生产数据采集和数据处理系统
摘要：随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用。人们对工业自动化的要求越来越高，PLC、智能模块、智能仪表、变频器、数据采集板卡等设备的运用越来越普及，通过RS-232C接口可以方便的将设备与计算机连接起来，进行数据采集。并通过计算机的强大的运算能力和存储能力对数据进行处理。因此采用智能仪表-计算机数据采集、处理系统可以极大的提高我厂的自动化生产水平。通过使用通用的工业监控软件，对生产过程进行管理级别上的监控和数据采集。现场操作人员和管理人员都可以看到各种数据，管理人员不需要深入生产现场，就可以获得实时数据和历史数据，优化控制现场作业，提高生产效率和产品质量。本文中以电解槽温度、压力参数的数据采集、处理为例，对如何达到这一目的进行初步的探讨。
关键词：数据采集RS232/RS485转换器组态软件
（一）数据采集和数据处理系统
数据采集和数据处理系统主要用于对生产过程中大量数据（如温度，压力，流量，速度，位移等）作巡回检测，进行收集，记录统计，运算，分析，判断等处理最后又显示器或打印机列出结果。如某项数据越出设定界限时，系统还会自动发出声光报警，提醒操作人员及时处理。
这种系统可以代替常规仪表，对整个生产过程进行集中式的实时监视。各种数据的积累和实时分析，可以作为指导生产的人工操作信息，还能用于生产过程的趋势分析和预测。
数据采集和数据处理系统并不能直接控制生产过程，严格意义上说，这种系统并不是控制系统，因此它要辅以人工控制或其他控制装置，来完成对生产过程的控制作用。
在工业生产过程中，往往出现大量连续变化的工艺参数，这些参数中有些事独立的，有些事相互连续的，为了保证生产过程的正常进行，分析评价工程的优劣，以便及时调整工艺和某些给定参数，尽量使生产过程优化，就必须重视各类数据的采集，处理和传送。
1、数据采集，处理和传送系统的基本功能：
1）对多个输入通道的生产现场能够按照顺序逐个检测，或按指令对某一通道进行检测。
2）能够对所采集的数据进行检查和处理。
3）当采集的数据超出上限或下限值时，系统能够产生声光报警，提示操作人员处理。
4）在系统内部能存储采集数据
5）能定时或按需随时以表格形式打印采集数据。
6）具有实时时钟。
7）系统在运行过程中，可随时接受键盘命令，以达到随时选择采集，显示，打印的目的。
2、数据采集与实时显示的一般结构（图1）
1）外部硬件设备。如PLC、智能模块、智能仪表、变频器、数据采集板卡等。
2）常规通讯连接接口（如串口方式、USB接口方式、以太网、总线、GPRS等）进行数据通讯。用来传送数据采集系统运行所需的数据、状态和控制信号。
3）应用软件，实现人机对话界面实用程序生成器，可以产生在管理级别上的监控和数据采集。现场操作人员和管理人员都可以看到各种数据，管理人员不需要深入生产现场，就可以获得实时数据和历史数据，优化控制现场作业，提高生产效率和产品质量。
4）计算机，又称上位机或主机。存储、处理所采集的数据，以供随时显示、打印。
（二）我厂目前数据采集，处理和传送方式
目前我厂经过技术改造，生产自动化有一定的提高。但在生产数据的采集，处理方面还存在手工记录、汇总。电解槽电压温度记录，造粒塔运行记录，硅整流运行记录等都是手工记录。已不能满足现代化生产的需要。因此迫切需要对现有数据采集、处理方式做出改进。
（三）以电解槽电压温度记录为例说明如何实现自动化数据采集、处理。
1、数据采集的系统结构
我厂现有8台电解槽，每台电解槽有温度、电压显示。由于在本系统中数据采集设备远远超过2台，所以必须使用RS-485作为通讯介质。RS-485采用平衡发射和差分接收，具有抑制共模干扰的能力。RS-485用于多点互联时非常方便，可以省掉许多信号线，采用RS-485允许最多并联32台设备。RS-485为半双工接口，采用双向单信道连接方式。在RS-485网络中，每个站点有固定的地址。同一时刻只能有一个站点发送数据，而其他站点则只能处于接收状态，以免发生数据碰撞错误。每个仪表都采用F&B系列智能数字显示控制仪表。该仪表自带RS-485隔离通讯接口。将8台仪表的RS-485接口通过普通双绞线屏蔽型STP-1200(RS-485)onepair26-18AWG(使用与室内、管道及一般工业环境。使用时屏蔽层一端接地)连接。
上位计算机通过RS-232接口（RS232接口就是串口，电脑机箱后面的9孔插座，在工业自动化中将它作为标准通讯端口）。经RS-232/RS-485转换器与电解槽温度表、电压表RS-485接口相连。由此一个简单的数据采集系统物理构架完成。
2、上位机计算机的应用软件安装
上位机计算机的基本配置：
CPU：P41G以上
内存：最少128MB，推荐256M
显示器：VGA、SVGA或支持桌面操作系统的任何图形适配器，最少显示256色。
鼠标：任何PC兼容鼠标
通讯：RS-232C
操作系统：WinXP(SP2)简体中文版。
安装组态软件。组态软件选择世纪星7.0。CenturyStar7.0是在PC机上开发的智能型人机接口软件系统，它以MicrosoftWindows95/98/NT/2000/XP中文平台作为其操作系统，充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点。它比以往使用专用机开发的工业控制系统更有通用性，并且可以利用PC机丰富的软件资源进行二次开发。
3数据处理功能实现
（1）报警
报警处理是“工业现场监控系统”中的一个重要内容。当温度、电压等变量的数值或数值的变化异常时，将产生报警，以便操作者采取必要的措施。世纪星组态软件具有两种类型报警窗口：实时报警窗口和历史报警窗口。实时报警窗口只显示当前处于报警状态的报警事件，历史报警窗口则显示与报警有关的所有的报警事件（报警发生、报警应答、报警恢复）。在定义组态变量时，设置好各个变量的上下限，组态程序自动会根据设置好的数值进行报警。
不论是实时报警窗口和历史报警窗口都可以设置报警时间、报警类型、事件、优先级、变量名、报警组名、当前值等，还可以设置报警颜色、报警恢复的颜色以及语音报警。
（2）数据报表
利用PrintHisData函数实现对历史数据的查询，函数格式为：PrintHisData（变量1—变量16，起始时间，终止时间，间隔时间，打印方式）；其中：变量1～16：指定的查询的变量名，最多查询16个变量；起始时间和终止时间确定了显示数据的时间范围；间隔时间：显示数据的时间间隔；单位：秒；打印方式：“0”表示不设置打印参数，直接输出，“1”表示打印报表，“2”表示打印曲线，“3”表示打印报表及曲线，“4”表示调用对话框，由用户定制输出打印。同样，也可以利用函数查询实时数据报表等。
（3）趋势曲线
趋势曲线反应的是数据变化状况，如温度、电压等，其中实时趋势曲线用于实时显示变量数据的变化情况，实时趋势曲线对象由系统自动更新，不需专门定义实时趋势曲线变量。运行时，趋势曲线会自动从右向左卷动，便于观察变量的变化趋势。而历史趋势曲线用于历史数据的查看工作，可使您得到过去时间的数据。。
软件提供内嵌式报表系统，工程人员可以任意设置报表格式，对报表进行组态。为工程人员提供了丰富的报表函数，实现各种运算、数据转换、统计分析、报表打印等。既可以制作实时报表又可以制作历史报表。另外，工程人员还可以制作各种报表模板，实现多次使用，以免重复工作。
通过上面的操作基本实现了电解槽温度、压力数据的采集。可通过RS485/RS232通讯接口将温度、压力等参数集中送往上位计算机进行处理，以实现显示、打印、储存、报警、控制及绘制历史记录曲线等功能，省掉了大量的数显表，既降低了投资成本，又可使采集的数据更直观、准确、可靠。
通过采用计算机控制技术，提高生产过程的自动化程度，网络是实现资源共享，数据共享的有效途径，世纪星组态软件支持TCP/IP网络协议，实现不同计算机上组态软件中的变量之间数据交换。在整个网络中，只要知道对方的机器名或IP地址，就可以实现两台计算机之间的网络通信如图2。这样就实现了管理人员不用到生产现场，即可远程监控生产状态。
4结束语
随着计算机网络技术、通信技术及电子仪器仪表技术的进步，工业自动化控制系统也得到了迅速的发展，采用组态软件获得更方便、可靠、快速的控制成为可能。数据采集与数据处理在计算机日益普及下将完全实现远程监视与控制。
参考书目：（1）微型计算机控制技术孔峰主编董秀成梁兰珍副编2003.1
（2）微机原理与接口技术王荣良主编王荣良龚义建编著2001.6
（3）F&B系列智能数字显示控制仪表说明书2007.2
（4）北京世纪长秋科技有限公司.世纪星用户手册.2008.
