[发明专利]一种异常小数据采集方法

说明书

本发明公开了一种异常小数据采集方法，该方法采用FPGA实现，包括：设计1个数据输入通道模块完成外部数据输入；设计2个异常小数据采集模块，每个采集模块包括1个物理媒介适配单元、1个物理解码单元，物理媒介适配单元完成数据串并转换，物理解码单元将输入数据进行解码和对齐；设计1个状态检测模块，完成对异常小数据采集模块输出数据的状态判断；设计1个时钟处理模块，作为各个模块的参考时钟，当状态检测模块检测到外部数据异常时，时钟处理模块完成时钟的倍频、去抖，确保时钟的高频精度，实现数据变频采集。本发明公开的方法能够一定程度上解决瞬态变化、短时段的异常小数据监测难、采全率低的难题。

技术领域

本发明属于电子工程和计算机科学领域，具体涉及一种异常小数据采集方法。

背景技术

随着制造信息化、智能化的发展，生产现场设备的有效监控显得日益重要，生产现场设备不仅包括压力、振动、温湿度等各种传感器，也包括各种数控装备。数控装备是制造业的根基，关系到国家的国防，经济和产业安全，数控装备的信息化水平直接关系到其核心制造模式-智能制造模式实施的成败。数控装备的智能物联作为工厂装备间信息传输的神经脉络，为以上模式提供决策所依赖的基础数据源，是智能制造模式下制造系统顺畅运行的保证。数控装备正常工作时的数据采样周期和数据量趋于稳定，此时传统采集方法可以实现数据的监测和采集；但是当数控装备本身出现重大故障隐患和受到外界致命扰动时，其输出的数据呈现产生时间随机、关联数据结构复杂、瞬时数据量爆发以及短时段的特点，传统采集方法无法及时采集异常数据，由于异常情况不多见，故相对于正常情况下的数据而言，可以将异常情况下的数据称为异常小数据。对于正常大数据的采集，传统方式是采用相对低频的采集方法；当异常发生时，需要同时采集正常大数据和异常小数据，此时如果采用低频采集方法，将会导致异常小数据无法有效采集，如果采用高频采集方法，将会导致采集数据量的急剧增大，这其中必然包括大量重复数据，降低数据采集效率。大量事故由于装备异常发现的不及时而导致。

因此，实现对装备异常工况下的数据采集亟需新方法，本发明公开了一种异常小数据采集方法，能够一定程度上解决瞬态变化、短时段的异常小数据监测难、采全率低的难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：提供一种异常小数据采集方法，该方法能够一定程度上解决异常工况下现场设备产生的瞬态变化、短时段异常小数据监测难、采全率低的难题。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种异常小数据采集方法，其特征在于：

(1)设计1个数据输入通道模块用于接收外部数据，实现对Modbus协议数据、EtherCAT协议数据、Powerlink协议数据、CANopen协议数据以及OPC UA协议数据的采集；建立1个一级缓存FIFO用于存储不同协议的数据；每种协议都设定唯一的ID，用于对一级缓存FIFO中的数据进行标识；

(2)设计2个异常小数据采集模块，即异常小数据采集模块1和异常小数据采集模块2，每个异常小数据采集模块包括1个物理媒介适配单元、1个物理解码单元，具体实现如下：

①物理媒介适配单元将一级缓存FIFO中的数据进行串并转换，实现高速串行数据到低速并行数据的转换，串并转换逻辑采用VHDL语言设计的状态机实现，并行数据位宽可设为8、16和32；建立1个二级缓存FIFO用于存储串并转换后的数据；

②物理解码单元将二级缓存FIFO中的不同协议数据解码得到净荷数据，并进行数据边界对齐，然后存储在三级缓存FIFO中；

(3)设计1个状态检测模块，完成对三级缓存FIFO中数据的状态判断，该状态检测模块采用VHDL语言设计的状态机实现；

(4)设计1个时钟处理模块作为数据输入通道模块、异常小数据采集模块1、异常小数据采集模块2和状态检测模块的参考时钟，具体实现如下：