小鳥示功圖查看器的設計與開發

杜衛鋒++袁高翔

[摘 要]某作業區自開展SCADA系統的建設以來，在功圖巡檢、分析和應用上一直處于低效率運行的狀態。為了提高效率，并解決一些實際中出現的問題，本文用Qt Creator設計開發了“小鳥示功圖查看器”，旨在解決油井功圖從采集到上傳分析，以及運維管理中的一些盲點和不足。

[關鍵詞]小鳥示功圖查看器；軟件設計；軟件開發

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.16.080

[中圖分類號]TP311 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2017）16-0-02

1 研究背景

某作業區于2015年6月開始作業區級SCADA建設。經過1年多的探索和實踐，并在前期開發的“SCADA輔助工具”基礎上，開始進入一個平穩運行的狀態，但也隨之暴露了一些SCADA系統的缺陷和不足。其中，最大的問題是在功圖采集和分析上，現有力控SCADA系統起到的作用明顯不能滿足生產運行的需要。目前的功圖數據流是先到功圖服務器，再通過服務器安裝的軟件分析并上傳到廠部的功圖平臺，最后在SCADA界面上用瀏覽器控件訪問功圖平臺查看功圖。這種繞了一圈的做法增加了數據鏈的長度，導致初步判斷功圖的操作只能在現場進行。

2 小鳥示功圖查看器的需求

2.1 功能需求

小鳥示功圖查看器擬需實現的功能較多，核心功能需求如表1所示。

2.2 性能需求

因程序的核心要連接數據庫，所以小鳥示功圖查看器對數據庫性能的要求較高。一方面是作業區功圖服務器的平穩運行；另一方面是程序連接數據庫時，對延時、超時時間要盡量縮短，并及時進行內存回收，保證連接順利。程序對實時性要求不高，但在進行一些時間較長的操作時，為避免程序停止響應，相關人員應設計多線程和應急中斷控制機制。

3 小鳥示功圖查看器的概要設計

3.1 結構規劃

小鳥示功圖查看器的結構比較簡單，核心部分是功圖數據的讀取和顯示，只要能顯示出功圖，就可以基于功圖數據做出各種各樣的功能擴展。其層次圖如圖1所示。

3.2 功圖文件設計

小鳥示功圖查看器需要對數據庫內存儲的功圖格式進行重新解析，從而設計出三種不同的功圖存儲文件（見表2）。

3.3 轉儲表設計

小鳥示功圖查看器需要連接功圖數據庫，將井、井場、站的數據讀取出來，同時也要連接地質室的數據庫，方便調用和顯示一些重要數據，但又不能對原有數據庫產生太大影響，故需要單獨設計一個數據表進行存儲。

4 小鳥示功圖查看器的詳細設計和實現

小鳥示功圖查看器使用Qt Creator進行開發。Qt是1991年奇趣科技開發的一個跨平臺的C++圖形用戶界面應用程序框架，它提供給應用程序開發者建立藝術級的圖形用戶界面所需的所有功能。Qt很容易擴展，并且允許真正的組件編程。

4.1 界面設計

仿照老力控工程的功圖查看界面，左邊為井號部分，中間為上下兩塊分別顯示不同功圖，以便對比，右邊為同井同天的功圖列表。和老力控不一樣的是，小鳥示功圖查看器界面上下兩部分功能并不相同，其上方是采集功圖，下方是分析功圖。當一口新井在SCADA平臺添加完成后，其傳到功圖服務器的數據不久就會被顯示在上方的列表中，相關人員可以雙擊查看具體詳情。而分析完成后的功圖（上下兩張）就會顯示在下方區域，所以下方的井列表就是一個站—井場—井的樹形結構，還會標志出未采集和未分析成功的數量，在展開列表中也有顏色區分。

4.2 數據結構設計

為了系統地對程序內部變量進行管理，本文設計了一個名為數據塊（QDataBlock）的結構體，以完成單位功圖節點的數據存儲和結構控制。

4.3 圖表控件設計

為了能更科學、美觀地繪制出功圖曲線，本文使用了一個名為QCustomPlot的第三方開源庫，QCustomPlot的功能非常強大，可以繪制各種各樣的圖表，但這里只需要它的QCPCurve（閉合曲線圖）部分。上下兩塊的數據存儲在QDataBlock data中，通過調用data，往數據塊里讀寫各種不同的數據。

4.4 擴展功能設計

功圖繪制成功后，就可以在此基礎上開發各種擴展功能了。最常見的有：功圖的疊加、對比、預覽、檢視等。在下方區域內，因為讀取的是分析完成后的功圖，所以需要在單圖表區域內畫兩張功圖曲線，這樣其觀看效果和油井工況平臺就相差無幾了。

4.5 文件系統設計

小鳥示功圖查看器可以對功圖文件進行多種格式的保存。之所以設計多種格式，是為了和其他軟件共通，擴展其適用性。目前已實現了三種：二進制（bin）、純文本（txt）和帶格式的文本（exc）。其中，二進制是數據庫中對應字段的數據，直接可以保存為文件。純文本是用tab和換行符存儲的功圖散點值，這兩種形式簡單，但存儲的數據有遺漏和缺失。exc格式也不是筆者的原創，在之前，力控的附帶文檔中有一個功圖解析的小程序，相關人員可以把數據庫二進制文件解析出來，而解析出的格式就是exc文件的大致雛形。后來筆者在這個格式的基礎上稍加修改，在第一行補充了井號和采集時間，加上一共200條的散點對，構成了一個較為完整的數據存儲模型。

4.6 多系統聯動設計

在開發過程中，筆者注意到平日用的數據服務器和本平臺可以實現共通，這給每一張功圖的進一步分析提供了可能性。經過不斷測試，筆者加深了對地質服務器數據庫結構的了解，從小鳥示功圖程序中單獨寫出一段代碼，用來從這個數據庫中取出所需要的數據，和數字化采集數據進行互相印證、對比，擴展軟件的功能。

5 小鳥示功圖查看器的應用效果

5.1 推廣情況

小鳥示功圖查看器是“小鳥系列軟件”的第二作，除某作業區外，已在其他兄弟單位推廣使用，受到了好評。小鳥示功圖查看器能彌補SCADA上功圖模塊缺失的功能，以及對功圖平臺響應慢、功圖查看效率低下等現狀提供另一種解決方案。目前為止，基本功能已開發完成，其他功能在陸續完善中，已經能為指導生產起到明顯的積極作用。在每天清晨派工時，小鳥示功圖查看器可快速對全區功圖采集和分析情況進行掃描，篩選出需要維護的井，節約每日巡檢時間，做到有的放矢，精細掌控。當出現功圖分析率下降時，能快速篩選出肇事功圖，以及分析不成功的基本原因，并同時連接地質庫查詢修井和周期采油情況，準確判斷出是基礎數據的問題還是現場采集的問題，減少了不必要的現場核查，對油井生產情況更加了如指掌。

5.2 缺點和不足

小鳥示功圖查看器在運行效率上還有提升的空間。首先是啟動速度較慢，雖然啟動成功后會恢復正常速度，但依然對實際使用造成了一些影響。其次是沒有為用戶配置保存功能，用戶所做的一些個性化設置得不到保存，重啟就會失效。此外，部分功能和界面的設計有待優化，還需多征求用戶的意見和建議，避免閉門造車，出現與需求脫節的情況。

5.3 后期計劃

筆者計劃將小鳥示功圖查看器改造并嵌入到SCADA系統中，作為一個插件，完善SCADA的功能。在之后的數字油田建設中，也會充分利用小鳥示功圖查看器的功能和理念，若在開發中有一些額外的計劃，也會在后期逐步實現。

主要參考文獻

[1][英]Ian Sommerville.軟件工程[M].第8版.北京：機械工業出版社，2007.

[2]陳銳.數據結構[M].北京：機械工業出版社，2010.

[3][加]Jasmin Blanchette，[英]Mark Summerfield. C++ GUI Qt 4編程[M].北京：電子工業出版社，2013.endprint