油井工作的每个参数都能够实现实时动态监测。那样就油井的工作人员就会很容易了解油井的工作情况。从而，可以提高油井采油工作的安全性。同时也可以提高工作人员效率，从而降低人力、物力、财力的浪费。那么如何提高油田环境的智能化呢？这就需要对油井的参数有及时的了解。油田工作人员可以根据油井的温度、湿度、红外、电压、光敏和烟雾等参数来判断油井的工作状况。对于这些参数的采集主要用到的是相应的传感器。而且油田地处偏远，每个油井离数据监测中心相隔距离遥远的实际情况。如果采用有线方式采集油田油井参数，会造成布线的浪费。而且，对于有线的维护比较困难。油田环境的数据采集采用无线传输方式更合适。利用无线传感器采集数据并通过ZigBee组网实现数据的传输。在监测中心利用软件编程实现数据的显示和存储。
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1.2国内外油田环境监測的现状及发展趋势
从二十世纪的八十年代末开始，油田环境油井参数远程监控在国外就已经达到分布式的阶段⑴。进入21世纪之后，国外的石油钻井技术也实现了自动化。从原油的开采，到油气储存和运输都可以自动化的运行。例如，近700 口油井在巴丙Bahia州被开采。在这近700 口的油田油井中都安装上了基于人工智能的PLCs自动控制系统％这样旳智能化的采油技术不仅使得油田工作人员减轻了原油开采过程中，必须时时刻刻检测油井运行参数的工作，而且还可以根据采集的参数优化采油系统。实现高效节能的采油工作。从近些年的真实研究成果来说。在1998-2002年期间，科威特石油公司幵发了石油勘测与油田参数管理系统⑴。这个系统便成为了油田环境石油的开采与数据管理系统的典范。该系统的最关键的作用是可以提供可靠性、质量性都比较高的现场油井工作参数的信息。这些油井参数对于油田工作人员和研究人员，例如石油工程师、地质专家、技术监管等有很高的利用价值[3]。通过油井的工作参数油田工作人员可以实时控制采油设备的采油工作。而研究人员可以从得到的真实数据中进行进一步的研究。从而，可以很好的实现油田环境的集中管理、分散监控、信息共享等。
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第二章系统总体设计

2.1系统的总体设计
本项目主要是在油田环境下对油井工作状态的各个参数进行动态的采集以及在数据监控中心对于参数的图形化显示和MySQL数据库对数据的存储。该项目的整体设计方案可以分为三个部分：一、ZigBee无线传感器网络部分；二、油田油井参数远程网络传输部分；三、基于LabVIEW来设计数据监测中心的软件部分。整体方案实现的过程是：首先是通过无线传感器釆集油井的各个参数。再通过ZigBee技术组建无线传感器网络。然后，实现基于GSM的ARM网关，该网关移植了 Linux系统。此网关通过GSM网络把采集到的数据传输到远程的检测中心。监测中心的上位机软件可以动态实时的图形化显示油田环境参数。与此同时，还需要通过MySQL数据库对油井参数实现存储和管理。系统的整体设计如图2.1。对于远程数据的网络传输主要是采用的GSM传输。网关将无线网络的数据通过串口RS232发送到GSM模块，GSM模块在通过GSM网络将数据发送到远程监测中心。
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2.2软件设计技术

随着计算机软件的高速发展，虚拟仪器正一步一步走进人们的视野。相比于传统仪器，虚拟仪器有很多优势。现在的计算机编程语言可以分为两类。第一类是利用文本进行编程的语言，如:C++Builder、Visual C+ +、Visual BASIC、Java、QT 等；第二类是图形化编程语言[11]。例如：本论文主要使用的是的LabVIEW软件的G语言进行编程。本文主要研究的是数据监测中心的软件设计。对于油田环境参数的实时动态的显示，如何才能更加直观、易懂呢？釆用LabVIEW的G语言编程不仅可以减少编程难度，而且可以把采集到的参数实现图形化的显示。LabVIEW集合了很多虚拟仪器控件[12]。现在虚拟仪器的提供商也越来越多。例如，除了本文在监测中心实现数据显示所用的LabVIEW。还有HP公司的VEEEE，iOtech公司的DASLab等。其中，NI公司的LabVIEW是这些软件里最具特色的。它在全世界的销量也是名列前茅的。由于MySQI具有这些有点，本论文对数据库的管理主要采用的是MySQL数据库。而且除了上述特性外,MySQL还具线程的内存分配系统，提供了事务和非事务存储引擎等特点。以上所诉的MySQL数据库所具有的特点。也是本文选择MySQL实现数据监测中心数据管理的原因。
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第三章基于MySQL的数据库设计.......... 11
3.1系统需求分析 .......11
3.2数据库表的设计....... 12
3.3本章小结 .......17
第四章基于LabVIEW的数据监测中心软件设计 .......18
4.1 LabVIEW的虚拟仪器技术....... 18
4.2 LabVIEW编程语言简介....... 18
4.3 LabVIEW中网络编程....... 19
4.3.1 UDP 协议 .......19
4.3.2 LabVIEW中网络编程设计....... 20
4.4 线程....... 25
4.5图形化显示数据程序设计....... 26
4.6 LabVIEW访问MySQL数据库设计....... 31
4.7本章小结....... 39
第五章总结....... 40

第四章基于Lab VIEW的数据监测中心软件设计

4.1 LabVIEW的虚拟仪器技术
随着现代工业智能化的发展，对于仪器的要求也越来越高。传统的仪器再也满足不了人们对仪器的需求。相比于现在先进的虚拟仪器，传统仪器的劣势是仪器之间的配合度很差，并且只能使用厂家出厂时制定的功能。而且价格昂贵，仪器的维护都需要专门的人员提供上门服务，维护仪器需要消耗大量的人力，财力。人机交互界面也不是很友好。然而计算机技术的快速发展，虚拟仪器逐步走进了人们的视野。虚拟仪器克服了很多传统仪器的缺点。而且，还具有技术更新周期短，价格低廉、仪器可以重复利用、可以和周围网络方便连接等优点。其最大的优势是用户可以根据自己的需求来设计虚拟仪器的功能。对于本项目基于油田环境的数据采集，要实现数据监测中心对油井参数直观的观测。所要选用LabVIEW软件就在其前面版中提供了很多控件，图表、按钮等。这些控件可以实现用户对？虚拟仪器的创建。所以，LabVIEW所编写的程序也叫做虚拟仪器。它得名于它的功能和现实中的硬件仪器相当类似。主耍的优点是用户可以通过编程实现仪器的功能更改和设置。LabVIEW比较适合应用到做研究的实验室内。或者是一些常常需要更换仪器设备的场所。LabVIEW还具有很好的实时性，而且支持数据采集板和串口设备、工业现场总线等。也支持用户特殊的板卡。免费提供给全世界各大厂商的600多种驱动程序。例如GPIB、串口、VXI、CAMMAC等仪器设备的驱动程序。这也是本文选择LabVIEW作为数据监测中心开发软件的原因之一。

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结论

本论文是油田环境下基于LabVIEW实时数据釆集软件设计系统。由于油田环境恶劣，油井分布广泛。所以本项目是利用无线传感器采集油井参数，Zigbee实现组网，并将检测到的数据通过GSM网络传送到数据监测中心。最终在上位机上实现油井参数的动态显示，并通过数据库实现油井参数的保存和管理。本文研究的成果主要包括：
1.介绍了油田油井采油的国内外现状，并且对本论文的来源、研究背景和研究意义和做出详细分析和介绍。
2.介绍了本项目的整体研究框架，对本项目实现的硬件设备的功能和设备组成做出了详细介绍。并且对本论文的核心技术一LabVIEW软件和MySQL数据库做出简单介绍。
3.结合本项目的整体需求和数据库的选择，选择MySQL数据库对采集的数据实现存储和管理。并且，对数据库表的设计和每个表的作用做出详细分析和介绍。
4.对于本论文的重点实现实时数据的显示程序所用到的关键技术：通过G语言编程实现基于UDP的网络数据接受程序，并且利用了多线程技术。以及整个监测中心数据采集，显示与保存的程序设计。
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参考文献（略）