·開發(fā)設(shè)計·

SCW-530無線傳感器采集系統(tǒng)軟件設(shè)計

董雪松1馬繼兵2苑洪偉2

(1.中石化華北石油工程有限公司錄井分公司河南鄭州450006;

2.中國電子科技集團公司第二十二研究所河南新鄉(xiāng)453000)

摘要：為了更好的適應(yīng)當(dāng)前大規(guī)模石油勘探開發(fā)和鉆探提速的需要，有效解決傳統(tǒng)有線傳感器存在的安裝布線困難、易受外力破壞等問題，隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，研發(fā)了SCW-530無線傳感器采集系統(tǒng)。為了使該系統(tǒng)便于擴充，系統(tǒng)軟件采用了模塊化分層設(shè)計，成功掛接多種型號錄井儀，并可以應(yīng)用到其它設(shè)備上。該系統(tǒng)在現(xiàn)場應(yīng)用效果良好，軟件性能穩(wěn)定，在多油田多設(shè)備上推廣使用表明，軟件模塊化分層設(shè)計是一種值得推薦的設(shè)計方式。

關(guān)鍵詞：SCW-530；傳感器；模塊化；分層設(shè)計

作者簡介：第一董雪松，男，1978年生，助理工程師， 2006年7月畢業(yè)于中國石油大學(xué)石油工程專業(yè)，現(xiàn)在中石化華北石油工程有限公司錄井分公司從事儀器工作。E-mail:dxscxm@qq.com

文章編號：中圖法分類號：TN919

收稿日期：(2014-07-10編輯：韓德林)

Software Design of SCW-530 Wireless Sensor Data Acquisition SystemDONG XuesongMA JibingYUAN Hongwei

(1.MudLoggingCompangofSinopecChinaPetroleumEngineeningCO.,Ltd,Zhengzhou,Henan450006,China;

2.ChinaElectronicsTechnologyGroupCorporationNo.22ResearchInstitute,Xinxiang,Henan453003,China)

Abstract：In order to meet the needs of lager oil exploration and development and drilling speed up, SCW-530 wireless sensor data acquisition system is developed. The problems of traditional sensors installation with cable difficulties and vulnerable to external forces are solved. The system is easy to be extended and module layered designed. The system is applied to many types of mud logging units successfully and can be used on other equipments. Field application results are good and software performance is stable. Wide usage of the system in oil field has improved that software module layered design is a recommendable design method.

Key word： SCW-530, wireless, sensor, module layered design

0引言

目前在錄井作業(yè)中使用的傳感器采集技術(shù)主要分為常規(guī)多總線和單根總線(CAN、485等)兩種采集和傳輸方式，它們都存在安裝布線困難、拆卸麻煩易受雷電及外力破壞等問題。SCW-530無線傳感器采集系統(tǒng)(以下簡稱SCW-530系統(tǒng))可以有效解決現(xiàn)有傳感器采集、傳輸方式的弊端，其具有低功耗、集成化、小型化、高可靠的特點，可以很好的適應(yīng)當(dāng)前大規(guī)模石油勘探開發(fā)和鉆探提速的需要[1、2]。

1SCW-530系統(tǒng)

SCW-530系統(tǒng)實現(xiàn)了綜合錄井所有傳感器的無線化和低功耗設(shè)計。通過二次開發(fā)，可掛接各種型號的錄井、鉆井監(jiān)測設(shè)備，將傳統(tǒng)傳感器采集系統(tǒng)升級為無線傳感器采集系統(tǒng)。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1　SCW-530系統(tǒng)構(gòu)成

SCW-530系統(tǒng)由一定數(shù)量的節(jié)點(集成了低功耗傳感器、數(shù)據(jù)處理和無線通信模塊)構(gòu)成的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。無線傳感器主節(jié)點負責(zé)所有傳感器采集數(shù)據(jù)的匯總接收，它是無線傳感器采集系統(tǒng)的核心。主節(jié)點提供的輸出接口包括RS232、USB及422三種接口形式，RS232和USB接口可直接連接計算機，422接口則通過室內(nèi)采集模塊轉(zhuǎn)接RJ45網(wǎng)線接口輸出間接連接至計算機。

系統(tǒng)的主要技術(shù)特點：

1)節(jié)約成本，分體設(shè)計，消耗低；

2)使用安全，抗干擾，防雷擊；

3)傳輸可靠，傳輸質(zhì)量高、距離遠；

4)維護簡便，維修簡便、快速恢復(fù)；

5)快速拆裝，拆裝快，可整體遷移；

6)擴展性強，統(tǒng)一接口、快速擴展。

2軟件設(shè)計

設(shè)計原則。基于模塊化的設(shè)計思想，實現(xiàn)充分適應(yīng)不同用戶需求情況下的傳感器配套問題；采用核心處理模塊化，輸出接口分層封裝成不同形式，便于第三方設(shè)備使用，也便于后續(xù)系統(tǒng)軟件升級與二次開發(fā)。

基于上述設(shè)計原則，SCW-530系統(tǒng)軟件主要由四個單元構(gòu)成，其中包括信號采集、數(shù)據(jù)傳輸、采集系統(tǒng)和配置軟件。信號采集單元是數(shù)據(jù)交互中心，而數(shù)據(jù)傳輸和采集系統(tǒng)是對信號采集單元的二次分層封裝，配置軟件單元是系統(tǒng)配套配置軟件，軟件架構(gòu)如圖2所示。

信號采集單元。采用動態(tài)鏈接庫形式，負責(zé)通過網(wǎng)口或者串口進行原始信號的采集，以及對SCW-530系統(tǒng)進行傳感器配置和控制，可以實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)交互。

數(shù)據(jù)傳輸單元。采用COM(組件對象模型)形式，負責(zé)數(shù)據(jù)交互，把第三方應(yīng)用下發(fā)指令轉(zhuǎn)發(fā)到信號采集單元，同時把信號采集單元的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到第三方應(yīng)用中。

采集系統(tǒng)單元。是獨立完整的傳感器采集系統(tǒng)，包括對信號采集單元界面配置，傳感器(包括絞車和泵沖數(shù)字量與模擬量)的標(biāo)定和模擬替代等，可以通過WITS 0標(biāo)準(zhǔn)輸出傳感器物理量。

圖2　系統(tǒng)軟件架構(gòu)

配置軟件單元。是獨立可執(zhí)行軟件，它提供了對信號采集單元界面配置，并可以接受信號采集單元的的原始數(shù)據(jù)。

通過這種模塊化分層設(shè)計，信號采集、數(shù)據(jù)傳輸和采集系統(tǒng)單元，是無線傳感器配套設(shè)備的三種方式。在實際應(yīng)用過程中，可以根據(jù)第三方設(shè)備軟件設(shè)計情況，選擇使用，快速配套。比如DML綜合錄井儀使用信號采集單元方式方便，ALS系列綜合錄井儀使用采集系統(tǒng)單元方式可以快速掛接，DHI錄井儀適用于采用數(shù)據(jù)傳輸單元方式。

3軟件功能

3.1信號采集單元

信號采集單元是SCW-530系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，負責(zé)上位機和無線傳感器之間數(shù)據(jù)交互。一般在實時系統(tǒng)中使用，為了方便實時監(jiān)控，提供了托盤和浮動窗功能，雙擊托盤或者浮動窗，可以彈出實時數(shù)據(jù)監(jiān)控界面，如圖3所示。

圖3　實時監(jiān)控

在圖3中，可以監(jiān)控當(dāng)前采集的數(shù)值，電池電量、無線信號強度、采集狀態(tài)、采集頻率和傳感器類型等。當(dāng)出現(xiàn)電量低、信號低、采集狀態(tài)無效時，將在圖3中以紅色標(biāo)識，同時在浮動窗中顯示，如圖4所示。

圖4　采集異常

信號采集單元是核心單元，作為動態(tài)鏈接庫，對外提供如下接口：

bool SetDaqMethod(int iType);// 0:串口，1：網(wǎng)口

bool SetComPort(int iCom);//設(shè)置串口號

bool SetNetCfg(int []srcIp,int []dstIp,int srcPort,int dstPort);//配置網(wǎng)絡(luò)通訊地址和端口

bool SendSrcData(int inum,byte []bdata);//發(fā)送原始數(shù)據(jù)到下位機

typedef void (* GetSrcData)(int inum,byte []bdata);//下位機返回原始數(shù)據(jù)

DataCallBack(GetSrcData pSrc);//原始數(shù)據(jù)回調(diào)函數(shù)

bool GetChannaleValue(intiId,float []fData);//輸入通道號，返回通道采集值，數(shù)字量是2個，模擬量是1個數(shù)值

3.2數(shù)據(jù)傳輸單元

數(shù)據(jù)傳輸單元。采用COM接口形式，負責(zé)數(shù)據(jù)分發(fā)。COM 主要是為了實現(xiàn)軟件復(fù)用和互操作，并且為基于WINDOWS的程序提供了統(tǒng)一的、可擴充的、面向?qū)ο蟮耐ㄓ崊f(xié)議。它定義了組件程序之間進行交互的標(biāo)準(zhǔn)，第三方應(yīng)用程序可以方便使用。數(shù)據(jù)傳輸單元，提供了SCW-530系統(tǒng)正常工作需要的配置和實時獲取數(shù)據(jù)的接口，具體如下：

STDMETHODIMP ComSetDaqMethod ([in] int iType,[out] BYTE *bState);//設(shè)置工作方式

STDMETHODIMP ComSetComPort([in] int iCom,[out] BYTE *bState);//設(shè)置串口號

STDMETHODIMP ComSetNetCfg([in] int *srcIp,[in] int * dstIp,[in] int srcPort,[in] int dstPort,[out] BYTE *bState);//設(shè)置網(wǎng)絡(luò)通訊配置

STDMETHODIMP ComGetChannaleValue([in] int iId,[out ,size_is(2)]float *fdata,[out]BYTE *bState);//獲取傳感器數(shù)據(jù)

通過提供的接口，第三方設(shè)備軟件，實時接受無線傳感器的數(shù)據(jù)，并進行相關(guān)數(shù)據(jù)處理。

3.3采集系統(tǒng)單元

采集系統(tǒng)。是一個獨立完整的傳感器采集軟件，可用于支持WITS 0標(biāo)準(zhǔn)輸入的設(shè)備，軟件如圖5所示。

采集系統(tǒng)基本功能同配置軟件相同，增加了傳感器的標(biāo)定等功能，可以計算大鉤高度和模擬量傳感器物理值等。通過WITS配置，設(shè)置傳感器的輸出，掛接其它設(shè)備。WITS配置如圖6所示。

圖5　采集系統(tǒng)

在圖6中，可以根據(jù)需要進行輸出配置，并在圖5，點擊“發(fā)送”按鈕進行實時數(shù)據(jù)發(fā)送。

3.4配置軟件單元

配置軟件主要用于對SCW-530系統(tǒng)進行配置和調(diào)試使用，如圖7所示。

在圖7界面，可以配置每個無線傳感器節(jié)點地址，傳感器類型，采集頻率，設(shè)置是否使用等。對SCW-530系統(tǒng)配置完成后，可以監(jiān)測系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并進行調(diào)整。

4現(xiàn)場應(yīng)用

圖6　WITS輸出配置

圖7　配置軟件

SCW-530系統(tǒng)目前可以用于多種設(shè)備，包括ACE系列綜合錄井儀、DML綜合錄井儀、SK2000綜合錄井儀、ALS綜合錄井儀、DHI綜合錄井儀、DLS綜合錄井儀、SLS-2鉆時儀等。

SCW-530系統(tǒng)在大牛地氣田、長慶油田、中原油田、河南油田、西南石油局、大慶油田、青海油田、冀東油田等地區(qū)進行了應(yīng)用，軟件性能穩(wěn)定，系統(tǒng)應(yīng)用效果良好，得到了甲方和小隊專業(yè)人員的普遍認可[3]。

5結(jié)束語

通過軟件模塊化分層設(shè)計，SCW-530系統(tǒng)可以用于不同的設(shè)備，在不同的油田區(qū)塊使用。通過該系統(tǒng)推廣使用表明，軟件模塊化分層設(shè)計是一種值得推薦的設(shè)計方式。

參 考 文 獻

[1] 張策，甄建，季艷. 綜合錄井儀傳感器信號無線傳輸方法探討[J] .錄井工程，2010，21(2)：64-67.

[2] 胥東宏，李冠珠，張世明，等. 綜合錄井儀傳感器信號無線傳輸系統(tǒng)開發(fā)[J] .錄井工程，2010，21(2)：58-60.

[3] 沈鐵，謝洪武，呂前進. SCW-530錄井無線傳感器采集系統(tǒng)功能與設(shè)計特點[J] .錄井工程，2014，25(3)：65-69.