[科普中国]-在线数据采集

简介

在线数据采集系统主要包括：数据采集单片机分机、主机和无线数据传输模块、PC接口。结构方框图如图所示。采用点对多点的无线双工工作方式。即当主机发出指定点采集数据的命令后，主机即转换接收状态；当定点的分机接收到命令后，进行数据采集，并将结果和分机的编号上传给主机。

数据采集，又称数据获取，是利用一种装置，从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口。数据采集技术广泛应用在各个领域。比如摄像头，麦克风，都是数据采集工具。

被采集数据是已被转换为电讯号的各种物理量，如温度、水位、风速、压力等，可以是模拟量，也可以是数字量。采集一般是采样方式，即隔一定时间（称采样周期）对同一点数据重复采集。采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的一个特征值。准确的数据测量是数据采集的基础。数据量测方法有接触式和非接触式，检测元件多种多样。不论哪种方法和元件，均以不影响被测对象状态和测量环境为前提，以保证数据的正确性。数据采集含义很广，包括对面状连续物理量的采集。在计算机辅助制图、测图、设计中，对图形或图像数字化过程也可称为数据采集，此时被采集的是几何量（或包括物理量，如灰度）数据。

系统功能系统可提供各路检测数据曲线拟合功能，对电度参数进行日报、月报、统计造表；完成多通道的实时数据采集，数据处理，数据递推超界报警功能，并可以对数据进行存贮以构成设备运行档案；通过故障分析功能了解设备的运行状态与发生故障的原因，以便及时采取处理措施；可对运行机组振动情况进行趋势分析，预测设备可能发生故障的时间，以便根据情况安排检修。

系统具有直观的窗口图形界面使用环境，可以对所有检测点进行实时巡回检测、定时检测、均值计算、上下线报警、打印、实时打印非正常值表。系统各参数设定，报警上下线范围，采样速率等均可通过填写菜单方式完成，利于用户修改设定参数。1

系统硬件设计主机的电路原理在电路设计过程中，为了增加存储容量，增设了一个芯片。该芯片提供了8个独立64KB模块，通过标准的微控制器将标准命令写入命令寄存器，地址空间为000000H~07FFFFH。

为了使人机接口方便直观，电路中采用点阵图形方式的LCD。该LCD内置了控制器，可以与单片机方便接口。C/D是指令/数据选择控制，通过PS2000实现MCU应用系统与基于Pc机平台的网关接口。同时．为便于主机与分机实现点对多点的信息传输，系统采用了硬件编码的方式，使用编码器。每个分机给定固定编码，主机发射一个码值，对应码值的分机实现信息传输。系统采用了无线发射与接收模块，实现无线信息传输。主机的电路原理图如图所示。2

分机电路原理图为了采集现场信号，利用前向通道对其微弱信号调理（包括阻抗匹配、滤波、直流隔离、放大等功能）。该部件采用了2片集成电路，分别实现信号放大和滤波功能。然后，由芯片的ALE脚进入系统。为了与主机进行信号通信，在分机中同样也采用了硬件编码方式。利用编码器，每个分机给定固定编码，主机发射一个码值，对应码值的分机实现信息传输。同样，系统采用了无线发射与接收模块3，实现了与主机无线信息传输，分机的电路原理图如图所示。

系统体系结构在线数据采集网络连接结构如图所示，其中PLC1……PLCn是设备端的可编程控制器(PLC)，应用系统通过数据采集接口程序采集设备端数据，接口程序直接向RSLinx服务器发送数据采集请求，RSLinx服务器则通过DH485局域网(LAN)和现场设备的PLC之间进行数据交换，用户或应用软件则通过Intranet/Internet到RSLinx服务器获得由数据采集接口程序采集的数据。

其中DH-485是一种常用于工业现场的局域网技术，最大可连接32个设备，可连接包括可编程控制器、彩色图形终端、PC等设备，DH-485链路和辅助的RS-232-C链路一起构成了DH-485网络。RSLinx是AB公司可编程控制器的服务器软件，为AB公司的PLC处理器与其他公司的软件产品提供通信连接。通过RSLinx可在PC机上显示整个网络的结构和各网络节点的工作状态，通过RSLinx在人机界面和PLC编程软件之间、在PLC编程软件和对应的PLC的处理器之间建立通信连接。3

信息传输在系统中，主机可以随时呼叫任一分机，发送命令；分机也可以随时呼叫主机，向主机提出请求。分机之间不能直接通信，只能通过主机交换信息。主机呼叫分机时采用中断方式，只需调用主呼分机的子程序；分机程序以中断服务形式给出，其入口地址为串行口中断入口地址。这样，当分机接收到的地址与本机地址符合时进入中断服务程序，从而实现与主机相连。分机呼叫主机时，只需向主机发送一约定的控制字，主机得到此控制字即回呼该分机，从而实现与该分机连接。

如图分别为主机发送、分机接收时主机与分机软件流程图。

主机作为发送者，向作为接收者的分机发送数据。在这种模式下，数据传送方向不变，即主机先发送地址继而发送数据。

其中，主机软件：

（1）当接口的特殊功能寄存器设置完成后，主机发送一个START位和分机地址到SDATA线上。在这个模式下R/W状态位被复位。如果主机没有收到分机的确认，就发送一个STOP位，错误位被置位而传送中止。

（2）如果从机进行了确认，主机将发送预先写在主机外部数据存储器中的数据。每传送一字节，分机都必须发出确认。收到确认后，主机将发送下一个数据。任何时候如果分机没能确认，主机就发送一个STOP位，错误位被置位而传送中止。

（3）当发送计数BYTECNT=0时，就意味着最后一个要传送的字节已被送出，主机将发送一个STOP位表示传送结束。

分机软件：

（1）当接口的特殊功能寄存器被设置好后，并且主机也发送了一个START位，分机等待着接收第一个数据字节（数据到达后将产生一个中断）。一旦收到后，分机将该数据与自己的地址相比较；若匹配，分机发送一个确认到线上，并将0R/W状态位置位后等待数据（数据到达将产生一个中断）。

（2）当主机发出一个数据字节，分机将它存入自己的内部存储器，发送确认后，等待下一个数据字节（后续数据的到达将产生一个中断）。

（3）当分机收到最后一个字节，接收字节计数BYTECNT=0，此时，分机等待STOP位。一旦收到STOP，立即结束通信。2

在线数据采集接口随着计算机通信和网络技术的发展，计算机在工业自动化领域发挥着越来越重要的作用。在工业现场，通常会采用各种智能仪器仪表，这些智能设备的现场运行数据可以通过网络直接高速地采集到应用软件，从而将设备的运行状态采到分布在不同地理位置应用系统，方便进行设备的状态跟踪、故障诊断等。

在线数据采集接口程序主要应用OPC数据访问规范。OPC数据访问规范主要解决服务器端和客户端的实时数据存取问题，OPC数据访问规范中包含三类对象，即服务器(Server)群组(Group)和数据项目(Item)，三类对象的组织结构像普通文件系统，其中服务器与分区、群组与文件夹、项目与文件一一对应，各个部分都有自己的属性，同时负责管理其底层分支。接口程序主要通过以下几个主要环节实现:

①搜索OPC服务器

②连接OPC服务器。以上程序实现自动探索OPC服务器，搜索到OPC服务器后，在搜索到的OPC服务器列表中选取并连接OPC服务器:

③创建一个OPC的群组(Group)

④添加一个OPC项目(Item)，一个OPC的项目(Item)对应PLC的一个地址，

⑤设置OPC群组(group)的通讯方式，若IsActive为True，则为OPC服务器主动发数据，否则只有客户端发送读取请求，才读数据。

⑥读取数据3