一种油田注水井上位机终端的制作方法

本实用新型涉及油田注水井设备技术领域，具体涉及一种油田注水井上位机终端。

背景技术：

油井注水是保持油田压力开采较为成熟的方法，其采取注入水的方式向油层补充能量，可以有效提高原油采收率。因此油井注水已成为当前采油生产中最为重要的工作之一。油井注水过程中，需要操控井下几千米深度的各种注水设备，包括单片机、电磁流量计、直流电机、限位开关、温度传感器、压力变送器等等，同时还要保证各种井下注水设备反馈的大量油井注水数据的稳定传输和可靠存储。

目前油田使用各种工控机来挨个依次完成对上述各种井下注水设备的操作，再观察各个自动化仪表显示的数据，予以手动记录在纸质报表上。这种方式存在一些缺点：1、各种井下注水设备分别使用各自的数据传输线和各自的仪表显示屏幕，并且不同设备操作方式也不同，导致井上井下设备众多电线杂乱，操作复杂性和危险系数也较高；2、各个工控机分为初级和高级两种，初级工控机功能单一，界面不友好，无法对井下注水设备进行多元化控制，高级工控机功能冗杂，未对井下注水设备做出针对性裁剪和优化，且价格昂贵；3、全部工控机位置分散，通信协议不统一，通信成本过高；4、各种工控机彼此代码不兼容，彼此之间不具备较好的软件移植性，导致工程师为软件代码兼容性付出大量劳动；5、各种井下注水数据分散在各个工控机显示屏上，使得大量井下注水数据被记在纸质或者其他介质的报表上，再统一输入到计算机里，浪费大量人力，且容易出错。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种油田注水井上位机终端，用于统一集中管理操作各个井下注水设备，实时统一存储处理大量井下注水数据，且降低生产成本，以符合智能油田集约化、数字化的理念。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用如下技术方案。

一种油田注水井上位机终端，包括：搭载linux内核操作系统的主控电路模块和分别连接于该主控电路模块的：boot配置电路模块、uart串口通信电路模块、以太网电路模块、usb串口电路模块、wifi电路模块、sd存储电路模块、hdmi电路模块、led电路模块以及电源电路模块。

可选的，所述主控电路模块采用freescalearmcortex-a9架构的arm核，搭载基于ubuntu16.04的经过定制裁剪的linux操作系统。

可选的，所述电源电路模块包括：用于生成直流5v电源的mp1495dj芯片；用于生成直流3.3v电源的mp1495dj芯片；用于生成直流±12v稳压电源的12v子模块，该12v子模块包括相连接的ao4459芯片和bat12v/2a电压适配器。

可选的，所述boot配置电路模块包括：连接于所述电源电路模块的直流3.3v电源输出的两个10k欧姆的电阻r1和r2，连接于电阻r1的4.7k欧姆的电阻r3和单刀双掷开关s1，连接于电阻r2的4.7k欧姆的电阻r4和单刀双掷开关s2，单刀双掷开关s1和s2的另一端接地，电阻r3和r4的另一端接入所述主控电路模块。

可选的，所述uart串口通信电路模块包括若干个用于连接uart连接器的com口和一一连接于该若干个com口的sp3232een芯片，该若干个sp3232een芯片连接于所述主控电路模块。

可选的，所述usb串口电路模块包括依次连接的usb2514bqfn36芯片、sy6280aac芯片和若干个prtr5v0u2x芯片。

可选的，所述以太网电路模块采用fc_202gydnl芯片。

可选的，所述wifi电路模块采用bcm4325芯片。

可选的，所述sd存储电路模块采用用于插入sd存储卡的14脚sd/mmccard卡座。

可选的，所述hdmi电路模块采用相连接的slp2510p8芯片和hdmi-005卡座。

从以上技术方案可以看出，本实用新型的油田注水井上位机终端具有以下优点：

1、该上位机终端通信接口种类丰富，同时支持uart串口、usb串口、以太网、wifi四种通信方式，这四种通信方式都是全双工传输，可实现上位机与上位机、井下注水设备之间的双向同时数据传输和命令操控；

2、该上位机终端实物体积小，专门针对井下注水现场设计相关功能，操作简单，界面友好，功能全面，在实现同等功能的基础上，成本显著低于传统油井工控机。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，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是本实用新型一实施例提供的油田注水井上位机终端的整体结构框图；

图2是本实用新型一实施例中电源电路模块的结构框图；

图3是本实用新型一实施例中boot配置电路模块的结构框图；

图4是本实用新型一实施例中uart串口通信电路的结构模块框图；

图5是本实用新型一实施例中以太网电路模块的结构框图；

图6是本实用新型一实施例中usb串口电路模块的结构框图；

图7是本实用新型一实施例中wifi电路模块的结构框图；

图8是本实用新型一实施例中sd存储电路模块的结构框图；

图9是本实用新型一实施例中hdmi电路模块的结构框图；

图10是本实用新型一实施例中主控电路模块搭载的linux内核操作系统功能框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“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，进行详细的说明。

本实用新型的目的在于：针对油井井下环境要求高稳定性高实时性的特点，提供一种油田注水井上位机终端(简称上位机终端)。该上位机终端对硬件电路和操作系统进行裁剪和优化，通过统一的通信协议，可以集中管理操作各种井下注水设备，实时统一存储所有的井下注水数据，且降低生产成本，极为符合智能油田集约化、数字化的理念。

请参考图1，是本实用新型实施例中，提供的油田注水井上位机终端的整体结构框图。该上位机终端可包括主控电路模块01和连接于主控电路模块01的：用于选择不同运行模式的boot(引导)配置电路模块02、用于与井下注水设备远距离有线通信的uart(universalasynchronousreceiver/transmitter，通用异步收发传输器)串口通信电路模块03、用于上位机与上位机之间和与井下注水设备实时传输10mbps左右数据的以太网电路模块04、用于数据传输和电力载波的usb(universalserialbus，通用串行总线)串口电路模块05、用于上位机终端之间和与井下注水设备无线通信的wifi(wireless-fidelity)电路模块06、用于存储井下注水数据的sd(securedigitalmemorycard/sdcard，安全数码卡)存储电路模块07、用于人机交互实时显示井下注水数据的高清hdmi(highdefinitionmultimediainterface，高清多媒体接口)电路模块08、用于显示系统状态的led(lightemittingdiode，发光二极管)电路模块09、用于为上位机终端各个功能电路模块供电的电源电路模块10。其中，主控电路模块01可搭载经过定制和裁剪的linux内核操作系统，并且和其他所有功能电路模块都有电气连接和数据交互。

本实用新型的一些实施例中，所述主控电路模块采用freescalearmcortex-a9架构的arm核，型号为nxp(freescale)i.mx_6quad，搭载基于ubuntu16.04的经过定制裁剪的linux操作系统，可实现对各个功能电路模块的有效控制，完成系统的设备操作和逻辑控制，并对井下注水数据进行采集、计算、处理、传输、存储。

本实用新型的一些实施例中，所述电源电路模块的结构框图如图2所示。该智能上位机终端的外部供电电源形式为直流12v电源，经过电源模块后分别转换生成直流5v、直流3.3v、以及更加稳定的直流±12v稳压电源，为其他电路功能模块提供低噪声稳定电源。其中，直流5v电源通过mp1495dj芯片生成，直流3.3v电源通过mp1495dj芯片生成，更加稳定的直流±12v稳压电源通过ao4459芯片和电压适配器bat12v/2a生成。

本实用新型的一些实施例中，所述boot配置电路模块的结构框图如图3所示。该电路模块通过两个10k欧姆的电阻r1和r2、两个4.7k欧姆的电阻r3和r4与两个单刀双掷开关s1和s2，对直流3.3v电源进行分压获得三种不同高电平和低电平的组合，这三种电平组合传给主控电路模块，可以使上位机终端上电后系统进入三种不同的boot模式，分别是从sd卡启动模式sd2_boot，从emmc启动模式emmc_boot和下载模式download。

本实用新型的一些实施例中，所述uart串口通信电路模块的结构框图如图4所示。该电路模块采用五个uart连接器com口(clustercommunicationport，即串行通讯端口)和五个sp3232een芯片将串口收到的高低电平转换为有意义的数据，可同时采集五路信号和数据，也可以用这五路来分别控制井下注水设备。

本实用新型的一些实施例中，所述以太网电路模块的结构框图如图5所示。该电路模块采用fc_202gydnl芯片，通过tcp/ip协议和udp/ip协议与其他上位机终端和井下注水设备建立连接，可达到10mb/s的传输速率。

本实用新型的一些实施例中，所述usb串口电路模块的结构框图如图6所示。该电路模块采用usb2514bqfn36芯片将usb端口收到的高低电平转换为有意义的数据，采用1个sy6280aac芯片、4个prtr5v0u2x芯片，利用电力载波技术来进行电平降压和电流保护，使usb串口能承受来自井下注水设备的浪涌电流。

本实用新型的一些实施例中，所述wifi电路模块的结构框图如图7所示。该电路模块采用bcm4325芯片来实现上位机终端与井下注水设备和其他上位机终端之间的无线通信，最大通信速率可达到150mbps。

本实用新型的一些实施例中，所述sd存储电路模块的结构框图如图8所示。该电路模块采用通用的14脚sd/mmccard卡座，可插入市面上大部分sd存储卡，可以存储大量的井下注水数据。

本实用新型的一些实施例中，所述hdmi电路模块的结构框图如图9所示。该电路模块采用一个slp2510p8芯片和一个hdmi-005卡座，可以外接4k高清显示屏，也可外接电容触摸屏。

本实用新型的一些实施例中，所述led模块采用发光二极管来实现，共使用了3个发光二极管，分别用来指示电源、运行、故障这些状态。

本实用新型的一些实施例中，主控电路模块搭载的linux内核操作系统功能框图如图10所示。该操作系统是对ubuntu16.04源代码进行grub处理、编译内核、编译busybox应用程序、配置主机名和banner、移植qt开发环境等一系列改进，编写和移植相应的驱动程序，可以实现以太网联网、串口通信、wifi无线通信、数据存储、背光灯、连接电容屏和c++编程开发等等。

如上，本实用新型公开了一种专门用于油井注水的操控井下注水设备、存储井下注水数据、井上井下设备通信联动的上位机终端。从以上技术方案可以看出，本实用新型的油田注水井上位机终端具有以下优点：

1、该上位机终端通信接口种类丰富，同时支持uart串口、usb串口、以太网、wifi四种通信方式，这四种通信方式都是全双工传输，可实现上位机与上位机、井下注水设备之间的双向同时数据传输和命令操控；

2、该上位机终端的主控电路模块采用高性能arm四核芯片，工作频率达到1ghz×4core，可实现12000dmips(每秒运算12亿条指令集)的高性能运算能力，支持图形加速和高清hdmi输出，能统一实时显示所有井下注水设备反馈的井下注水数据，具有较好的人机交互性能；

3、该上位机终端的sd存储模块支持市场绝大部分sd存储卡，内存可达32g，能存储最近十二个月的井下注水数据，便于日后查询追溯特定数据，且免除人力手动录入数据的大量劳动；

4、该上位机终端采用电力载波技术，既可以给井下注水设备提供高达220v的驱动电压，又能保证数据的稳定可靠传输；

5、该上位机终端搭载的经过定制和裁剪的操作系统针对独特的井下环境做出专门优化，运行内存不到1g，运行速度快，实时数据吞吐量大，设定统一的通信协议，可以装载网卡驱动，配置ip地址，实现局域联网功能，使得井上上位机之间和井下注水设备能够充分联动；

6、该上位机终端搭载的操作系统，针对上位机编程语言种类多的特点，搭建了统一的编程开发环境，大大降低工程师编程的繁琐程度，具有很好的平台扩展性；

7、该上位机终端通过“高内聚低耦合”的思想来划分出各个功能模块，使得该智能上位机终端能直接明了地控制各种井下注水设备和多个上位机协同运行，使井上井下电路简洁有序；

8、该上位机终端实物体积小，操作系统经过开源源代码改造，专门针对井下注水现场设计相关功能，操作简单，界面友好，功能全面，在实现同等功能的基础上，成本显著低于传统油井工控机。

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实用新型的技术方案，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。