实时SPC数据采集，可能比你想象的简单

做实时SPC，别忘了PLC这种简单的数据采集方式

对于Minitab这样的统计分析工具，通常是将数据整理好，再导入软件分析。

但对于实时SPC系统，数据采集是非常重要的一环。

很多用户首先想到的就是Excel。把检测数据整理成Excel文件，再由SPC系统自动读取，确实简单实用。

但大家往往忽略了另一种可能更简单的在线数据采集方式：通过Modbus协议，直接采集PLC设备中的数据。

包括生产设备的运行参数，以及带有PLC的在线检测设备中的测量数据。

一、PLC是什么？你的生产设备可能就有

PLC（可编程逻辑控制器）是工业自动化领域最常见的控制设备之一，通常安装在设备内部的电气控制柜中，普通操作人员未必见过。

采用PLC控制的设备，操作人员通过设备面板发出指令，由PLC控制设备运行。面板上显示的很多实时数据，也来自PLC。

比如生产设备，一台自动加工设备控制电机运行、调节温度、检测压力等，都可能通过PLC来完成。

除了生产设备，还有很多在线检测设备也是采用PLC控制的，比如自动尺寸检测设备、气密性检测设备等。

这些设备的测量结果可能已经保存在PLC中，只是通过设备屏幕显示给用户。

既然数据已经在PLC里面了，为什么还要人工抄写，或者导出整理成Excel，再导入SPC呢？

二、PLC设备支持什么采集方式？

1. Modbus TCP

这是我们重点介绍的方式。

Modbus是一种历史非常悠久的工业通信协议，Modbus TCP通过以太网进行通信。

很多PLC设备都支持Modbus协议，有些需要经过配置才能使用。需要注意，支持Modbus RTU不代表一定支持Modbus TCP。

这个协议有两个明显优势：

• 应用非常广泛，很多PLC和工业设备都支持。
• 协议公开、免费，不依赖某一家设备厂商。

对于已经开放Modbus TCP接口的PLC，SPC系统只需要知道设备的IP地址、寄存器地址及数据格式，就可以尝试读取其中的数据。

2. OPC UA

OPC UA也是工业自动化领域常见的通信协议，但并不是所有PLC都支持，特别是一些旧型号设备。

相比Modbus，OPC UA更加现代，能够提供更丰富的数据结构、变量名称和安全机制，也更符合现代软件开发的习惯。

但部分厂商的PLC会限制OPC UA的并发连接数量，或者需要额外授权。

3. 厂商专用通信协议

部分PLC还支持厂商自己的通信协议，例如西门子、三菱等品牌都有相应的通信方案。

通过对应的驱动程序或通信接口，也能读取PLC内部的数据。

此外，有些设备还可以通过网关，将数据转换为MQTT、HTTP等方式提供给SPC系统。

需要注意的是，并不是所有PLC都原生支持Modbus TCP，有些需要启用相应服务，有些则需要增加通信模块或协议转换网关。

但对于已经开放Modbus TCP接口的设备来说，这通常是一种值得优先考虑的数据采集方式。

包括生产设备的运行参数，以及带有PLC的在线检测设备中的测量数据。

三、应该采集什么数据？

这是最重要的问题。

1. 直接反映产品质量的检测数据

这是最适合采集的，比如：

• 自动尺寸检测设备测量的长度、直径、厚度
• 气密性检测设备测量的泄漏量
• 自动称重设备测量的重量等

这些数据可以直接用于SPC控制图和过程能力分析。

2. 影响产品质量的工艺参数

PLC中还有大量的生产过程数据，如温度、压力、流量、速度等。

这些数据不是产品最终的质量特性，但可能直接影响产品质量。

例如注塑机的模具温度、保压压力等，我们可以采集这些数据，通过控制图监控它们的变化情况。

可以看看这个实际案例：

注塑机温度200度和300度，如何采集如何分析【珠海精模真实案例】

另外，实际采集时还需要考虑一个问题：什么时候采集？

例如在线检测设备中的测量值可能一直保留着，如果SPC系统每隔5秒读取一次，就可能把同一个结果重复记录多次。

因此，有时还需要结合PLC中的检测完成信号、产品编号或者其他变量，判断什么时候才应该记录数据。

四、如何配置？

实际配置并不复杂。

下面这张图，完整展示了新增一个 Modbus 采集点时需要配置的信息，包括 PLC 的地址、端口、从站号、寄存器地址、数据类型、字节序、采样间隔等。

这些信息通常可以由设备厂家或电气工程师提供。

配置完成后，还需要指定：采集到的数据，最终要写入 SPC 系统中的哪个检测项目。

这样，PLC中的数据就可以自动进入对应的SPC检测项目，不需要人工抄写，也不需要再导出Excel导入。

另外，实际应用中更重要的一点是：并不是读到数据就立即采集。

很多时候，还需要增加条件来决定是否真正写入SPC。

例如下面这张图所示，可以为当前采集点增加关联条件，同时检测其他采集点的数据，比如加工数量、机器状态等。

只有当这些条件满足时，系统才会采集当前数据。

比如：

• 加工数量发生变化，说明设备刚刚完成了一次新的加工或检测；
• 机器状态等于某个值，比如“加工中”或“检测完成”；
• 还可以设置两个条件同时成立，只有同时满足时才采集。

这样做的好处很明显：

第一，避免重复采集。
有些PLC中的数据会一直保持不变，如果系统按固定时间不断读取，就可能把同一个结果重复写入SPC。

第二，保证采集时机正确。
不是任何时刻的设备数据都有意义，只有在加工完成、检测完成或者状态正确时采集，数据才真正有效。

第三，让采集更贴近现场逻辑。
很多工厂真正需要的，并不是“能读到PLC数据”，而是“在正确的时候，把正确的数据，自动写入正确的SPC项目”。

这也是实时SPC系统和普通数据读取工具的一个重要区别。