基于組態(tài)軟件實現(xiàn)高速大容量數(shù)據(jù)采集

　　摘要：就圖靈開物組態(tài)軟件實現(xiàn)高速大容量數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探索性研究，擴(kuò)展了組態(tài)軟件的應(yīng)用范圍，為需要進(jìn)行高速大容量數(shù)據(jù)采集的自動化監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)提供了一條新的思路。

　　隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和自動化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，通用監(jiān)控組態(tài)軟件逐步蓬勃發(fā)展起來并涌現(xiàn)出一些極具競爭力的產(chǎn)品。組態(tài)軟件作為一種連續(xù)過程控制的通用監(jiān)控平臺極大的縮短了計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件的開發(fā)周期、增強(qiáng)了軟件產(chǎn)品的穩(wěn)健性，顯著提高了經(jīng)濟(jì)效益。

組態(tài)軟件自從出現(xiàn)以來，一直以其通用性、易用性的優(yōu)點(diǎn)深得廣大工程技術(shù)人員的青睞，但是組態(tài)軟件的連續(xù)慢變過程監(jiān)控的特點(diǎn)使它很難滿足中高頻信號的測試需求。在組態(tài)軟件的發(fā)展過程中，對于高速大容量數(shù)據(jù)采集的需求逐漸明朗起來。

　　一般的，高速大容量數(shù)據(jù)采集需要處理三個方面的問題，即高速數(shù)據(jù)采集、批量數(shù)據(jù)存盤和實時數(shù)據(jù)顯示。但是由于在組態(tài)軟件運(yùn)行過程中需要同時處理很多任務(wù)，使得組態(tài)軟件對于實時性要求很高的場合不能很好的滿足，而高速大容量數(shù)據(jù)采集又必須使數(shù)據(jù)采集獲得更高的優(yōu)先權(quán)，從而保證實時不間斷數(shù)據(jù)采集。綜合考慮高速大容量數(shù)據(jù)采集的需求和組態(tài)軟件的特殊性可選用一種折中的方案，即高速大容量數(shù)據(jù)采集，非實時數(shù)據(jù)顯示，從而既保證了高速大容量數(shù)據(jù)信號的采集，又不至于占用太多的CPU時間。

高速大容量數(shù)據(jù)采集分為兩部分，即在組態(tài)軟件的硬件設(shè)備驅(qū)動程序中實現(xiàn)高速大容量數(shù)據(jù)采集，然后在組態(tài)環(huán)境下利用插件等形式將數(shù)據(jù)文件展開。

　　板卡類設(shè)備性能穩(wěn)定、使用便捷、采樣速度高，是高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常用的外部設(shè)備。在開物2000組態(tài)軟件中數(shù)據(jù)采集部分主要在硬件設(shè)備的驅(qū)動程序中實現(xiàn)?？紤]到高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特殊性，在驅(qū)動程序中建立了一個寫標(biāo)簽，在執(zhí)行寫標(biāo)簽的過程中將完成兩部分工作，即高速大容量數(shù)據(jù)采集和批量數(shù)據(jù)存儲。為了提高數(shù)據(jù)采集的優(yōu)先權(quán)并有效降低CPU的占用率，在數(shù)據(jù)采集時使用了FIFO（First In First Out）、中斷和DMA（Direct Memory Access）等技術(shù)并使數(shù)據(jù)采集程序運(yùn)行在內(nèi)核模式。當(dāng)執(zhí)行寫標(biāo)簽時，驅(qū)動程序?qū)⒊跏蓟蹇ㄔO(shè)備，主要包括設(shè)定采樣長度和采樣頻率，然后觸發(fā)板卡設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將采集到的數(shù)據(jù)存儲到板卡的FIFO中，當(dāng)FIFO中的數(shù)據(jù)半滿時，將產(chǎn)生一個中斷信號，然后通過DMA方式將FIFO中的數(shù)據(jù)存儲到內(nèi)存區(qū)域。當(dāng)采樣長度達(dá)到預(yù)定的要求時，停止板卡設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，并將內(nèi)存區(qū)域的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)文件，從而完成高速大容量的數(shù)據(jù)采集和存儲。

　　基于組態(tài)軟件很難實現(xiàn)中高頻信號實時波形的顯示，一般需采用非實時數(shù)據(jù)波形回放的方法。為了滿足數(shù)據(jù)波形回放的要求，基于圖靈開物環(huán)境開發(fā)了數(shù)據(jù)采集插件。圖靈開物中的插件類似于ActiveX控件，但與ActiveX控件相比，圖靈開物中的插件結(jié)構(gòu)小巧，運(yùn)行安全可靠，具有更強(qiáng)的功能，并且由于其僅在使用時被動態(tài)加載，可以有效的節(jié)省系統(tǒng)資源。

數(shù)據(jù)采集插件功能豐富，可以滿足數(shù)據(jù)波形回放的多種功能要求，如打開數(shù)據(jù)文件、保存數(shù)據(jù)文件、波形放大、縮小、自定義縮放、設(shè)置和打印輸出等各種功能。在數(shù)據(jù)采集插件中通過設(shè)置工程值和測量值的最大最小值可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)量綱的轉(zhuǎn)換。

　　基于上面提到的方案，在螺栓應(yīng)力測試系統(tǒng)中取得了很好的實驗效果。實驗過程中需要測量的高速信號為螺栓的動態(tài)應(yīng)力變化。在實際實驗過程中基于圖靈開物環(huán)境建立寫標(biāo)簽“WRITE_FILE0”，代表板卡設(shè)備第0通道的數(shù)據(jù)信號，設(shè)定采樣長度為8192點(diǎn)，采樣頻率為5000Hz。

　　在圖靈開物組態(tài)環(huán)境中實現(xiàn)板卡類設(shè)備數(shù)據(jù)采集非常方便。例如可以建立一個數(shù)據(jù)采集按鈕，點(diǎn)擊按鈕就可以完成數(shù)據(jù)的采集，如果需要基于一定的條件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集則可以通過腳本語言來實現(xiàn)。例如 If AD0.Value<=3.5 then WRITE_FILE0.Value=True，使用非常方便。下圖給出了整個實驗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)波形，從圖中可以看出，數(shù)據(jù)波形還原完好，沒有任何失真現(xiàn)象，很好的跟蹤了螺栓應(yīng)力的動態(tài)變化，滿足了系統(tǒng)的測試要求，取得了良好的實驗效果，同時也驗證了本文提出的高速大容量不間斷數(shù)據(jù)采集方案的正確性。

　　本文綜合考慮組態(tài)軟件和高速大容量不間斷數(shù)據(jù)采集的要求，提出了實時數(shù)據(jù)采集，非實時數(shù)據(jù)顯示的解決方案，很好的滿足了中高頻信號的測試需求，擴(kuò)展了圖靈開物組態(tài)軟件的使用范圍，對于高速大容量數(shù)據(jù)采集具有一定的指導(dǎo)意義。