數據采集系統是工業控制和監控系統的核心與基礎[1]，它能集中地將生產過程參數轉換成數字信號，經計算機存儲和處理后動態地顯示出來，使操作人員可方便地獲得生產現場的各種數據[2]，是保證生產達到優質、高產、低耗、安全的重要手段。圖形化編程語言LabVIEW是虛擬儀器領域內使用最為廣泛的計算機語言[3]，用戶可通過LabVIEW軟件實現自定義的功能，在計算機上進行測量數據的實時監測、存儲和相關數據轉換處理[4]。

    本文以某公司節氣門裝配線為背景，基于裝配線在數據采集及實時監控中遇到的問題，設計了分布式數據采集系統，用于運行中數據的收集及實時監視，實現透明化生產[5]。
1 數據采集系統設計
    該節氣門裝配線包含有14個工位，分別承擔不同零件的裝配或某些功能的測試。用傳統的人工方式來發現、記錄或匯報因裝配線異常產生的各類數據會消耗大量的人物力，不僅不能及時找出緣由，還可能延誤生產周期，影響進度。因此，有必要為裝配線設計一套數據采集系統，通過自動化的數據采集，及時地獲取各類正常或異常的生產數據[5]。
1.1數據采集系統整體設計
    根據裝配線運行過程中數據的類型，可將整個裝配過程的數據采集分為設備數據(包括設備的運行參數、運行時間、故障信息等)采集和生產數據(生產過程中產生的數據)采集。因數據產生于不同的控制系統甚至可能分布于不同的計算機網絡，故將采集系統設計為分布式數據采集系統[6]。該系統主要包括：設備層、數據采集及監視層、通信協議層和應用軟件層4層結構， 如圖1所示。

1.2 生產數據采集硬件結構設計
    通過研究該公司的裝配線，其生產數據主要分為兩類，分別為這兩類數據進行采集系統的硬件結構設計。
    第一類生產數據由PLC自動采集，包括設備綜合效率、計劃數據(輪班調整、休工等)、時間周期、設備狀態及故障工位等。在硬件方面，PLC的數據采集主要是由PLC L40以及相應的智能設備來實現，而存儲在PLC的數據可以通過串口傳遞給上位機（數據服務器AMS主控系統）。
    第二類生產數據是通過手動錄入或按鈕觸發產生的，這些信號以不同的方式存到相應的存儲設備中。這些數據的采集采用泓格的分布式數據采集模塊I7000系列中的I7060和I7520模塊及終端用戶按鈕盒來實現。終端按鈕盒安裝在每個工位上，工人在工位出現無法識別的異常時觸發警報，按鍵的多少根據實際的需要選擇。將按鈕盒和I7060相連接用于采集裝配線上工人輸入的信號。
1.3 設備數據采集硬件結構設計
    生產線設備數據采集的基本原理是用相應的傳感器或智能采集設備來收集運行過程中各個裝置的狀態及運行參數，本文以壓機為切入點，研究設備數據采集的方法。在硬件系統的設計上主要考慮采集壓機在裝配過程中產生的力和位移。
    具體選擇如下：采用Burster 8712-50電位式位移傳感器；采用的測力傳感器是森瑟爾公司的SZL-3型稱重傳感器；采用NI 6221 PCI 數據采集卡；采用NI公司的便攜式信號調理模塊SCC 68底座和SCC SG24。
2 數據采集的實現
2.1 生產數據采集的實現
    (1)因PLC容量有限，需將大量的生產數據實時傳遞到公司的主控系統(AMS)中。通過直接數據鏈接服務器DDL，數據由網絡信息系統采集，以XML事件報文的形式將信息儲存到服務器的生產設備信息數據庫中，在分布式計算機中以圖形方式顯示。
    為對現場運行過程進行實時監視，需將重要的生產信息及時傳輸到現場監視屏幕中，屏幕大多安裝在裝配線醒目處。監視系統的開發環境為VB.net,運用MSComm(Microsoft Communications Control)實現PLC與PC的串口通信從而對生產過程中主要生產數據進行監視，使PLC與監視系統直接通信。
    (2)手動數據通過安裝在工位上的按鈕盒和計件按鈕來收集。I7060和I7520模塊在使用之前必須先設置好模塊地址、波特率等參數，用于區別來自不同工位的信號。地址的設置主要是運用泓格提供的DCON Utility 軟件，實現時要在VB.net中添加相應的端口控件,而在VB6環境中則不需要。在VB.net中對該控件的初始化如下所述：
    Com端口通信初始化：
         MSComm1.CommPort = 1                             //端口號
         MSComm1.PortOpen = True                           //開啟端口
         MSComm1.Settings = "115200,n,8,1"              //設置速率
         MSComml.CommPort =2                                //設定端口號為2
         If MSComml.PortOpen = False Then
     MSComm1.Settings = "9600,n,8,1"                     //波特率、無校驗、
                                                                               數據位數，停止位
         MSComm1.PortOpen = True                          //打開串口
         End if
         MSComm1.OutBufferCount = 0                        //清空發送緩沖區
         MSComm1.InBufferCount = 0                          //清空接收緩沖區
    在程序的執行過程中須設置定時器來實時掃描I7000模塊，判斷其端口的信號變化情況，若前后兩次掃描得到的信號不同，則說明工位上按鈕的某個信號被觸發，通信程序需更新這些信號并實時將最新數據傳遞給監視系統。VB.net中的通信程序流程如圖2所示。主要分三塊進行程序的編寫：掃描Button Box信號、設置報警燈狀態、掃描Counter信號。

2.2 設備運行數據采集的實現
    壓機裝配站的核心功能部件是DIGIFORCE 9310測壓儀和L40 PLC，在改進后的系統中采用LabVIEW編程的方式來實現這兩個功能。
    壓機裝配站中，要監控壓力和位移兩個物理量。DIGIFORCE 9310以相同的采樣率將位移傳感器和壓力傳感器所轉換的電壓值以數組X[i]，Y[i]形式成對儲存到內部存儲器中，并自動生成一個測量函數y=f(x)，以曲線形式顯示出來，然后采用評估窗口的方法對測量結果進行評估。針對所有的曲線，DIGIFORCE 9310提供了三類不同的窗口技術和Envelope評估技術。如果合格，儀器輸出一個邏輯“正”；如果不合格，儀器輸出一個邏輯“負”。如圖3和圖4所示。

    L40 PLC與DIGIFORCE 9310通過Profibus相連接，當DIGIFORCE 9310對曲線進行判別之后，會將判別結果發送到PLC中，PLC會做出反應輸出相應的信號。
    采用LabVIEW開發算法，可將DIGIFORCE 9310的三種窗口綜合起來一起考慮。無論是哪種窗口，其關鍵的評估要素均有兩點：(1)搜索曲線到窗口的入口、出口；(2)對出口、入口的個數進行限制。
    圖5是用LabVIEW實現的Thread-in窗口的曲線圖。

    在LabVIEW中實現Envelope技術可以按照下面的步驟進行：
     (1) 采集傳感器數據；
     (2) 將數據在顯示器中轉換成曲線；
     (3) 對曲線進行取舍，去除奇異曲線；
     (4) 完成N次無奇異曲線測試，形成曲線簇；
     (5) 根據曲線簇，確定“Envelope”的上下邊緣曲線，根據測量規范，確定“Envelope”的左右邊緣直線(x=x1,x =x2)。
    將功能軟件化到PC機的LabVIEW程序中，不僅降低硬件成本，而且所有的裝配站可以共用一個LabVIEW程序，而且程序具有良好的可移植性，從而降低了成本。
    本文實現了PLC數據與服務器的通信，并通過MSCOMM控件實現了PLC生產數據與監視系統的通信；通過I7000系列模塊，設計了外部硬件信號的采集及通信方法，實現了手動數據的采集；通過對壓機信號的采集與分析，用LabVIEW的軟件方法模擬了實際的窗口曲線圖，將硬件軟件化，具有良好的移植性，降低了設備成本，最終實現了對設備數據的采集。設計了友好的人機界面，具有良好的數據反饋功能及配置方案。
    實踐證明，這樣的數據采集系統可以有效地優化生產流程、快速響應生產異常，為制造型企業的生產信息化、精益化及生產決策提供有效的技術手段，具有廣泛的使用價值及開發前景。
參考文獻
[1] 向東．基于CC的工業數據采集系統開發方法研究[D]．西安：西北工業大學，2006.
[2] 夏心駿．生產及設備數據自動采集系統通訊技術的研究[D]．上海：同濟大學，2005：8-12.
[3] 趙政春,鄧曙光．基于LabVIEW的數據采集與分析系統[J]．計算機與數字工程，2010,38(5)：81-83.
[4] 于雷，劉薇娜，吳海紅．激光三角位移傳感器信號采集系統設計[J]．機械設計與制造，2012(5):225-227.
[5] 張芬，杜朋，楊亞非．離散制造企業MES中的生產數據采集實踐[J]．機械設計與制造，2011(3)：245-247.
[6] 吳鎮平，李捷輝． 分布式數據采集監控系統的設計與實現[J]．齊齊哈爾大學學報，2012,9(5)：32-36.