每周一个编程小例子：实时数据分析
引言
随着工业自动化的发展，PLC（可编程逻辑控制器）在监控、控制和优化工业生产中的应用越来越广泛。数据趋势分析，作为工业数据处理中的重要环节，对于实时监测和预警非常关键。本文介绍了一种简单而有效的 PLC 程序功能块——FB_DataTrendAnalysis，用于对工业过程数据进行趋势分析，包括最大值、最小值、平均值和标准偏差的计算。通过定期采样，能够有效反映数据的变化趋势，帮助工程师在生产过程中做出快速反应。
1 程序代码
下面是完整的 PLC 程序代码(代码基于 CodeSys 平台的 ST 语言)：
- FUNCTION_BLOCK FB_DataTrendAnalysis
- VAR_INPUT
- IN_DataValue : REAL; // 数据输入
- IN_Reset : BOOL; // 复位统计
- IN_SampleInterval : TIME := T#1s; // 采样间隔
- END_VAR
- VAR_OUTPUT
- OUT_MaxValue : REAL; // 最大值
- OUT_MinValue : REAL; // 最小值
- OUT_AverageValue : LREAL; // 平均值
- OUT_StdDeviation : LREAL; // 标准偏差
- OUT_SampleCount : UDINT; // 样本数
- END_VAR
- VAR
- Timer_Sample : TON;
- DataSum : LREAL;
- DataSquareSum : LREAL;
- CurrentMax : REAL;
- CurrentMin : REAL;
- SampleCount : UDINT;
- END_VAR
- // 功能说明：对过程数据进行趋势分析，包括最大值、最小值、平均值和标准偏差计算。
- // 定时采样
- Timer_Sample(IN := TRUE, PT := IN_SampleInterval);
- IF Timer_Sample.Q THEN
- // 更新最大值和最小值
- IF SampleCount = 0 THEN
- CurrentMax := IN_DataValue;
- CurrentMin := IN_DataValue;
- ELSE
- IF IN_DataValue > CurrentMax THEN
- CurrentMax := IN_DataValue;
- END_IF
- IF IN_DataValue < CurrentMin THEN
- CurrentMin := IN_DataValue;
- END_IF
- END_IF
- // 累加和与平方和
- DataSum := DataSum + IN_DataValue;
- DataSquareSum := DataSquareSum + (IN_DataValue * IN_DataValue);
- SampleCount := SampleCount + 1;
- // 计算平均值和标准偏差
- IF SampleCount > 0 THEN
- OUT_AverageValue := DataSum / SampleCount;
- OUT_StdDeviation := SQRT((DataSquareSum / SampleCount) - (OUT_AverageValue * OUT_AverageValue));
- END_IF
- OUT_MaxValue := CurrentMax;
- OUT_MinValue := CurrentMin;
- OUT_SampleCount := SampleCount;
- Timer_Sample(IN := FALSE);
- END_IF
- // 复位处理
- IF IN_Reset THEN
- DataSum := 0;
- DataSquareSum := 0;
- SampleCount := 0;
- CurrentMax := 0;
- CurrentMin := 0;
- OUT_MaxValue := 0;
- OUT_MinValue := 0;
- OUT_AverageValue := 0;
- OUT_StdDeviation := 0;
- OUT_SampleCount := 0;
- END_IF
2 程序介绍
输入变量
-
IN_DataValue：输入的实时数据值，通过 PLC 的传感器或其他设备传递进来。
-
IN_Reset：复位信号，用于将统计数据重置。
-
IN_SampleInterval：采样间隔，默认为 1 秒，用于控制数据采样的频率。
输出变量
-
OUT_MaxValue：当前采样数据的最大值。
-
OUT_MinValue：当前采样数据的最小值。
-
OUT_AverageValue：当前采样数据的平均值。
-
OUT_StdDeviation：当前采样数据的标准偏差。
-
OUT_SampleCount：已采样的数据点数量。
内部变量
-
Timer_Sample：用于定时采样的定时器。
-
DataSum：存储数据的累加和，用于计算平均值。
-
DataSquareSum：存储数据平方和，用于计算标准偏差。
-
CurrentMax和CurrentMin：当前数据的最大值和最小值。
-
SampleCount：样本数量。
功能实现
-
程序使用定时器 Timer_Sample 控制数据采样的频率。
-
每次采样时，程序会更新数据的最大值、最小值，并累计数据值以计算平均值和标准偏差。
-
如果接收到复位信号 IN_Reset，则所有数据会被清零，重新开始统计。
3 应用场景
此功能块广泛应用于以下领域：
生产线监控：在生产过程中，实时监测设备的工作状态或生产参数，能够提供实时数据分析，确保生产过程的稳定性。
环境监测：用于采集环境参数如温度、湿度、气压等数据，进行趋势分析，帮助管理人员及时发现异常波动，采取预防措施。
质量控制：通过分析生产过程中关键参数的数据趋势，帮助质量管理人员判断生产是否符合质量标准。
4 拓展思考
数据存储与历史分析：可以将数据采样值存储在数据库中，进行历史数据趋势分析，帮助长周期的设备维护和故障预测。
异常检测与报警：除了最大值和最小值的分析，还可以加入阈值设定，一旦数据超出预设的范围，即可触发报警功能，提前预警设备异常或故障。
多通道数据分析：可以扩展该功能块，支持多个数据输入通道，对多个不同的设备或生产线进行实时趋势分析。
总结
FB_DataTrendAnalysis 是一款简洁且高效的 PLC 功能块，能够实时采集并分析工业过程中的数据趋势。通过计算最大值、最小值、平均值和标准偏差，工程师可以快速了解数据的整体变化情况，为后续的生产调整和优化提供数据支持。该功能块具有较高的扩展性，可以在多种工业应用场景中发挥重要作用。
你来出题 我来答
欢迎大家在评论区提一些标准功能块的需求，如果合适，我们会在以后的文章中与大家分享。
往期回顾
每周一个编程小例子 ：Bit 到 Word 转换的两种实现方案对比
每周一个编程小例子：PID 控制算法在 PLC 系统中的实现与应用
2026年1月
