浅谈工业数据采集系统

刘超博

（深圳市天圳自动化技术有限公司）

摘要：目前，我国能耗监管体系尚不完整，缺乏系统的管理，在处理信息方面也较为落后，与国家节能减排的政策有所差距，无法保持同步。本文针对工业企业单位产品耗能数据采集，对现有的数据采集系统进行分析，对其进行更新和改善，从而降低系统配置过多，兼容性差等问题，使该系统在实际应用中，具有较强的实用性和可靠性。

关键词：单位产品能耗数据采集系统

引言

在数据采集、处理的应用中，使用最为广泛，基础最为牢固的是PC_BasedControl技术，它是融合PC技术、信号测量和分析技术、控制技术、通信技术于一体的高性能测量与控制技术，用于信号量测、工业过程数据采集和控制、运动控制、通信控制等。包括工业电脑平台、功能卡和应用软件。通过插入各种功能卡和编写软件，形成功能强大的数据采集系统、通信控制器和运动控制系统。

近年来，PC_BasedControl技术向更快速、更精确的测控方向发展，其中数据采集与控制是其核心技术之一，其基本任务是物理信号（电压/电流）的产生或测量。但是要使计算机系统能够测量物理信号，必须要使用传感器把物理信号转换成电信号（电压或者电流信号）。有时不能把被测信号直接连接到数据采集卡，而必须使用信号调理辅助电路，先将信号进行一定的处理。总之，数据采集与控制系统是在硬件板卡/远程采集模块的基础上借助软件来控制整个系统的工作，包括采集原始数据、分析数据、给出结果等，其中的硬件板卡就是现在广为使用的数据采集卡。而要对数据进行分析并产生结果，就需要利用软件编程技术来实现了。

一、能耗数据采集

能源计量的传感器多种多样，大多数通讯协议没有相关的国家标准，唯有电表例外。该系统对数据具有存储和处理功能，按照能源数据传输标准运作，依靠GPRS将数据传输到处理中心。

1.1硬件结构

在设计硬件结构时，有些方面需要考虑：其一，远程通讯功能。数据传输可以通过网络进行远程传输，无需在监控中心输入，最终集中在处理中心处理。其二，数据存储功能。为了防止数据丢失，系统自带存储功能，若通讯突然中断，使用RAM存储的数据可以在通信重新连接后，信息便可以同步。其三，屏幕显示功能。系统内的数据可以在液晶触屏上显示出来，方便查看，同时方便设置参数。

该系统数据采集终端能够反映能源计量的整体发展趋势和方向，根据相关的需求，该系统运用ARM9微处理器平台，从而使系统整体的性能得到改善。为了达到系统的要求，减少外围电路的扩展。在接口处采用液晶触摸屏，以便于采集和输入信息，系统终端与处理中心通过网络相连，保证信息的同步。

1.2软件要求

采用嵌入式Linux操作系统，其具有很多优点，如：使得源代码公开，具有强大功能的内核，具有完善的网络通信功能，且其界面清晰容易分辨，该系统支持多种文件系统，驱动丰富多样等。整个数据采集的功能模块建立潜入操作系统上，使用完善的内核。系统软件共分为三个模块，具有各自的功能和作用。

1.3数据接收与处理

数据采集时，要对数据进行检验和分析，同时，采集数据要在规定的时间内进行，针对采集系统的实际情况规划用能模型，根据此模型对原始数据进行分析和计算，进而得到分项能耗数据，将此项数据保存，与原始数据进行对比。过程根据能源使用情况不同，采取不同的采集方式，很多企业实际用能情况复杂，需要间接计量。

采集数据时，需要按照相关的协议对数据进行传输，数据从各子系统到处理中心的传输也要遵循相应的传输协议的规定。系统采集数据的方式要自动进行，部分人工录入的数据要进行处理。

数据采集子系统包括以下过程：

一是数据传输。对于系统终端采集并传输到系统中心的数据，可以从多个方面同时处理，同时满足多方的请求，对于接收的数据，可以分布进行处理，将原始数据保存，同时对处理分析后的数据进行保存，将二者进行对比。

二是数据校检。对于终端传输过来的数据进行监测和检验，验证其合法性，以及数据包格式的正确性，检查数据信息是的完整性，地址信息的正确性，以及数据采集进行的时间的合法性和数据中心与数据包能源信息的匹配性。

三是采集故障检测和补招。若仪表和系统终端出现故障时，避免数据的丢失和混乱，系统可以自动报警，提示相应的工作人员及时处理。同时系统会对故障进行分析，给出可能的原因和相关的解决办法，对于在故障期间未能完整传输的数据，在系统正常运行后，可以对数据进行自动补招。

四是数据包解析。对于系统中心收到的数据包，要通过特定的方式解析，使其转换为系统可以识别的格式，通过数据持久化模块对原始数据进行存储。

五是归一化预处理。在不同时间采集的数据要进行规范，使得未在要求时间内采集的数据规范到标准时间，对单位不同且数据采集方式和计量单位不同的数据归一化处理。

六是拆分计算。传输的数据较为杂乱，要根据数据种类及特点的不同进行拆分计算，对相同能源不同终端的数据进行归纳处理，分析出该能源最终的消耗数据。

七是数据持久化。对于传输到系统内的数据，系统要具有长久存储的功能，使其在需要时可以随时调出。可以通过云存储的方式，扩大存储空间。

八是运行维护。该系统需要随时进行检测，检查接受数据的线程是否正常运作，能否保证系统时刻正常运转。系统出现故障及时进行处理，经常对系统软件进行升级和维护，保证远程传输数据的可靠性。

二、数据传输网络

2.1系统组网方式

整个数据传输通过网络进行，产品能耗数据采集系统分为主干网和局域网，每个企业的情况不同，要根据实际，采用适合的组网方式。第一种方式主要依据主干网，针对只需要总能耗数据的企业。第二种方式采用主干网与多个局域网结合的方式，针对需要对分厂、车间、设备都采集数据的企业。

2.2系统中应用到的其他通讯方式

一是RS-485总线和modbus总线。这种方式的优点是使用成本低，没有通讯费用，且可靠。缺点是通讯距离在一千米以内，范围小，同时维护时需要耗费大量费用。二是近距离无线通讯，即所说的WIFI。此方式优点是成本不高，没有通讯相关费用，通讯快速，不需要后期维护，且具有一定可靠性。缺点是通讯范围小，只能在近距离使用。三是电力线载波通讯。该方式优点是成本较低，没有通讯费用，通讯快速，且不需要维护。缺点是通讯范围小，且速度慢，容易受到干扰成功率低。

4.企业耗能计算

企业综合耗能的计算公式如下：

Uq=Ei/i

Uq指企业综合能耗单位为千克标煤；Ei指生产活动中消耗的第i类能源实物量,产品单位产量综合能耗计算公式如下：

Udc=Uq

Udc指产品单位产量综合能耗，单位为千克标煤每百米；Uq指企业综合能耗，单位为千克标煤；指各种合格品产量，单位为百米。

结束语

工业企业单位产品耗能数据采集系统有如下优势：对咸鱼的能源采集系统进行升级和完善，降低了资源的浪费，提高了资源的使用效率，对于仪表没有过高的要求，只要企业安装的仪表符合计量要求，便可以继续使用。相应的节省了有关仪表更新和改造费用。同时，该系统可以为政府节能减排的政策提供准确可靠的数据，保证节能降耗活动顺利实施。在减少能源消耗、保护环境、降低成本方面，有显著的效果，对实现可持续发展的节约型社会具有十分重要的意义。

参考文献

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[2]洪蒙纳.基于造纸企业月度数据的行业能耗及节能潜力分析.《中国造纸》.2013.09

[3]李先宁.典型刨花板企业单位产品综合能耗及节能方案研究.《南京林业大学》.2010.05