一种基于无线传输的电熔镁炉数据采集系统及方法与流程

本发明属于冶金行业过程数据采集
技术领域：
，具体涉及一种基于无线传输的电熔镁炉数据采集系统及方法。
背景技术：
：电熔镁炉工业过程数据采集是进行电熔镁炉生产过程实时监控的重要基础和前提，实现电熔镁炉工业过程数据的采集，有利于对电熔镁炉实时数据的检索和分析，高效、可靠的电熔镁炉数据采集系统对于提高电熔镁炉实时监控的性能具有重要作用，对于电熔镁炉生产过程的故障诊断和故障预报也具有重要意义。现有电熔镁炉工业过程数据采集主要由安装在现场的传感器和变送器将检测到的现场信号传输到控制器，然后，企业端服务器采用有线采集方式，通过基于OPC协议的工业总线完成对控制器中数据的采集。但有线采集方式下，布线复杂，成本较高，且后期维护困难，系统扩展和升级困难。随着物联网技术在工业的广泛应用，现有电熔镁炉监控系统难以满足目前制造企业向智能化转型过程中对系统成本以及系统扩展性、灵活性的需求。因此，开发基于无线的电熔镁炉数据采集系统是十分必要的，并具有重要意义。技术实现要素：针对现有技术的不足，本发明提出一种基于无线传输的电熔镁炉数据采集系统及方法。本发明的技术方案是：一种基于无线传输的电熔镁炉数据采集系统，包括供电模块、PLC模块、无线数据传输模块、串口转换模块、企业端服务器；所述供电模块，用于对PLC模块和无线数据传输模块进行供电；所述PLC模块，用于实时采集现场电熔镁炉生产过程的模拟量数据和数字量数据，并对采集到的模拟量数据进行滤波，将滤波后的模拟量数据和采集到的数字量数据进行存储，并传送至无线数据传输模块；所述无线数据传输模块，用于将PLC模块滤波后的模拟量数据和采集到的数字量数据传输至企业端服务器；所述串口转换模块，用于实现无线数据传输模块和企业端服务器之间的通讯；所述企业端服务器，用于接收滤波后的模拟量数据和采集到的数字量数据，并存储于数据库。所述PLC模块，包括CPU电源模块、CPU模块、模拟量输入模块、数字量输入模块和数据传输模块；所述CPU电源模块，用于给CPU模块供电；所述模拟量输入模块，用于实时采集现场电熔镁炉生产过程的模拟量数据并传输至CPU模块的数据缓存区；所述数字量输入模块，用于实时采集现场电熔镁炉生产过程的数字量数据并将其存储至CPU模块的数据存储器中；所述CPU模块，用于对模拟量输入模块采集到的模拟量数据采用限幅平均值滤波方法进行滤波，并将滤波后的模拟量数据存储于CPU模块的数据存储器中；所述数据传输模块，用于将滤波后的模拟量数据和采集到的数字量数据通过modbus协议传送至无线数据传输模块。所述供电模块，包括220V交流电电源、第一直流稳压电源和第二直流稳压电源；所述220V交流电电源，用于对PLC模块、第一直流稳压电源和第二直流稳压电源进行供电；所述第一直流稳压电源和第二直流稳压电源，用于将220V交流电转换为24V直流电输出，对无线数据传输模块进行供电。所述的无线数据传输模块，包括PLC端无线数据传输模块和企业端无线数据传输模块；所述PLC端无线数据传输模块，用于接收PLC模块发送的滤波后的模拟量数据和采集的数字量数据，并通过crc校验方式进行校验，将接收的数据通过无线网络传输至企业端无线数据传输模块；所述企业端无线数据传输模块，用于接收PLC端无线数据传输模块发送的滤波后的模拟量数据和采集的数字量数据，并将接收的数据通过串口转换模块传送给企业端服务器。所述220V交流电电源的输出端连接所述PLC模块的CPU电源模块的输入端、第一直流稳压电源的输入端和第二直流稳压电源的输入端，所述第一直流稳压电源的输出端连接所述PLC端无线数据传输模块的电源端，所述第二直流稳压电源的输出端连接所述企业端无线数据传输模块的电源端，所述CPU电源模块、CPU模块、模拟量输入模块、数字量输入模块和数据传输模块依次连接，所述模拟量输入模块的输入端和数字量输入模块的输入端分别连接电熔镁炉工业现场，所述数据传输模块的输出端连接所述PLC端无线数据传输模块的的输入端；所述PLC端无线数据传输模块和企业端无线数据传输模块之间通过无线网络进行传输，所述企业端无线数据传输模块的输出端通过串口转换模块连接企业端服务器。采用基于无线传输的电熔镁炉数据采集系统进行电熔镁炉数据采集的方法，包括以下步骤：步骤1：PLC模块实时采集现场电熔镁炉生产过程的模拟量数据和数字量数据，并对采集到的模拟量数据进行滤波，将滤波后的模拟量数据和采集到的数字量数据进行存储；步骤2：PLC模块将滤波后的模拟量数据和采集到的数字量数据通过modbus协议传送至无线数据传输模块；步骤3：无线数据传输模块通过串口转换模块将滤波后的模拟量数据和采集到的数字量数据传输至企业端服务器；步骤4：企业端服务器接收滤波后的模拟量数据和采集到的数字量数据，并存储于数据库。所述步骤1包括以下步骤：步骤1.1：模拟量输入模块实时采集现场电熔镁炉生产过程的模拟量数据并传输至CPU模块的数据缓存区，CPU模块对模拟量输入模块采集到的模拟量数据采用限幅平均值滤波方法进行滤波，并将滤波后的模拟量数据存储于CPU模块的数据存储器中；步骤1.1.1：模拟量输入模块采集第m个采样周期的模拟量数据并将其传输至CPU模块的数据缓存区；步骤1.1.2：对第m个采样周期及其前n-1个采样周期采集到的模拟量数据求取其平均值Am；步骤1.1.3：令i＝m-n+1；步骤1.1.4：判断第i个采样周期采集到的值与平均值Am的差值的绝对值是否超出设定的差值上限值，若是，执行步骤1.1.5，否则，执行步骤1.1.6；步骤1.1.5：令i＝i+1，执行步骤1.1.7；步骤1.1.6：将第i个采样周期的值存储至滤波缓存区，令i＝i+1，执行步骤1.1.7；步骤1.1.7：判断i是否小于等于m，若是，返回步骤1.1.4，否则，执行步骤1.1.8；步骤1.1.8：求取滤波缓存区中数据的平均值Bm，即该模拟量数据项第m个采样周期滤波后的值，并将其存储至CPU模块的数据存储器中；步骤1.1.9：清空滤波缓存区，令m＝m+1，返回步骤1.1.1；步骤1.2：数字量输入模块实时采集现场电熔镁炉生产过程的数字量数据并将其存储至CPU模块的数据存储器中。本发明的有益效果：本发明提供了一种基于无线传输的电熔镁炉数据采集系统及方法，采用无线数据传输模块将PLC模块采集到的电熔镁炉生产过程底层数据传输至企业端服务器，该系统具有成本低，维护和升级方便，扩展灵活的特点。附图说明图1为本发明具体实施方式中基于无线传输的电熔镁炉数据采集系统的结构框图；图2为本发明具体实施方式中基于无线传输的电熔镁炉数据采集方法的流程图；图3为本发明具体实施方式中采用限幅平均值滤波方法对模拟量输入模块采集到的模拟量数据进行滤波的流程图。具体实施方式下面结合附图对本发明具体实施方式加以详细的说明。一种基于无线传输的电熔镁炉数据采集系统，如图1所示，包括供电模块、PLC模块、无线数据传输模块、串口转换模块、企业端服务器。所述供电模块，用于对PLC模块和无线数据传输模块进行供电。所述PLC模块，用于实时采集现场电熔镁炉生产过程的模拟量数据和数字量数据，并对采集到的模拟量数据进行滤波，将滤波后的模拟量数据和采集到的数字量数据进行存储，并传送至无线数据传输模块。所述无线数据传输模块，用于将PLC模块滤波后的模拟量数据和采集到的数字量数据传输至企业端服务器。所述串口转换模块，用于实现无线数据传输模块和企业端服务器之间的通讯。本实施方式中，串口转换模块将企业端无线数据传输模块的RS485接口输出信号转换成可被企业端服务器的RS232接口接收的信号。串口转换模块采用型号为TrasioA52的RS485转RS232转换器。所述企业端服务器，用于接收滤波后的模拟量数据和采集到的数字量数据，并存储于数据库。本实施方式中，企业端服务器选用研华公司的IPC-610-L工控机。所述PLC模块，包括CPU电源模块、CPU模块、模拟量输入模块、数字量输入模块和数据传输模块。本实施方式中，PLC模块选用西门子S7-300PLC，其中CPU电源模块选用西门子PS307模块，CPU模块选用西门子CPU315-2DP模块，模拟量输入模块选用两个西门子300系列模拟量输入模块331，数字量输入模块选用西门子300系列数字量输入模块321，数据传输模块选用西门子CP340通讯模块。所述CPU电源模块，用于给CPU模块供电。所述模拟量输入模块，用于实时采集现场电熔镁炉生产过程的模拟量数据并传输至CPU模块的数据缓存区。本实施方式中，采集的模拟量数据包括：电熔镁炉三相电极电压值、三相电极电流值。所述数字量输入模块，用于实时采集现场电熔镁炉生产过程的数字量数据并将其存储至CPU模块的数据存储器中。本实施方式中，采集的数字量数据包括故障报警信号，所述的故障报警信号包括变频器状态、运行工况状态、手动自动状态、油温高、水温高信号。所述CPU模块，用于对模拟量输入模块采集到的模拟量数据采用限幅平均值滤波方法进行滤波，并将滤波后的模拟量数据存储于CPU模块的数据存储器中。本实施方式中，数据存储器为CPU模块中的一块存储区域，该区域中存储内容是由PLC程序构造的modbus协议的信息帧，该帧包括1个字节的从站地址、1个字节的功能码、2个字节的数据起始地址、N个字节的数据信息和2个字节的crc校验码。从站地址指从站设备号，主站利用从站地址来识别进行通讯的从站设备，每个从站都必须有唯一的地址码，并且只有符合地址码的从站才能响应回送，这里将PLC模块的数据传输模块作为主站，将PLC端无线数据传输模块作为从站；功能码是指主站告知从站执行什么任务的命令字；数据起始地址是指所要发送的数据在发送端存储空间的存放位置；数据信息是指所要发送的数据；crc校验码是指用于检测数据通讯错误的16位循环冗余码。所述数据传输模块，用于将滤波后的模拟量数据和采集到的数字量数据通过modbus协议传送至无线数据传输模块。所述供电模块，包括220V交流电电源、第一直流稳压电源和第二直流稳压电源。本实施方式中，第一直流稳压电源和第二直流稳压电源选用朝阳公司型号为4NIC的24V直流稳压电源。所述220V交流电电源，用于对PLC模块、第一直流稳压电源和第二直流稳压电源进行供电。所述第一直流稳压电源和第二直流稳压电源，用于将220V交流电转换为24V直流电输出，对无线数据传输模块进行供电。所述的无线数据传输模块，包括PLC端无线数据传输模块和企业端无线数据传输模块。本实施方式中，PLC端无线数据传输模块和企业端无线数据传输模块均选用KDZ-042型无线数据传输模块。所述PLC端无线数据传输模块，用于接收PLC模块发送的滤波后的模拟量数据和采集的数字量数据，并通过crc校验方式进行校验，将接收的数据通过无线网络传输至企业端无线数据传输模块。所述企业端无线数据传输模块，用于接收PLC端无线数据传输模块发送的滤波后的模拟量数据和采集的数字量数据，并将接收的数据通过串口转换模块传送给企业端服务器。本实施方式中，220V交流电电源输出端子L1、N、GND分别对应连接CPU电源模块PS307上的输入端子L1、N、GND、第一直流稳压电源的输入端子L1、N、GND和第二直流稳压电源的输入端子L1、N、GND，第一直流稳压电源的输出端子24V、GND对应连接PLC端无线数据传输模块的电源输入端子24V、GND，第二直流稳压电源的输出端子24V、GND对应连接企业端无线数据传输模块上的电源输入端子24V、GND。PLC模块的CPU电源模块PS307、CPU模块CPU315-2DP、两个西门子300系列模拟量输入模块331、两个西门子300系列数字量输入模块321和数据传输模块CP340依次连接，西门子300系列模拟量输入模块331的输入端和西门子300系列数字量输入模块321的输入端分别连接电熔镁炉工业现场获得的相应模拟量信号和数字量信号，数据传输模块CP340与PLC端无线数据传输模块通过RS485串口线连接，企业端无线数据传输模块和串口转换模块TrasioA52的的RS485串口通过RS485串口线连接，串口转换模块TrasioA52的RS232串口与企业端服务器通过RS232串口线连接。采用基于无线传输的电熔镁炉数据采集系统进行电熔镁炉数据采集的方法，如图2所示，包括以下步骤：步骤1：PLC模块实时采集现场电熔镁炉生产过程的模拟量数据和数字量数据，并对采集到的模拟量数据进行滤波，将滤波后的模拟量数据和采集到的数字量数据进行存储。本实施方式中，采集的模拟量数据包括：电熔镁炉三相电极电压值、三相电极电流值。采集的数字量数据包括故障报警信号，所述的故障报警信号包括变频器状态、运行工况状态、手动自动状态、油温高、水温高信号。步骤1.1：模拟量输入模块实时采集现场电熔镁炉生产过程的模拟量数据并传输至CPU模块的数据缓存区，CPU模块对模拟量输入模块采集到的模拟量数据采用限幅平均值滤波方法进行滤波，并将滤波后的模拟量数据存储于CPU模块的数据存储器中，如图3所示。步骤1.1.1：模拟量输入模块采集第m个采样周期的模拟量数据并将其传输至CPU模块的数据缓存区。步骤1.1.2：对第m个采样周期及其前n-1个采样周期采集到的模拟量数据求取其平均值Am。本实施方式中，CPU模块对连续5个采样周期采集到的模拟量数据进行滤波，即n＝5。以第6个采样周期电熔镁炉A相电极电流数据为例，即m＝6，采集到的第6、5、4、3、2这5个采样周期的电熔镁炉A相电极电流数据，如表1所示。表1采集的连续5个采样周期A相电极电流值采样周期A相电流(A)215296.29314297.45413105.32510539.35615995.37对这5个采样周期数据求取平均值，得A相电极电流平均值Am＝13846.76A。步骤1.1.3：令i＝m-n+1。步骤1.1.4：判断第i个采样周期采集到的值与平均值Am的差值的绝对值是否超出设定的差值上限值，若是，执行步骤1.1.5，否则，执行步骤1.1.6。本实施方式中，设定的A、B、C三相电极电流差值上限值均为2000A，设定的A、B、C三相电极电压差值上限值均为35V。步骤1.1.5：令i＝i+1，执行步骤1.1.7。步骤1.1.6：将第i个采样周期的值存储至滤波缓存区，令i＝i+1，执行步骤1.1.7。步骤1.1.7：判断i是否小于等于m，若是，返回步骤1.1.4，否则，执行步骤1.1.8。步骤1.1.8：求取滤波缓存区中数据的平均值Bm，即该模拟量数据项第m个采样周期滤波后的值，并将其存储至CPU模块的数据存储器中。步骤1.1.9：清空滤波缓存区，令m＝m+1，返回步骤1.1.1。本实施方式中，将这5个采样周期的A相电极电流值与平均值Am比较，若比较后的差值绝对值超出2000，则不作任何处理，否则将该采样周期的值存入滤波缓存区，经计算得，第2个采样周期数据差值绝对值为|13846.76-15296.29|＝1449.54≤2000，将此数据存入滤波缓存区；第3个采样周期数据差值绝对值为|13846.76-14297.45|＝450.694≤2000，将此数据存入滤波缓存区；第4个采样周期数据差值绝对值为|13846.76-13105.32|＝741.4348≤2000，将此数据存入滤波缓存区；第5个采样周期数据差值绝对值为|13846.76-10539.35|＝3307.406＞2000，不作处理；第6个采样周期数据差值绝对值为|13846.76-15995.37|＝2148.61＞2000，不作处理，最后将滤波缓存区中数据求取平均值，即Bm＝(15296.29+14297.45+13105.32)/3＝14233.02A，该值即为A相电极电流第6个采样周期滤波后的值，将该值存储至CPU模块的数据存储器中。步骤1.2：数字量输入模块实时采集现场电熔镁炉生产过程的数字量数据并将其存储至CPU模块的数据存储器中。步骤2：PLC模块将滤波后的模拟量数据和采集到的数字量数据通过modbus协议传送至无线数据传输模块。本实施方式中，利用modbus协议实现数据传输模块与PLC端无线数据传输模块的通讯。数据传输模块对所要发送的数据进行crc校验，得到crc校验码，将crc校验码加在数据存储器中所要发送的数据之后，数据传输模块每隔固定时间间隔向PLC端无线数据传输模块发送一次数据存储器中所存的信息帧。步骤3：无线数据传输模块通过串口转换模块将滤波后的模拟量数据和采集到的数字量数据传输至企业端服务器。本实施方式中，PLC端无线数据传输模块成功接收到数据传输模块发送的信息帧以后，对其中的数据信息进行crc校验，将所得的crc校验码与接收到的crc校验码进行比较，若PLC端无线数据传输模块所得的crc校验码与从数据传输模块接收到的crc校验码相同，则校验正确，将这一帧数据中不需要的从站地址、功能码、数据起始地址、crc校验码剔除，设置无线数据收发模块参数，将数据发送给企业端无线数据收发模块，若PLC端无线数据传输模块所得的crc校验码与从数据传输模块接收到的crc校验码不同，则校验不正确，继续等待接收下一帧数据。无线数据收发模块参数包括波特率、奇偶校验、数据位、停止位。本实施方式中，设置无线数据收发模块的波特率为9600bit/s，奇偶校验位为奇校验，数据位为8位，停止位为1位。步骤4：企业端服务器接收滤波后的模拟量数据和采集到的数字量数据，并存储于数据库。本实施方式中，在企业端服务器选择串口的端口号，设置企业端服务器参数，使其与无线数据收发模块的参数相同，读取接收缓冲区的数据，企业端服务器判断接收到的每一帧数据字节数是否符合要求，若不符合要求，则重新读取数据，否则将这一帧数据存进数据库，完成数据的采集。企业端服务器参数包括波特率、奇偶校验、数据位、停止位；企业端服务器参数设置必须与无线数据收发模块参数设置相同。本实施方式中，选择企业端服务器串口的端口号为COM1，设置企业端服务器的波特率为9600bit/s，奇偶校验位为奇校验，数据位为8位，停止位为1位，企业端服务器判断接收到的每一帧数据字节数是否是128字节，若不是，则重新读取数据，否则将这一帧数据存入本地MySQL数据库，完成数据的采集。当前第1页1 2 3