注塑机数据采集系统的设计和研究 - SUSTC-XLAB/MiniFactory GitHub Wiki
注塑机工作原理分析
注塑机全称塑料注射成型机，充分理解其工作原理是设计此数据采集系统的基础。
注射成型原理
注射成型是指将粒状或粉状塑料从注塑机的料斗送入高温的料筒内加热熔融塑化，使其成为粘流态熔态，然后在注射机螺杆的高压推动下，以很大的流速通过喷嘴，注入模具型腔，经一定时间的保压冷却定型后，开启模具便可从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件，如此完成一个注射工作周期。
注射成型过程
完整的注射成型过程包括加料、闭模、整进、注射、保压、冷却、整退、预塑、开模、顶出。每个工序的起停都是通过机器上的行程开关或电子尺感受机器的状态并结合预先在控制系统中设定的参数而控制的。
主要性能参数
注塑机性能参数的选择和控制是保证成型顺利进行和塑料制件质量的关键，其主要参数有温度、压力、行程、功率、时间和转速等。
温度包括料筒加热温度、喷嘴温度和模具温度；
压力包括闭模压力、注射压力、油缸油压、熔料压力；
行程包括注射行程、移模行程、顶出行程；
功率包括料筒加热功率、油泵电机功率；
时间包括注射时间、预塑时间、移模时间、冷却时间等。
硬件平台设计
通过对各种性能参数的分析，系统需要采集的信号有28个模拟量（7段料筒加热温度、7段熔料温度、模温、水温、油温、合模缸油压、注射缸油压、顶出缸油压、系统油压、熔料压力、移模电子尺、注射电子尺、顶出电子尺、料筒加热功率、油泵电机功率）和8个数字量（合模结束行程开关、整进结束行程开关、整退结束行程开关、螺杆转速等）。
系统硬件包括各种传感器、连接端子及测试箱、数据采集卡、计算机。一般用工控机作为整个系统的中央处理计算机，同时因为现场电磁干扰强烈，为防止信号在进入计算机前发生畸变，此系统采用诸多抗干扰措施：模拟量电源采用隔离电源；测试系统接地；采用浮地屏蔽接地方案；信号采用三线传输方式；严格选择接地点等。
软件模块设计
从功能划分，系统采集软件主要包括以下模块：
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系统校准模块：校准模拟量传感器，检测行程开关和转速传感器是否接通，从而保证数据采集的顺利进行。
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系统设置模块：修改数据存储目录、各种检测参数、设定检测周期流程。通常的周期流程设置如下
- 合模开始【移模电子尺减小到550mm】
- 合模结束【行程开关S4由开变到闭】
- 整进开始【行程开关S4由开变到闭】
- 整进结束【行程开关S5由开变到闭】
- 注射开始【行程开关S5由开变到闭】
- 注射结束【注射电子尺减小到5mm】
- 预塑开始【注射电子尺增大到5mm】
- 预塑结束【注射电子尺增大到200mm】
- 整退开始【注射电子尺增大到200mm】
- 整退结束【行程开关S6由开变到闭】
- 开模开始【行程开关S4由闭变到开】
- 开模结束【移模电子尺增大到550mm】
- 顶出开始【移模电子尺增大到550mm】
- 顶出结束【顶出电子尺增大到100mm】
如果某台机器设定为不整进整退时，那么周期内就没有整进和整退这2个工序。此外工序起停点是由电子尺还是行程开关决定的，跳变数值和跳变状态等都可以动态配置。
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参数设置模块：数据采集前根据用户的需求对采集过程参数进行设置，比如设置机器型号、熔料类型、采集项目等。并检测用户设定的参数是否与系统设置参数冲突、是否有效等。
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采集控制模块：控制整个数据采集过程，包括接受参数设置模块的参数、根据用户请求或自动起停采集、管理硬件、读取硬件、将采集数据传给数据处理模块等。
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数据处理模块：对采集到的电压信号进行工程转换，并依据相应的公式进行计算和单位变换。
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数据存储模块：以层次化的数据文件结构存储数据，所谓层次化是将数据文件按某种规则分类。在此系统中，将每次检测到的数据存放在单独的一个文件中，一天所有监测数据文件存放在一个文件目录中，并且每个目录附带记录采集参数的信息文件，保证以后可以根据这个信息文件显示历史纪录等。
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数据显示模块：以各种图标的形式将最终采集数据结果显示给用户，这些图标包括各种数据列表、曲线图、棒图和饼图。
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检测报警模块：自动检测某些数据是否超出用户设定的上下限值，如果超限，报警并保存报警记录。
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数据分析模块：数据采集系统对采集的所有数据都有完整的记录，通过信息文件管理所有数据。用户只需指定某天某次采集过程，则可以查看这次采集的所有数据结果，从而进行数据分析或者打印报表。
图例
参考
- https://wenku.baidu.com/view/e3987339c1c708a1294a44e9.html?from=search
- https://wenku.baidu.com/view/54d14c757375a417876f8f45.html?from=search
- 刘凤新 熊华 注塑机数据采集系统的研究与设计 《计算机工程与应用》