PDA高速数据采集分析系统及Profinet在其中的应用
刘安平
【摘 要】 对故障诊断和产品开发相关的数据采集方法进行了研究，提出了对相关参数进行毫秒甚至微秒级的数据采集分析是一种有效手段。针对工业控制器及通信协议几乎由外商把持、数据不开放的现状，采用PDA高速数据采集分析系统，剖析了Profinet工业以太网通信协议，并将其从站协议集成到普通以太网卡中。开发了双x轴、双y轴、曲面拟合、频谱分析等功能，进行了在线和离线分析功能调查，设计了多客户端、多窗口方式。该方式支持常见的PLC、总线、通信协议、接口模块、内存映象网和电文，具有丰富的数据统计报表和完善的数据接口。实践结果表明，这种集数据采集、压缩、存储和分析于一体的工业实时高速数据采集与分析平台具有广泛的应用价值。 【期刊名称】自动化仪表 【年(卷),期】2018(039)003 【总页数】3
【关键词】 Profinet; PDA; 高速; 数据采集; 数据分析
0 引言
流程工业控制中设备故障诊断、产品质量判别、新产品开发需要大量实时数据，常用的数据库只能提供秒级的数据分辨率，不够精细。
大数据质量分析是经典分析方法的重要补充[1-2]，要求的数据更广、更多。因此，广大工程师迫切期盼着能有一种完全自主知识产权，分析功能灵活的便捷工具。Profinet是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准[3-5]，传输速度快、数据量大。
本文在充分研究了Profinet技术的基础上，将该协议应用到过程数据采集(process data acquisition，PDA)系统中。
PDA系统专注于通信协议研发、现场总线剖析、高速数据采集、实时数据压缩、海量数据存储、在线数据分析等技术的探究，可采集总线、网络、硬件接口模块及主流PLC等的数据，采样点数可达10万点，支持多服务器多客户端模式。PDA系统为特殊设备的驱动开发预留了接口，可以定制专用的分析功能。
1 PDA系统功能解析
采集工业实时数据是PDA系统的重要任务。每种工业控制器支持一种或多种通信协议和现场总线，Profinet是其中的一种，由西门子主推，传送速度可到1 ms。如果采集1 000个实数，则每天的数据量为3.456×1011字节。如此庞大的数据，必须进行压缩。Windows下压缩文件通常需要几秒到几十秒，是一种非实时数据压缩。PDA必须在1 ms内对采集的数据完成压缩，否则下一毫秒的数据将会丢失。压缩后的历史数据和正在采集的数据工程师希望能在自己的终端进行分析。
Profinet由PROFIBUS国际组织(PROFIBUS International，PI)推出，是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。Profinet虽然应用广泛，但协议内核比较复杂，自主应用有一定技术困难。
PDA系统为流程控制及设备测试提供综合的数据解决方案。①为设备制造厂提供设备测试的手段。②为生产厂的运行维护提供设备故障诊断和状态检测的有效方法。③为动态过程分析提供便捷的工具。④为产品质量判别提供准确的依据。⑤为新产品开发提供强大的数据支撑。⑥可作为智能无人驾驶数据记录仪，可用于图像识别、语音识别、深度学习、激光测距、路径规划、导航定位。
2 PDA系统性能指标
PDA系统运行在Windows平台，支持字符串(STRING，CHAR)、模拟量；INT；DINT；BYTE；WORD；DWORD；REAL；DOUBLE、数字量(BIT，BOOL，Boolean)，各类型可以混合排列。
PDA系统采样周期为0.1～200 ms，采样点数可达100 000点。综合采样周期与PLC性能相关， PDA系统提供计算时钟和实时时钟，实时时钟用于广域同步[6]。
采用以下三种数据压缩方式。①实时压缩：注重实时性和效率。②高效压缩：注重压缩率。③不压缩：注重开放性。
根据控制系统配置特点，可灵活选用多种方式进行数据采集：工业以太网、Profibus-DP等网络采集；硬件接口模块采集；PLC主动发送数据，PDA服务器接收；PDA服务器直接读取PLC中的数据；数据打包传送等。
3 PDA系统组态
3.1 PDA服务器作为Profinet从站
标准版PDA系统按西门子板卡CP-1616 onboard V2.3配置Profinet从站，采集的字节数为128的倍数。每个从站最多可采集1 408 B， Q地址必须配置为连续的地址。CPU输出映像地址不小于Profinet的Q地址范围，增加多个从站可以采集更多的数据。 3.2 Profinet配置
Profinet最终依据MAC地址传送数据，因此同一个PN口的不同从站，在PDA服务器中需要不同的网卡与之对应。PDA服务器支持多网卡。
S7 CPU所带PN口输出1 408 B，占用CPU时间在1 ms以内。通过单独的
PDA高速数据采集分析系统及Profinet在其中的应用
