低成本實現設備數據采集的手段

一、前言當前物聯網是個熱門話題，物聯網是指通過技術手段讓一些工業(yè)設備，家用設備的信息接入互聯網，這樣我們可以更容易采集到設備信息，并且可以通過計算機或手機對設備進行控制，讓設備更智能。實現通過計算機采集設備數據是一件好事，但成本也是一個重要因素，如果成本過高，也會讓很多企業(yè)或個人望而卻步。筆者就職于一家機械加工的企業(yè)，最終產品為組裝品。產品組裝要性能測試，產品性能測試要記錄壓力和流量等數據。筆者用很低的成本，僅用4千元購買硬件(不含傳感器)和免費軟件實現了通過計算機采集數據，將設備的壓力和流量等數據傳輸到計算機，并形成圖表記錄。本文將介紹筆者的實現過程，希望對其它企業(yè)信息化工作者有借鑒意義。二、數據采集的實現過程1、將壓力和流量等信號變成模擬電信號壓力和流量等信號必須轉換成電信號才能傳入計算機中，不同信號需要通過不同的傳感器，例如壓力信號需要壓力傳感器，流量信號需要流量傳感器。2、將模擬電信號變成數字信號傳感器輸出的是模擬信號，模擬信號不能直接輸入計算機，需要將模擬信號轉變成數字信號，需要用數據采集卡將模擬信號變成數字信號。3、數字信號傳入計算機當數字信號傳入計算機后，計算機端需要有相應的軟件，采集到相應的數字信號，形成圖表顯示在計算機中，并且將數據文件保存在計算機硬盤上。前面已經說過，通過4千元成本(不含傳感器)來實現設備數據采集。4千元花費分配，2500元購買觸摸屏工控一體機，1500元購買數據采集卡?；緦崿F過程如下圖：觸摸屏工控一體機如下圖：三、數據采集卡的選擇數據采集卡有很多，本文不在累述，只介紹一下筆者選擇的采集卡LabjackU3，出自美國Labjack公司，價格低廉，不到1500元。基本性能如下：16個多功能的I/O口（數字輸入，數字輸出或模擬輸入）4個附加的數字口12位模擬輸入（0-2.4單端輸入，或+/-2.4V差動輸入）2個模擬輸出（10位，0-5V）由USB供電，最高采樣頻率大于50KHz工作溫度范圍：-40-+85攝氏度它雖價格低廉，但可以滿足一般的數據采集要求。四、采集軟件的設置和實現過程這類軟件也被稱為組態(tài)軟件，筆者使用的是DAQFactory免費版。組態(tài)軟件（DAQFactory）是美國Azeotech公司的產品。該產品已經在全世界各行各業(yè)得到廣泛的應用，這些行業(yè)包括航天航空、汽車、農業(yè)、能源、樓宇管理、一般制造工廠等。DAQFactory軟件綜合了SCADA、HMI、以及虛擬儀器的優(yōu)點。DAQFactory可以編程，它的高速采集和記錄數據（>50KHz）能力是其它軟件所不及的。DAQFactory可以編程，這是它一大特長，可以靈活實現很多功能。它的免費版一樣可以編程。免費版有點功能制約，最多兩個展示界面，圖表不能有彩色，只能畫二維圖。筆者使用的就是其免費版，也可以滿足基本數據采集需要。通過該軟件基本實現過程如下：1、軟件連接數據采集卡Labjack的數據采集卡可以接多路模擬信號輸入，每路輸入都有一個端口號。在DAQFactory軟件中可以設置頻道Channel，不同的頻道名稱對應不同的數據采集卡端口，可以軟件中設置采集頻率。這樣就將信號從數據采集卡傳輸到計算機中。DAQFactory可以支持的設備型號很多，除了支持Labjack數據采集卡，還可以支持其它很多品牌數據采集卡，可以根據具體的設備在軟件中設置。在設置中，還有一個重要參數是采集頻率，采集頻率就是多長時間采集一次。這個采集頻率和采集的參數有關，例如如果是采集液壓油溫度信號，液壓油溫度不會快速波動，一秒鐘采集一次足夠了，如果是液壓油壓力信號，可能會有快速波動，就需要高的采集頻率，例如每秒50次。下圖為DAQFactory連接數據采集卡設置界面。2、形成圖表展示數據傳輸到計算機中以后，可以做一些編程和計算。例如，可以設置條件觸發(fā)記錄功能，當壓力超過1MPa后，才開始記錄試驗數據。數據傳輸到計算機上之后，一個顯著的優(yōu)勢就是可以借助計算機屏幕，通過圖表展示數據運行規(guī)律，讓操作者更直觀地看到檢查結果。3、數據記錄通過DAQFactory軟件采集到的數據，還可以以CSV格式保存在計算機中。如果是傳統的數據采集數據，試驗儀器顯示數值后，只能由檢測人員手工記錄在紙上或者計算機中。采用軟件記錄試驗數據，既減少了對人力的占用，也避免由于人為記錄疏忽而產生的記錄錯誤。下圖為DAQFactory數據記錄存儲設置界面。4、數據格式轉換DAQFactory記錄的文件格式是csv格式，實質上就是一個Excel表。由于其是軟件自動形成的表格，格式很簡單，只是記錄了不同時間點，各個參數值。下面表格是一個記錄例子。這里面也沒有對應檢測產品的編號和其它檢測條件信息。如果要形成給客戶的檢查成績表，就需要補充產品編號和對應檢測條件等信息，例如下面的表格格式是個客戶的檢查成績表格式。這樣就需要利用其它工具，對DAQFactory輸出的原始數據記錄格式進行轉換，并增加產品編號和檢測條件等信息。筆者采用的Excel自帶的VBA進行編程實現的這種轉化。VBA是一種編程語言，它依托于Office軟件，不能獨立的運行，通過VBA可以實現各種Office軟件操作的自動化。它可以實現Excel中沒有提供的功能，實現自動化功能，通過插入窗體做小型管理軟件。其語法規(guī)則來自于basic語言，容易學習上手。五、后記通過計算機直接采集設備數據，提高了數據采集效率也方便了數據記錄，這是企業(yè)信息化改善方向，但高昂的成本讓很多中小企業(yè)望而卻