数据：这个数字312.55 我们能想到什么？只能说它的有效数字是小数点后两位！

当指明了场景，数字才有一定意义。例如：这数字出现在商场内；它可能代表金额。但还是缺少单位！是元？还是刀？这说明，有效数据一定要有相关（场景、单位）的标注！

日常中，我们最常见到的数据，就是财务数据；

财务数据除了上述的数值、单位外，还必须有日期（时间）、摘要（内容背景）、入/出（借/贷）；凭借数据原始性，达到可分析、可追溯。

我们工业控制AI所需要记录的项目也应如此。

原始数据来源于感知器（各类传感器）；

我们就从感知器（模拟量AD传感器）说起：

如前所说，工程量（距离、重量、压力、温度、亮度等等）通过换能器转换到电量；然后，再使用AD芯片将电量模拟量（电压、电流）转换成数字量数据。

我们知道AD转换是有不同的分辨率（精度）位数的。

西门子控制系统对此做了如下格式的统一。

AD模拟量统一格式

在西门子规范中，采用左对齐，一个16位字长，统一了模拟量格式。

黄色部分为置信度误差，可通过平滑、滤波显示为估读。

对于数字模拟量，我们系统工程师最直接、最关心的两点：分辨率（精度）和单位（量纲）

1、分辨率（精度）问题

西门子控制器PLC方面：为了同时兼顾分辨率（精度）和实际场景的信号过冲；规定范围值为0-27648即hex 6C00=100.00%；这保留17%信号过冲时，分辨率达到2.7万分之一。

实际AD转换精度：通常主机本体自带模拟量输入的AD为10位。SM信号模块实际AD是13位+符号位。（除了LOGO！外，新一代主机端子基本取消了AD接口。）

西门子驱动器（变频器）方面：MM4、G120系列变频器上的AI端子，AD转换12位；而最新的G220系列，AD转换为16位。

你可以看出：西门子的工业控制设备，给用户准备了更高转换精度的AD；12、14、16位（达到3.2万分之一）；并将其统一为一个16位字长的固定格式。

实际工业控制场景下，我们真的需要这些高分辨精度的AD转换么？

我国工业传感器通用精度等级分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七个等级，主流产品集中在0.5~2级区间。

由此可见，我们的信号源：仪表、电位器等等，在大多数工业场景的测量仪表精度等级是0.5；0.2；（误差+/-0.5%，+/-0.2%；）

一个16位字（符号整数）可以表示0- +/-32768。很明显一个10位的AD转换可以表示0-1023；满足大多数的千分之一精度工业场景。

题外话：

从机械工程师的角度看，在机械加工上，一个16位带符号的INT表达的范围是-32768 – 32767，对于加工直径500毫米的工件，这意味着分辨率：500mm/32767=0.015mm。

0.015/500mm偏差范围达到IT5。属于精密级加工了。而大部分的加工精度只需要IT6-IT8。

西门子 一个16位字长的智慧

我们知道，在通讯领域，最小的传送单位是字节（Byte）；

在西门子主导的ProfiBus/ProfiNet组织下，对模拟量做了如下特别适宜的规定：

采用一个16位的字长度，带符号的INT整数。

规范中规定：

hex 4000=16384=100.00%；

它的分辨率（精度）为：1/16384；1.6万分之一。

它表达范围+/- 200%；也就是：-32768 =-200%； 32767=200%

在物理层面，它可以较好地表达信号的过冲；例如：表达电感反电势叠加100%信号。而又不丢失较高的分辨率（精度）。

题外话：

事实上，我们在工业控制过程中，对传感器分辨率（精度）并非要求很高；重点关注的是传感器的最小感度；更关心的是不同场景下，控制器对模拟量变化量的响应！这也正是AI Agent 需要做的事情。

2、量纲（单位）问题

在实际工程控制应用上，我们面对着大量的带有单位的物理量；速度、转矩、转动惯量、电流、电压、温度℃、湿度%等等；不胜枚举。它们是我们数据记录的对象。

如何才能有效记录他们呢？

我们知道，所有这些物理量，都是由SI的7个基本量纲演化出来的。

（长度m、质量Kg、时间s、电流A、温度K、物质量mol、发光强度cd）

一个数据 20，标上单位：安培A；它就具有了一定的意义。

但是，20A；这对于11kW的驱动器来说，是个满负荷；对于110kW的驱动器来说，却是个轻微载荷。由此看来，即便是带有工程单位的数据，没有指定的工业场景对象；对于AI数据训练来说，价值并不大。

从驱动工程师的角度看来，控制对象从微型驱动系统到大型控制系统，从开环到闭环，貌似差异很大，但实际控制对象模型都具有相似性。

为此，西门子在过程控制领域，早就给出了具体的解决方案：

在数字化驱动中，使用固定的参数，标定了数据的参考值、单位（量纲）

这样一来，只要保存绑定一次上述特定设备的参考值，那么所有相关数据就变得整齐划一。且达到原值（带单位）复现。（实际值【带单位】=百分比X标定的参考值）

这样一来，控制器的数字模拟量的指令和控制对象返回的模拟量实际值，不再需要具体带单位的设定值/实际值；而仅需给出（通讯交换）分辨率（精度）1.6万分之一的百分比数值。

这些就是西门子工业控制系统的“精华”！

我们再深入一点。

我们知道，一个工业控制系统的性能，响应非常重要。在物理世界中，它主要取决与驱动系统的能力和系统的惯量。这就是说，在物理层面上，驱动能力/系统惯量相近，则系统响应既可以相近。

在西门子驱动器中：

这同样采用了参考值（标准电机的转子的转动惯量。）通过上电驱动测试运转，输出转矩和降速、滑行，即可准确分辨整个传动系的转动惯量和滑动摩擦。

参照驱动实际转矩与参考值；整体传动系统的驱动性能，（角加速度=转矩/转动惯量）就可将其计算得清清楚楚了。

以上表述说明，西门子工业控制系统采用的就是“归一化”；

具体来说：它采用同样一个字16位的长度，用数据类型为带符号整数（INT）来表示百分比。定标为hex 4000=16384=100.00%；那么其表达范围就是+/-200.00%；且分辨率1.6万分之一；这非常适合大多数场景。

（更高精度的场合，还预留了hex 4000 0000这类双字的分辨率可用。）

通过深入了解西门子的工业控制系统，你就会发现，无论是很小的控制系统还是大型的控制系统，（每个系列）使用一套统一的数字模型。包括运动过程控制采用无量纲（LU）参数。有了这些归一化的标定，那么我们就可以对同一类型的控制建立数学模型。

也就是说，我们采集记录这种类型的数据，通过AI对数据的训练，完全可以扩展应用到更宽泛的相似工业控制系统中。这正是训练AI Agent所需要的模型数据（集）。

题外话：

像HMI的显示，其实（监控）操作者根本不想看那个20A电流的（浮点）数值，（尤其是生产线多台驱动）他想看到是各驱动的负荷率。

而HMI的柱状显示，你只需要标定0-hex 3FFF绿色（<100%负荷）；hex 4000 – hex 5FFF（150%）黄色；hex 6000以上红色；就可以了。这样标定，可用于所有相似系统。当然，你也可以 0-90%绿色，90-99.9%橙色，>=100%红色；一目了然，心中有数。

3、时间问题

数据产生的时间：

就像一开始提到财务数据那样，产生数据的时间非常重要！因为，只有按前后发生时间顺序记录，才能分析模拟量的变化量、发现问题。

对于驱动工程师来说，在以前，这一直是个“痛点”；驱动器出现报警，故障等，只能看到相对运行时间（本次上电开始计时）；只能靠控制器（PLC）上的时钟，推测发生报警/故障的时间。

最新的SINAMICS G2xx、S2xx系列内置了时钟，直接通过NTP显示时间：

而且除PN/IO接口X150；以太网接口X127之外，添加了千兆的X128网口，专门用于AI时代的数据采集。

数据组的时间对齐。

我们工业控制系统需要获得数据，并非单一数据。而是需要一组相关数据：

例如：命令、设定值（控制字）和状态（转速、转矩、电流、反馈量等等）一组（百分比）实际值；

这些数据，理应是同一时刻的；若时间上错位，则这组数据就失去了相关性。

对于这点，西门子工业控制系统早就有DPRD这些功能块，保证读取数据的一致性。为工业控制AI打下了基础。

以上，我仅仅是通过一个机械工程师、驱动工程师的侧面视角，来探索AI Agent训练所需要的数据特点。如何采集数据，如何标准统一？如何适应工业控制AI Agent的训练需要？

对此，各位有啥看法？

连载系列——《工业AI之我见》

一、西门子RXD大会 参会感受

二、什么是工业AI智能体

三、如何从工业传统控制模式走向工业AI智能控制模式

四、传统数字开关量逻辑控制的缺陷与工业AI智能化重在关注数字化模拟量

五、关注数字模拟量变化量的重要性

六、历史变化数据积累的重要性及场景标定的重要性

七、专家系统组合智能体与端到端大模型智能体的区别（两步走）

八、由预设逻辑规则控制到模糊控制-标注-适配智能控制的改变

九、数据，西门子 – 一个16位字长的智慧