远程数据采集监视控制系统设计分析
前言：想要写出一篇引人入胜的文章？我们特意为您整理了远程数据采集监视控制系统设计分析范文，希望能给你带来灵感和参考，敬请阅读。
摘要：数据采集与坚实控制系统在智能制造领域中是一项重要的组成。电动机是一种动力输出设备，并且应用十分广泛，同时还拥有许多的种类。基于工作电源的差异，电动机可以将其分为交流电动机、直流电动机两个大体类型。而同步电机则是一种交流感应电机，与异步电机十分类似。本文将监视控制系统应用于生产中的同步电机，设计数据采集与监视控制系统，该系统可以有效的增强生产的安全性，并获得良好的效果。
引言
电动机是一种十分活跃的组件，所以会出现运行异常现象，如果不及时采取解决措施，不仅会导致电机的使用寿命减少，还会导致严重后果。所以，在同步电机中建立一套远程数据采集与监视控制系统非常有必要。
1同步电机数据采集与监视控制系统的总体设计
1.1数据采集与监视控制系统的需求
由于生产机器是采用高效同步电机，所以要想对同步电机进行监控，首先就需要确定检测参数，而如果选择过于繁琐的参数，将会浪费计算资源以及处理成本，而参数选择不准的话，将会导致故障检测不够及时，从而导致电机的寿命受损。当前在对于电机进行检测以及故障诊断过程中，所采用的方式主要是基于信号的处理方式。将电机各参数作为一种实时变化的信号来进行处理。而这一方法属于高精度方法，比较适合应用在故障已经发生之后的身段中，或者是应用在精密生产的故障预测方面。因此，数据采集与监视控制系统需要及时的对同步电机的相关参数进行监测，如果出现参数超范围的情况，将会及时进行报警[1]。因此，远程数据采集和监视控制系统所选择的监控参数作为电流与电压，同时读取转速以及频率等，并且这些参数是直接从电机控制器中所读取得到的数据，将其作为基础来设计同步电机的数据采集和监视控制系统。
1.2数据采集与监视控制系统的整体设计方案
同步电机远程数据采集与监视控制系统的整体设计中，在云服务其上主要包括数据库、Web服务器等；数据库适用于存放与系统有关的数据、信息等，并且还支持Web的运行，根据不同的服务器端来选择不同技术。而驻留程序主要是在服务器运行，其具有两方面的功能[2]。首先是接收数据，生产现场的数据将会发送给驻留程序，在接收数据之后，对于数据进行解析处理；其次是数据库通讯。在数据库中录入数据，设备端为贴近生产的各模块，主要有HMI与PLC触摸屏、生产线自带的同步电机、WiFi通讯模块、变频器以及STM32单片机等；Web模块则主要含有客户端以及服务器端。其中，客户端相当于浏览器，用户通过客户端就能够对于项目数据实现远程访问。
1.3数据采集与监视控制系统的硬件方案设计
数据采集与监视控制系统的硬件模块主要包括变频器、PLC、同步电机、触摸屏HMI以及数据采集卡。HMI触摸屏与PLC两者之间相结合，能够设计出更为复杂且全面的界面，同时还可以取代PLC的外接按钮；变频器的作用在于能够对同步电机直接控制，从而对电机开展调速、故障检测以及运行参数检测等；数据擦机卡包括WiFi发射模块以及STM32单片机，数据采集卡与PLC通讯会在读取数据之后，然后将其发送到云端；PLC主要是应用于控制变频器，以此来实现复杂程度更高的控制。如下图1所示为硬件系统的整体结构。
1.4系统软件方案设计
当前，关于数据采集与监视控制系统的软件模块方面还尚未有准确定义。所以，本文主要是通过WiFi模块来发送数据，之后对数据进行显示、储存、以及处理的部分就是软件。而本系统的软件部分主要含有服务器驻留程序、数据库、云服务器以及Web网页客户端。
1.4.1数据库与服务器驻留程序设计在windows系统下，对于云端数据库SQLServer的访问形式非常多，但是因为本文擦用的是SQLServer数据库为关系型数据库，所以只需要考虑OLEDB、DAO以及ADO的访问方式。其中，OLEDB的优势在于能够对关系型、非关系型数据库实现同时访问，而其虽然偏底层，性能高，但是在实际的开发过程中，所投入的消耗也较大。而DAO这一方式在性能与可拓展性方面比较一般；ADP具有着OLEDB的优势，并且还完善了易用性。所以，适合应用在本文中进行数据库的访问。服务器驻留程序是运行在服务器端的一种程序，其主要目的是为了能够与数据采集卡之间进行通讯，并将其作为在数据库中录入数据的桥梁。
1.4.2客户访问端设计客户端的访问方式分为手机端、电脑端。但是大部分的监控需求主要是在办公区域中，因此本研究采用的是电脑端。而电脑端的网络应用开发体系结构又可以分为C/S结构以及B/S结构。其中，C/S结构即客户端/服务器结构；B/S结构即浏览器/服务器结构。因为考虑到经济因素，所以选择采用B/S结构来开发客户端。并且由于本文所选择的SQLServer数据库，所以选择ASPNET技术来开发Web网页。
2同步电机远程数据采集与监视控制系统的边缘计算
2.1边缘计算与云计算概述
在靠近物或是数据源头的网络边缘侧进行计算、储存等应用就是边缘计算。并且边缘计算非常注重在接近数据或传输的地方来对数据进行处理，基于此来降低运行过程中计算中心的压力。而由于不需要与计算中心之间进行通讯，所以具有安全性、敏捷性以及实时性等优势。因此，利用边缘计算，主要目的是为了打造一个智能的传输系统或者是智能终端系统。边缘计算是一个十分广泛的概念，既可以是微处理器、计算机，也可以是智能终端，只要具有计算机储存功能即可。
2.2边缘计算—数据预处理
边缘计算的一项重要功能就是对于数据进行预处理，从而在海量的数据中提取其中的机制，同时减少冗余，以此来降低数据上传的体量。而由于对数据进行计算和处理之后，将会知识云中心的负载降低，因此处理结果与设备端更加靠近，在检测到异常情况之后，可以进行十分迅速的反映。简单数据处理是一个标准化程序，能够封装在边缘节点，而数据采集与监视控制系统，其算法则能够封装在STM32开发板中。另外，如果计算比较繁琐的话，无需将其放在云端，在利用边缘计算能力的同时，可以使得云计算中心的负载得到有效的减轻。
3同步电机远程数据采集与监视控制系统的实验研究
3.1遗传算法求解背包问题最优解的验证
当具有大量的数据文件时，遗传算法可以得到一个接，但是所得到的这一个解是否是最优解或者是近似最优解很难去判断，因此通过小数据量观察，最终求出最优解。假设，缓存大小为50M，访问3次以上的文件数共有5个。而当缓存大小存在限制的时候，上述的缓存替换最优解为将x1、x2、x3替换至缓存。而根据传统的最高频次法，将访问10次、8次的放入缓存x1、x2，此时总大小为48M，总访问次数为18次，这一结果表明，最高频词法得到结果有可能不是最优解，甚至还可能是一般解。
3.2数据采集与监视控制系统的运行试验
3.2.1客户端运行试验利用一台可以上网的电脑，在IE浏览器中输入访问地址，之后将会跳转至登录首页，并填写登录名、密码以及验证码之后才可以登录。其中，导航栏电极状态按钮能够勘察所有电机的历史数据信息；生产线电机按钮可以查看生产线电机；状态监测按钮能够显示出各个电极最近的一次数据采集情况。
3.2.2数据采集试验在现场的PLC上安装数据采集卡，同时登录远程服务器的主机，并将服务器主流程序打开，并输入本机公网IP地址，并电极Start按钮进行监听，之后在服务器端打开数据库，新建查询，查询数据。如果WiFi模块连接服务期之后立即开始进行数据采集工作，并且之后每间隔一分钟就会进行一次数据采集的话，这表示数据采集卡能够正常运行，同时数据采集也可以实现项目设定的要求。
4总结
本文通过对同步电机的远程数据采集与监视控制系统进行了研究，提出来其中的硬件系统和软件系统的研究与设计，并且对于数据采集与监视控制系统的边缘计算进行了相关研究和应用，得到了良好的效果。
参考文献
[1]祁国成,李科杰,李亚峰,等.油气管道数据采集与监视控制系统电磁脉冲效应实验[J].强激光与粒子束,2015,27(12):162-167.
[2]王博.同步电机远程数据采集与监视控制系统[D].浙江:浙江大学,2018.
作者：张士荣 吴莲 单位：江苏理工学院
