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低成本实现设备数据采集的手段

2019/3/31    来源:e-works    作者:冯春山      
关键字:设备采集  物联网  大数据  
笔者通过低成本买硬件(不含传感器)和免费软件实现了计算机采集数据,将设备的压力和流量等数据传输到计算机,并形成图表记录。

    当前物联网是个热门话题,物联网是指通过技术手段让一些工业设备、家用设备的信息接入互联网,这样可以更容易采集到设备信息,并且可以通过计算机或手机对设备进行控制,让设备更智能。

    实现计算机采集设备数据是一件好事,但成本也是一个重要因素,如果成本过高,也会让很多企业或个人望而却步。笔者就职于一家机械加工企业,最终产品为组装品。产品组装要性能测试,产品性能测试要记录压力和流量等数据。笔者通过低成本买硬件(不含传感器)和免费软件实现了计算机采集数据,将设备的压力和流量等数据传输到计算机,并形成图表记录。

    数据采集的实现过程

    1.将压力和流量等信号变成模拟电信号

    压力和流量等信号必须转换成电信号才能传入计算机中,不同信号需要通过不同的传感器,例如压力信号需要压力传感器,流量信号需要流量传感器。

    2.将模拟电信号变成数字信号

    传感器输出的是模拟信号,模拟信号不能直接输入计算机,需要将模拟信号转变成数字信号,需要用数据采集卡将模拟信号变成数字信号。

    3.数字信号传入计算机

    当数字信号传入计算机后,计算机端需要有相应的软件,采集到相应的数字信号,形成图表显示在计算机中,并且将数据文件保存在计算机硬盘上。

基本实现过程如下图。

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图1 基本实现过程图

    触摸屏工控一体机如下图。

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图2 触摸屏工控一体机

    数据采集卡的选择

    数据采集卡有很多,只介绍一下笔者选择的采集卡Labjack U3,这款产品出自美国Labjack公司,价格低廉。

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 图3 美国Labjack公司Labjack U3采集卡

    其基本性能如下:

  • 16个多功能的I/O口(数字输入,数字输出或模拟输入)
  • 4个附加的数字口
  • 12位模拟输入(0-2.4单端输入,或+/-2.4V差动输入)
  • 2个模拟输出(10位,0-5V)
  • 由USB供电,最高采样频率大于50KHz
  • 工作温度范围:-40~+85摄氏度

    它虽价格低廉,但可以满足一般的数据采集要求。

    采集软件的设置和实现过程

    这类软件也被称为组态软件,笔者使用的是DAQFactory免费版。

    组态软件(DAQFactory)是美国Azeotech公司的产品。该产品已经在全世界各行各业得到广泛的应用,这些行业包括航天航空、汽车、农业、能源、楼宇管理、一般制造工厂等。DAQFactory软件综合了SCADA、HMI、以及虚拟仪器的优点。DAQFactory可以编程,它的高速采集和记录数据(>50KHz)能力是其它软件所不及的。

    DAQFactory可以编程,这是它一大特长,可以灵活实现很多功能,其免费版一样可以编程。免费版有功能限制,最多两个展示界面,图表不能有彩色,只能画二维图。笔者使用的就是其免费版,也可以满足基本数据采集需要。通过该软件基本实现过程如下。

    1.软件连接数据采集卡

    Labjack的数据采集卡可以接多路模拟信号输入,每路输入都有一个端口号。在DAQFactory软件中可以设置频道Channel,不同的频道名称对应不同的数据采集卡端口,可以软件中设置采集频率。这样就将信号从数据采集卡传输到计算机中。

    DAQFactory可以支持的设备型号很多,除了支持Labjack数据采集卡,还可以支持其它很多品牌数据采集卡,可以根据具体的设备在软件中设置。

    在设置中,还有一个重要参数是采集频率,采集频率就是多长时间采集一次。这个采集频率和采集的参数有关,例如采集液压油温度信号,液压油温度不会快速波动,一秒钟采集一次足够了。如果是液压油压力信号,可能会有快速波动,就需要高的采集频率,例如每秒50次。下图为DAQFactory连接数据采集卡设置界面。

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图4 DAQFactory连接数据采集卡设置界面

    2.形成图表展示

    数据传输到计算机中以后,可以做一些编程和计算。例如,可以设置条件触发记录功能,当压力超过1MPa后,才开始记录试验数据。

    数据传输到计算机上之后,一个显著的优势就是可以借助计算机屏幕,通过图表展示数据运行规律,让操作者更直观地看到检查结果。

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图5 数据图表展示

    3.数据记录

    通过DAQFactory软件采集到的数据,还可以以CSV格式保存在计算机中。如果是传统的数据采集数据,试验仪器显示数值后,只能由检测人员手工记录在纸上或者计算机中。采用软件记录试验数据,既减少了对人力的占用,也避免由于人为记录疏忽而产生的记录错误。

    下图为DAQFactory数据记录存储设置界面。

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图6 DAQFactory数据记录存储设置界面

    4.数据格式转换

    DAQFactory记录的文件格式是csv格式,实质上就是一个Excel表。由于其是软件自动形成的表格,格式很简单,只是记录了不同时间点,各个参数值。下面表格是一个记录例子。

表1 DAQFactory记录表格
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    这里省略了对应检测产品的编号和其它检测条件信息。如果要形成给客户的检查成绩表,就需要补充产品编号和对应检测条件等信息,例如下面的表格格式是客户的检查成绩表格式。这样就需要利用其它工具,对DAQFactory输出的原始数据记录格式进行转换,并增加产品编号和检测条件等信息。笔者采用的Excel自带的VBA进行编程实现的这种转化。

    VBA是一种编程语言,它依托于Office软件,不能独立的运行,通过VBA可以实现各种Office软件操作的自动化。它可以实现Excel中没有提供的功能,实现自动化功能,通过插入窗体做小型管理软件。其语法规则来自于basic语言,容易学习上手。

表2检查成绩样表
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    后记

    通过计算机直接采集设备数据,提高了数据采集效率,也方便了数据记录,这是企业信息化改善方向,但高昂的成本让很多中小企业望而却步。很多文章介绍企业信息化改善,只是从功能上介绍如何改进,没有谈及如何用低廉成本实现企业信息化,而信息化的高成本一直是企业信息化的拦路虎。笔者用低廉的成本实现了通过计算机对设备数据的采集,本文介绍了大致的实现过程,供企业信息化工作者参考。

责任编辑:田耘
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