实现注塑机的数据采集方式有哪些？实现方法

引言

在智能制造与数字化车间建设浪潮中，注塑机数据采集是实现生产透明化、过程优化与决策智能化的基石。通过实时获取设备运行状态、工艺参数与生产数据，企业能够有效监控生产流程、提升设备综合效率（OEE）、减少非计划停机、保障产品质量。实际应用中，企业需根据生产管理目标、预算成本、设备现状及技术兼容性，选择最适配的一种或多种数据采集模式。目前主流模式主要包括以下三类：

1. I/O 信号采集 (物理层信号采集)

原理： 通过连接注塑机的数字量输入/输出（DI/DO）信号点，获取设备的基本运行状态信号。

典型采集数据：

设备基础状态：开机、运行、停机、报警/故障

生产计数：周期计数、良品/不良品计数（需外部信号配合）

节拍时间：周期时间（通过状态信号计算）

模具状态：开模完成、合模完成（如有对应信号）

优点：

实施简单： 仅需连接物理接线端子，无需深入设备控制系统。

成本低廉： 硬件（I/O模块）和工程实施成本相对较低。

通用性强： 适用于几乎所有品牌、型号的注塑机（无论新旧），不受控制器类型限制。

部署快速： 对设备本身改动极小，易于快速上线。

缺点：

数据维度有限： 仅能获取开关量状态，无法采集关键的工艺参数（如温度、压力、位置、速度等）及详细的报警信息。

信息深度不足： 难以进行精细化的过程分析、能耗监控、故障根因诊断及工艺优化。

依赖外部信号： 如生产计数需依赖光电传感器等外部信号源。

适用场景： 预算有限、仅需监控设备基本状态（是否运行/停机/报警）和粗略产量/节拍的场景；老旧或品牌特殊、无开放通信接口的设备。

2. 控制器通信协议采集 (数据总线层采集)

原理： 利用工业智能网关，通过解析注塑机控制器（PLC）支持的标准工业通信协议（如Modbus RTU/TCP, Ethernet/IP, Profinet, CANopen等）或设备制造商专用协议，直接从控制器内存或数据块中读取丰富数据。

典型采集数据：

所有I/O模式能采集的数据。

核心工艺参数：料筒各段温度、模具温度、注射压力/速度/位置、保压压力/时间、螺杆转速、背压、锁模力等。

详细状态信息：当前工作模式（手动/半自动/全自动）、循环阶段、安全门状态等。

完整报警信息：报警代码、报警描述、发生时间。

能耗数据：主电机电流、功耗（如有对应变量）。

优点：

数据丰富且精确： 可获取设备内部核心运行参数和状态，数据价值高。

支持深度分析： 为过程监控、质量追溯、工艺优化、预防性维护、能耗管理提供坚实数据基础。

标准化处理： 网关可对不同协议数据进行统一转换和处理，便于平台集成。

非侵入式： 通常通过标准通信端口读取数据，不影响设备原有控制程序运行。

缺点：

依赖协议开放： 需要设备控制器支持并开放相应的通信协议及数据地址映射。

技术门槛较高： 需专业工程师配置网关协议驱动、解析数据点表，可能涉及与设备厂商沟通。

兼容性风险： 不同品牌、型号、固件版本的设备协议可能存在差异，需针对性适配。

成本高于I/O模式： 网关硬件及配置实施成本相对较高。

适用场景： 主流品牌注塑机（通常开放标准协议）；需要深入监控工艺参数、实现故障预警、进行过程分析和优化的场景；构建集中监控平台的基础。

3. 开放接口/数据服务采集 (应用层接口采集)

原理： 通过注塑机原厂提供的授权API接口、OPC UA服务器或专用数据服务软件，访问设备制造商内部定义的高价值数据集。

典型采集数据：

包含通信协议模式能采集的绝大部分数据。

更高级别的内部状态信息、诊断日志。

专有的性能指标、健康状态评估数据。

可能需要结合原厂SCADA或MES系统的数据。

优点：

数据最全面、最精确： 可获取设备最核心、最深层次的数据，通常包含厂商的专有算法结果。

高价值维护支持： 对设备预测性维护、性能极限优化、专家诊断支持意义重大。

标准化集成： 如采用OPC UA或标准API，集成相对规范。

缺点：

高度依赖厂商： 需要设备制造商提供技术授权、开放接口并可能收取费用。支持程度因厂商而异。

实施复杂且成本高： 涉及商务谈判、授权许可、接口开发/配置、系统对接，总体成本最高，周期可能较长。

数据集成挑战： 不同厂商接口标准不统一，整合到统一平台可能仍需额外开发。

可移植性差： 方案通常绑定特定品牌甚至特定型号/年份的设备。

适用场景： 对数据深度和精度要求极高（如高端精密注塑、预测性维护深度应用）；设备厂商提供成熟开放方案且预算充足；设备品牌统一且厂商支持力度大的工厂。

选择建议

结论： 企业应综合评估自身需求与约束条件。协议采集模式因其在数据丰富度、成本效益和实施可行性方面的良好平衡，已成为当前主流的注塑机数据采集方案。对于关键机台或追求极致优化的场景，可考虑结合开放接口采集获取更深层数据。I/O采集则作为低成本覆盖或特殊老旧设备的有效补充手段。

审核编辑 黄宇