面對(duì)“越快越好”的PLC數(shù)據(jù)采集需求，如何準(zhǔn)確評(píng)估設(shè)備能力瓶頸？又該如何突破極限，實(shí)現(xiàn)采集速度的最大化？本文將系統(tǒng)探討如何科學(xué)評(píng)估PLC的數(shù)據(jù)采集能力極限，并在此基礎(chǔ)上，提供一系列旨在最大化采集速度的實(shí)用策略與優(yōu)化建議。

數(shù)據(jù)采集能力評(píng)估方法

要提升速度，首先需要科學(xué)地評(píng)估當(dāng)前系統(tǒng)的能力瓶頸。在PLC正常工作狀態(tài)下，僅采集一個(gè)變量，將采集周期設(shè)置為最小值。啟動(dòng)正式采集，幾秒鐘后停止，得到一個(gè)數(shù)據(jù)文件。用相關(guān)軟件打開(kāi)采集到的數(shù)據(jù)文件，查看平均采集周期。若實(shí)際周期大于設(shè)置的最小值，則該P(yáng)LC在這種模式下的最快采集周期就是實(shí)際測(cè)得的周期；若實(shí)際采集周期約等于設(shè)置的最小值，則最快采集周期小于該最小值，增加采集變量后，實(shí)際采集周期需實(shí)測(cè)確定。

提高采集速度的措施

面對(duì)大多數(shù)PLC，PLC-Recorder的標(biāo)準(zhǔn)做法是采用批量采集以優(yōu)化通信效率。若需進(jìn)一步壓縮采集周期，可參考以下措施：

1.變量地址整理

對(duì)于通過(guò)絕對(duì)地址尋址的變量，可進(jìn)行變量地址整理來(lái)改善采集性能。以三菱PLC為例，尋找一片連續(xù)的D數(shù)據(jù)區(qū)域作為數(shù)據(jù)采集區(qū)域，將所有需要采集的數(shù)值變量移動(dòng)到該區(qū)域，中間不要留空白，更不能有重疊。對(duì)于西門子PLC，可以單獨(dú)開(kāi)一個(gè)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)塊，將所有需要采集的數(shù)據(jù)都復(fù)制到該數(shù)據(jù)塊。完成數(shù)值變量的整理后，進(jìn)行開(kāi)關(guān)量的打包。

比如，數(shù)值變量整理到D15014，則將16個(gè)開(kāi)關(guān)量移入到D15015的16個(gè)位中去，依次打包。

PLC里數(shù)據(jù)整理程序的執(zhí)行周期要短于PLC-Recorder的采集周期。

然后，PLC-Recorder對(duì)于三菱的D15000開(kāi)始的區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并可以對(duì)于打包變量進(jìn)行。

在極端的情況下，上千個(gè)混合變量，經(jīng)過(guò)整理后，采集周期可以從上百ms，縮小為20ms。所以，這個(gè)優(yōu)化措施至關(guān)重要。

2.多線采集

如果PLC的通信資源豐富，可使用PLC-Recorder的多個(gè)通道采集同一個(gè)PLC，將采集變量從一個(gè)通道分配到兩個(gè)或多個(gè)通道下。在很多情況下，其采集周期會(huì)短于單通道的周期。多線采集也可用于不同速度的采集，減少快速采集的變量數(shù)。

3.更換成收聽(tīng)模式

PLC-Recorder的收聽(tīng)模式是由PLC通過(guò)TCP或者UDP協(xié)議主動(dòng)發(fā)送電文，PLC-Recorder僅接收，解碼。這種模式由PLC的程序主動(dòng)控制發(fā)送節(jié)奏，最快速度測(cè)試到0.24ms，

4.提升PLC的服務(wù)能力

一種方式是給PLC的通信服務(wù)分配更多CPU負(fù)荷。在西門子的S7-1500里，提高通信負(fù)荷占比，能顯著提升符號(hào)方式的采集速度。另外一種就是更換性能更強(qiáng)的CPU。在支持多CPU的情況下，甚至可以為通信專門配置一塊CPU。

5.壓縮字符串變量

字符串是一種占用空間大、處理復(fù)雜的變量。在PLC里，字符串變量動(dòng)輒就是上百個(gè)字節(jié)，其長(zhǎng)度是幾十個(gè)數(shù)值變量，更抵得上上千個(gè)開(kāi)關(guān)量。如果一次采集幾個(gè)字符串變量，對(duì)于采集周期的拖累較大。所以，要盡量減少字符串變量的數(shù)量。另外，PLC-Recorder可以指定每個(gè)字符串的長(zhǎng)度，默認(rèn)是20個(gè)字符，對(duì)于信息長(zhǎng)度可控的變量，盡量縮短字符串的采集長(zhǎng)度。

無(wú)線通訊采集能力實(shí)測(cè)

在評(píng)估與提升PLC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能時(shí)，我們需要認(rèn)識(shí)到PLC本體的處理能力并非唯一決定性因素，須綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的電磁環(huán)境、機(jī)械振動(dòng)、布線質(zhì)量等外部條件。要實(shí)現(xiàn)采集速率的最大化，一個(gè)全方位的優(yōu)化策略至關(guān)重要。這包括但不限于：選用合適的通信方式與連接器以減少信號(hào)損耗、優(yōu)化PLC程序邏輯以縮短掃描周期、配置可靠的通信協(xié)議（如批量采集），乃至引入無(wú)線采集模塊來(lái)分擔(dān)通信壓力。

對(duì)于尋求無(wú)線化升級(jí)的用戶，采用工業(yè)級(jí)PLC無(wú)線通訊技術(shù)是一條經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的可靠路徑。該方案能簡(jiǎn)化系統(tǒng)架構(gòu)、打破物理限制，助力用戶構(gòu)建面向未來(lái)的智能數(shù)據(jù)采集平臺(tái)。

例1：上位機(jī)與西門子S7-200 Smart進(jìn)行無(wú)線實(shí)時(shí)通訊。

例2：三菱FX5U之間進(jìn)行無(wú)線實(shí)時(shí)通訊。

總結(jié)與建議

1.基準(zhǔn)測(cè)試： 在現(xiàn)有系統(tǒng)上，測(cè)量當(dāng)前的采集周期、CPU負(fù)載、網(wǎng)絡(luò)延遲等關(guān)鍵指標(biāo)。

2.瓶頸分析： 使用上述評(píng)估方法，確定瓶頸是在PLC程序、通信協(xié)議還是網(wǎng)絡(luò)。

3.優(yōu)先實(shí)施軟優(yōu)化： 首先進(jìn)行PLC程序優(yōu)化（尤其是批量讀取）和通信配置優(yōu)化（啟用訂閱），這些措施成本最低，效果往往最明顯。

4.考慮架構(gòu)調(diào)整： 如果軟優(yōu)化后仍不足，引入邊緣采集網(wǎng)關(guān)。

5.硬件升級(jí)： 作為終極解決方案。

通過(guò)這種系統(tǒng)性的方法，可以科學(xué)地評(píng)估并最大限度地提升PLC的數(shù)據(jù)采集速度，滿足工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和智能制造對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的苛刻要求。

審核編輯 黃宇