一种数据采集方法及系统与流程

本发明涉及数据采集技术领域，尤其涉及一种数据采集方法及系统。

背景技术：

目前，国内普遍采用数据采集卡，例如基于以太网进行数据的实时采集，如图1所示，为现有技术中基于以太网的实时数据采集系统，其中的每个传感器均需要一套数据采集与控制模块，此种方式仅能检测数量有限几个或几十个传感器的数值，不便于进行大规模的数量采集和plc内部变量的采集，造成成本增加。

另外，现有的以太网数据的实效性和准确性无法保证。我们对现有以太网技术的采集方式进行了测试，中等类型的plc系统，例如常用的西门子s7-315采用的以太网进行高速数据采集，采集的模拟量个数不能超过70个，就是在70个的范围内，其两个采集到的数据间隔时间也是不定的，大部分时间采集的数据间隔时间在20到100ms之间不等，同时随着采集变量数量的增加，返回采集时间的间隔便加长。当变量数量超过70个时，系统已经基本处于崩溃边缘，对于西门子高等级s7400的414-plc来说，其以太网通讯采集的变量数量也不能超过150个，这样大大限制了变量数量。

技术实现要素：

为克服现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种数据采集方法，其可极大缩小采集数据间隔时间，且保证数据采集时间间隔相同，从而可随时变化采集变量内容，及时准确的高速采集变量数值。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种数据采集方法，其包括：

pci采集卡根据时钟发生器预设的采集周期，采集plc系统的过程数据；所述时钟发生器设置于所述pci采集卡上；

所述pci采集卡将所述过程数据发送至数据服务器；

所述数据服务器对所述过程数据分析处理，并将分析处理后的过程数据进行保存。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，还包括：

根据所述分析处理后的过程数据预判所述plc系统所控制的设备的运行状态。

进一步，还包括：

将时钟发生器产生的时钟信号进行分频，得到以1ms为周期的时钟信号；

根据所述时钟信号设定采集周期。

进一步，还包括：

对所述pci采集卡采集的plc系统的过程数据进行缓存。

进一步，还包括：

对pci采集卡采集的plc系统的过程数据进行压缩，将压缩后的数据进行存储。

进一步，还包括：

设置plc系统的过程数据的变量列表，在所述变量列表中设置变量名称、与所述变量名称一一对应的颜色选择框，将不同变量名称对应的变量曲线以不同颜色进行显示。

本发明还提供一种数据采集系统，其包括：

pci采集卡，用于根据时钟发生器预设的采集周期，采集plc系统的过程数据；

时钟发生器，设置在所述pci采集卡内，用于设定数据采集周期；

数据服务器，用于对所述过程数据分析处理，并将分析处理后的过程数据进行保存。

进一步，还包括：

智能预判单元，用于根据所述分析处理后的过程数据预判所述plc系统所控制的设备的运行状态。

进一步，还包括分频单元，用于将时钟发生器产生的时钟信号进行分频，得到以1ms为周期的时钟信号。

进一步，还包括：

缓存单元，用于对所述pci采集卡采集的plc系统的过程数据进行缓存；

压缩单元，用于对pci采集卡采集的plc系统的过程数据进行压缩，将压缩后的数据进行存储；

显示单元，用于设置plc系统的过程数据的变量列表，在所述变量列表中设置变量名称、与所述变量名称一一对应的颜色选择框，将不同变量名称对应的变量曲线以不同颜色进行显示。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提供的数据采集方法及系统，其通过设置时钟发生器，可设定数据采集周期，保证数据采集时间间隔相同，从而可高速采集数据，提高采集数据的准确性。

附图说明

图1为现有技术中的数据采集系统结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的数据采集方法的流程图；

图3为运用本发明实施例二其中一个实施方式提供的数据采集方法而得到的1ms数据方波的示意图；

图4为本发明实施例二提供的数据缓存和发送的流程图；

图5为展示的数据曲线图；

图6数据展示窗的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

如图2所示，本实施例提供了一种数据采集方法，其具体可包括：

s1：pci采集卡根据时钟发生器预设的采集周期，采集plc系统的过程数据；所述时钟发生器设置于所述pci采集卡上；

s2：所述pci采集卡将所述过程数据发送至数据服务器；

s3：所述数据服务器对所述过程数据分析处理，并将分析处理后的过程数据进行保存。

本实施例提供的数据采集方法，其基本原理是可通过profibus-dp通讯协议将plc过程变量的当前值实时同步发送到pci采集卡上，pci采集卡在其板卡内部设定时钟发生器，利用时钟发生器设定定时时间，按照定时时间采集plc系统中的过程数据，将采集的数据发送至数据服务器进行保存，便于后续的进一步处理。

实施例二

本实施例提供的数据采集方法，其包括：

s1：pci采集卡根据时钟发生器预设的采集周期，采集plc系统的过程数据；所述时钟发生器设置于所述pci采集卡上；

s2：所述pci采集卡将所述过程数据发送至数据服务器；

s3：所述数据服务器对所述过程数据分析处理，并将分析处理后的过程数据进行保存。

可通过profibus-dp通讯协议将plc过程变量的当前值实时同步发送到pci采集卡上，pci采集卡在其板卡内部设定时钟发生器，利用时钟发生器设定定时时间，具体地，可将时钟发生器产生的时钟信号进行分频，得到以1ms为周期的时钟信号，根据所述时钟信号设定采集周期，达到间隔1ms数据采集的目的，相比于现有技术中的数据采集间隔大多在20到100ms之间不等，且采集数据的间隔时间是不均等的，无法保证数据采集的精确性和完整性的问题，本实施例提供的数据采集方法可实现1ms数据时钟进行数据采集，极大地提高了数据采集速率，相比于现有技术中的数据采集方法，在保证了所采集的数据的精确性和完整性的同时，可更快地、极早地获得大量数据，在当前大数据环境下，其意义显著，为后续的数据分析和智能预判提供了精确的、完整的数据基础。

profibus是国际通用标准通讯格式，其通讯格式是公开的。在本实施例其中一个实施方式中可采用plx9054pci接口芯片配合西门子prifibus专用芯片spc3进行完整的数据采集和转换工作。此plx9054pci接口芯片支持33mhz的pci总线时钟，最高传输码速率为132m字节/秒，可满足项目1ms数据采集要求。pci接口桥芯片连接pci采集卡fpga与计算机，实现双向数据通信。

底层软件由设备驱动程序和动态链接库组成，设备驱动程序包括fpga驱动配套程序和pci板卡驱动程序，动态链接库包括动态链接库操作函数。利用fpga驱动配套程序对时钟发生器的时钟信号进行分频处理，得到1ms为周期的时钟信号，并在该信号下对数据进行采集，如图3所示，图3为采用ads1062c示波器检测得到的1ms数据方波。

在其中一个实施方式中，还可对pci采集卡采集的plc系统的过程数据进行缓存。例如，可在fpga内部开辟一块fifo，缓存采集得到的数据。当fifo中的数据量达到某一预定的限制后，fpga驱动配套程序将中断信号置位，pci9054芯片即向pc机发起接收数据请求，pc机完成中断相应，启动dma将数据从板卡传送至内存中。

pci板卡驱动程序符合wdm驱动程序接口规范，提供在windows环境下软件访问板卡硬件的基本操作接口。提供板卡硬件地址访问接口、硬件中断响应以及数据帧软件缓冲等功能。

在驱动程序的硬件中断响应函数中，如果当前中断事件为9054本地lint中断有效，则进行如图4所示的操作，pci板卡驱动程序为发送通道设立一个软件fifo，用于缓存板卡通过pci9054传输到pc机的数据，应用程序通过查询和访问软件fifo的方式与底层板卡通信，由于软fifo可以缓存一定时间内的数据，不会造成数据丢失。

动态链接库向应用程序提供一组面向应用的接口函数，使对板卡的参数设置以及数据访问不是对一些枯燥的寄存器地址进行操作，而是使用具有非常方便的接口的函数。同时，也使屏蔽了硬件的改动对应用程序的影响，使系统便于维护。

数据服务器，例如计算机接收到pci板卡采集的plc系统的过程数据后，需要对采集上来的数据进行处理，由于每秒的数据采集量为6.464mb，计算机不能及时的处理完数据，因此，需要对pci采集卡采集的plc系统的过程数据进行压缩，将压缩后的数据进行存储。在其中一个实施方式中，可采用visualstudio2010高级语言中的多线程和多线程同步来对大数据量进行处理，同时在visualstudio中调用windows底层函数实现数据的快速存储。具体地，为了避免长时间快速存储数据，硬盘磁道无法承受，采用了数据压缩技术，首先，将所有数据转换为二进制码，将所有bool为零的位进行移位操作，再将所有bool为true的数据进行算法整合，达到高效压缩目的，最高压缩比为90％。将压缩后的数据保存在数据服务器上。

另外，在其中一个实施方式中，还可根据分析处理后的过程数据预判plc系统所控制的设备的运行状态，实现智能预判的作用。例如，由于采集到的数据是海量地，通过相应的算法将数据简化同时结合国际大型数据库软件oracle对数据进行二次算法分析，将事故提前在一个时间范围内发出报警，告知设备管理者、现场操作人员以及现场维护人员，此设备将在大约多少时间后将要出现故障，同时，随着时间的临近，报警的等级将不断提高。

在其中一个实施方式中，为了查询和判断所采集的数据变量，还可将每一个变量的数据展示在工作站上，即可设置plc系统的过程数据的变量列表，在所述变量列表中设置变量名称、与所述变量名称一一对应的颜色选择框，将不同变量名称对应的变量曲线以不同颜色进行显示。

例如，如图5所示，可采用开源c#曲线控件zedgraph.dll，通过高级语言visualstudio把采集来了数据展示在工作站上，由于数据量的采集过于庞大，不可将所有数据同时全部展示在同一个窗体中，如图6所示，需要将所有变量列表显示在左侧的树形结构中，可通过复选框将此变量所采集数据以曲线方式展示在右侧窗体中，需要哪个变量就选择哪个变量。但是问题再次出现，如果选择了多个变量，其曲线的颜色相同，有时无法辨识那条曲线是哪个变量的，容易造成浑浊。将变量名称前面增加一个颜色选择图标，这样如果选择了这个变量进行展示，在右侧窗体中展示的这个变量曲线的颜色即为选择色标的颜色。这样，工程师在检查事故分析原因时便可快速高效完成。

实施例三

基于实施例一或二提供的数据采集方法，本实施例提供了一种数据采集系统，其包括：

pci采集卡，用于根据时钟发生器预设的采集周期，采集plc系统的过程数据；

时钟发生器，设置在所述pci采集卡内，用于设定数据采集周期；

数据服务器，用于对所述过程数据分析处理，并将分析处理后的过程数据进行保存。

该系统可通过profibus-dp通讯协议将plc过程变量的当前值实时同步发送到pci采集卡上，pci采集卡在其板卡内部设定时钟发生器，利用时钟发生器设定定时时间，按照定时时间采集plc系统中的过程数据，将采集的数据发送至数据服务器，数据服务器对其进行分析处理，并将分析处理后的过程数据进行保存，便于后续的进一步处理。

在其中一个实施方式中，该系统还包括：

分频单元，用于将时钟发生器产生的时钟信号进行分频，得到以1ms为周期的时钟信号。

利用分频单元将时钟发生器产生的时钟信号进行分频，得到以1ms为周期的时钟信号，达到间隔1ms数据采集的目的，相比于现有技术中的数据采集间隔大多在20到100ms之间不等，且采集数据的间隔时间是不均等的，无法保证数据采集的精确性和完整性的问题，本实施例提供的数据采集方法可实现1ms数据时钟进行数据采集，极大地提高了数据采集速率，相比于现有技术中的数据采集方法，在保证了所采集的数据的精确性和完整性的同时，可更快地、极早地获得大量数据，在当前大数据环境下，其意义显著，为后续的数据分析和智能预判提供了精确的、完整的数据基础。

在其中一个实施方式中，该系统还包括：

缓存单元，用于对所述pci采集卡采集的plc系统的过程数据进行缓存；

压缩单元，用于对pci采集卡采集的plc系统的过程数据进行压缩，将压缩后的数据进行存储；

显示单元，用于设置plc系统的过程数据的变量列表，在所述变量列表中设置变量名称、与所述变量名称一一对应的颜色选择框，将不同变量名称对应的变量曲线以不同颜色进行显示。

可在fpga内部开辟一块fifo，缓存采集得到的数据。当fifo中的数据量达到某一预定的限制后，fpga驱动配套程序将中断信号置位，pci9054芯片即向pc机发起接收数据请求，pc机完成中断相应，启动dma将数据从板卡传送至内存中。

数据服务器，例如计算机接收到pci板卡采集的plc系统的过程数据后，需要对采集上来的数据进行处理，由于每秒的数据采集量为6.464mb，计算机不能及时的处理完数据，因此，需要对pci采集卡采集的plc系统的过程数据进行压缩，利用压缩单元将压缩后的数据进行存储。首先，压缩单元将所有数据转换为二进制码，将所有bool为零的位进行移位操作，再将所有bool为true的数据进行算法整合，达到高效压缩目的，最高压缩比为90％。将压缩后的数据保存在数据服务器上。

为了查询和判断所采集的数据变量，还可利用显示单元将每一个变量的数据展示在工作站上，即可设置plc系统的过程数据的变量列表，在所述变量列表中设置变量名称、与所述变量名称一一对应的颜色选择框，将不同变量名称对应的变量曲线以不同颜色进行显示。

在其中一个实施方式中，该系统还包括：

智能预判单元，用于根据所述分析处理后的过程数据预判所述plc系统所控制的设备的运行状态。

数据服务器保存的所采集的数据可发送至智能预判服务器或工作站上，对其进行处理，根据处理后的数据预判plc系统所控制的设备的运行状态，实现智能预判的作用。例如，由于采集到的数据是海量地，通过相应的算法将数据简化同时结合国际大型数据库软件oracle对数据进行二次算法分析，将事故提前在一个时间范围内发出报警，告知设备管理者、现场操作人员以及现场维护人员，此设备将在大约多少时间后将要出现故障，同时，随着时间的临近，报警的等级将不断提高。

在本发明的描述中，需要说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。