（材料加工工程专业论文）注塑型腔压力远程监控系统的研究与实现.pdf

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 i 摘 要 本文介绍涉及注塑成型和型腔压力测试监控及其远程控制的原理方法和实验 研究的综合课题。 通常用来描述一个注塑过程的参数，都是指类似模具温度、螺杆背压、注射量、 注射速度、保压切换位置等等机械设置参数，但在实际注塑过程中，上述各种参数 都是用来控制机器设备的，再间接通过机器设备的动作对注塑件产生作用，与产品 的质量之间并无直接关系。所以，模具一旦闭合就像一个黑匣子，对模腔内正在成 型的注塑件的成型情况一无所知，而模腔内实际的温度、压力、速度等参数才真正 决定了注塑产品的最终质量，才是对注塑过程做出改善和优化的最可靠的依据。 型腔压力是直接影响注塑成型产品质量的重要过程变量。控制不当会造成制品 充型不足、尺寸超差、飞边、凹陷、短射、缩松等缺陷。它是传统注塑工艺所面临 的一个难题。 在注塑成型控制系统中，为了获得所需要的制品精度要求，应用型腔压力控制 技术来代替传统的工艺方法。通过在模具型腔内安装传感器并且通过一定的测试技 术得到型腔压力，就像医疗领域的所用的听诊器，是一项保证注塑过程稳定及制品 完整的重要技术。利用虚拟仪器技术开发一套典型的型腔压力测试系统并通过 b / s 或者 c / s 方式对测试系统进行远程控制，从而提供在线监控及诊断纠错的功能。最 终可以集成成为一个便携式数据采集系统，以更加安全和方便的方式对型腔压力进 行监控。 实际应用中，在注塑机上通过调节参数获得完美的制品，通过型腔压力测试系 统得到实际的数据和曲线。这些数据和曲线与注塑机的选择无关，可以作为注塑成 型模拟软件用于分析的重要依据，同时也可以评定注塑成型模拟软件的质量。 关键字：注塑成型 型腔压力测试 远程监控 数据采集系统 数字化制造 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 ii abstract this paper introduces a synthetic task which refers the theory of plastic injection- molding, cavity pressure detection w i n d o w s n t ; w i n d o w s x p 等，可利用大量的现有软件资源，为测试数据的进一步处理、存贮和 传输提供了方便。 ( 3 ) 测试系统更加紧凑 由于虚拟仪器大多采用总线式结构，一个机箱能插入多块仪器卡，例如：p x i 。 总线机箱能同时插入 8 块卡，即：一个机箱能集成最多 8 部仪器。这样，为 了完成某一项测试任务而组建的测试系统，体积大大缩小了，结构更加紧凑。据某 项论证研究，某型导弹技术保障车辆的计量现需要约 5 0部传统仪器，而采用虚拟 仪器技术，仅需一套 p x i 总线仪器系统即可完成，这套系统可便携。这样，传统的 实验室计量模式也就转变为伴随计量或靠前计量模式。 ( 4 ) 远程测试 虚拟仪器充分利用了计算机技术，也包括计算机网络技术，因此，虚拟仪器能 够方便地利用互联网实现远程测试。军事装备越来越复杂，对测试工作的要求也越 来越高，为了保证作战装备的正常工作，有时，需要远程战场支援，当然也包括远 程测试，虚拟仪器与传统仪器相比，能够更方便有效地支持远程测试或网络测试。 ( 5 ) 仪器可以定制或自制 虚拟仪器的测试功能是用软件实现的，因此，可根据用户的不同实际需要，从 系统集成商处订制仪器，也可自制仪器。这样，面对临时性的测试任务，就能很快 地组建测试系统。 3 . 3 . 2 虚拟仪器用于数据记录 数据记录器的应用包括数据采集、分析、储存以及在今后的分析工作和对数据 的调用。有很多原因使工程师们需要重新调用已储存的数据。工程师们可以使用已 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 36 储存的数据去分析一项产品或一个过程，从而找到更好的方法以进行改进。工程师 们同时也可以运用已存储的数据找到问题并进行调试。或许，这些数据将会在以后 进行改进时需要用到。虽然具体应用和数据都在经常变化，但是有这么重要的一点 我们需要记住的是设计不同数据记录器所需要的工具是非常相似的。对数据记录器 通常有下列要求36 38： ( 1 ) 采集数据并记录到存储区； ( 2 ) 采集过程中和采集过程结束后对数据进行观察； ( 3 ) 通过数据来记录警报及触发事件； ( 4 ) 网络装置对于工程师来说应该是简单明晰的； ( 5 ) 对于数据实行不同类型的安全防范应该是简单容易的。 满足以上条件的数据采集系统才具有实用价值。 为能实现这五点要求， l a b v i e w 的软件平台为快速而又容易的建立监测应用提供了一种特效的工具。在数据记录中 其中最主要的环节就是数据采集。 在数据采集之前，程序将对采集板卡初始化，板卡上内存中的 b u f f e r是数据 采集存储的中间环节。需要注意的两个问题是：是否使用 b u f f e r 、是否使用外触发 启动、停止或同步一个操作。 在利用虚拟仪器技术进行数据采集是除了采用传统的信号处理方式，特别需要 注意的是传感器的选择和采集卡的多路复用功能 。 传感器感应物理现象并生成数据采集系统可测量的电信号。例如，热电偶、电 阻式测温计（ r t d ） 、热敏电阻器和 i c 传感器可以把温度转变为模拟数字转化器 （ a n a l o g - t o - d i g i t a l ， a d c ）可测量的模拟信号。其它例子包括应力计、流速 传感器、压力传感器，它们可以相应地测量应力、流速和压力。在所有这些情况下， 传感器可以生成和它们所检测的物理量呈比例的电信号。 为了适合数据采集设备 的输入范围，由传感器生成的电信号必须经过处理。为了更精确地测量信号，信号 调理配件能放大低电压信号，并对信号进行隔离和滤波。此外，某些传感器需要有 电压或电流激励源来生成电压输出。 多路复用是使用单个测量设备来测量多个信号的常用技术。模拟信号的信号调 理硬件常对如温度这样缓慢变化的信号使用多路复用方式。 a d c 采集一个通道后， 转换到另一个通道并进行采集，然后再转换到下一个通道，如此往复。由于同一个 a d c 可以采集多个通道而不是一个通道，每个通道的有效采样速率和所采样的通道 数呈反比。 数据采集系统所使用的计算机会极大地影响连续采集数据的最大速度， 而当今 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 37 的技术已可以使用 p e n t i u m 和 p o w e r p c 级的处理器，它们能结合更高性能的 p c i 、 p x i 和 i e e e 1 3 9 4 总线以及传统的 i s a 总线和 u s b 总线。所有 p c 都具有 可编程 i / o 和中断传送方式。目前绝大多数个人电脑可以使用直接内存访问 （ d i r e c t m e m o r y a c c e s s ， d m a ）传送方式，它使用专门的硬件把数据直接传 送到计算机内存，从而提高了系统的数据吞吐量。采用这种方式后，处理器不需要 控制数据的传送，因此它就可以用来处理更复杂的工作。为了利用 d m a 或中断传 送方式，您的数据采集设备必须能支持这些传送类型。所选用的数据传送方式会影 响您数据采集设备的数据吞吐量。 限制采集大量数据的因素常常是硬盘， 磁盘的访问时间和硬盘的分区会极大地 降低数据采集和存储到硬盘的最大速率。对于要求采集高频信号的系统，就需要为 您的 p c 选择高速硬盘，从而保证有连续（非分区）的硬盘空间来保存数据。此外， 要用专门的硬盘进行采集并且在把数据存储到磁盘时使用另一个独立的磁盘运行 操作系统。 将数据记录至磁盘并不是工程师们在设计这些应用时所遇到的唯一挑战。他们 还需要对数据进行观察。有两种观察数据的方法。第一种是，工程师在采集过程中 通过服务器来观察数据。这也被称为现场数据。工程师们通过查看现场数据来监控 运行系统的状态。知道工程师进行连接的服务器类型以及选择一个能够帮助工程师 容易沟通的软件包是很重要的。 最常用的服务器之一是一种用于过程控制 o l e（o p c ） 服务器。发现一种带有内置 o p c服务器/ 客户的软件包可以节省宝贵的开发时间。 第二种观察数据的方法是在数据存于文件后观察，也被称为历史观察。用这些数据 进行采集后的分析及报告。这时候所面临的挑战同记录数据相似。如果没有合适的 工具，工程师们必须在分析和观察数据前知道文件和数据的结构。选择一种软件开 发工具来完成这些将能节省时间。 当对大量数据进行采集或进行长时间数据采集时，工程师们通常并不是对每个 数据点特别感兴趣，他们更感兴趣的是数值的明显变化。这些变化可以用警报和事 件来进行监控。对这些警报和时间的历史记录的保存是十分重要的，这样它们可以 在随后被用于分析。用来支持警报的主要特征包括发生警报的功能、随相关数据一 起储存及在数据采集后重新调用警报和所有相关信息的能力。相关信息包括在什么 时候被触发，谁响应和何时响应。存储警告及事件以用于故障的发现、诊断和确认。 当设计一个数据记录的应用时，最好考虑五点常见要求以便将最佳应用投入使 用。这些数据记录的最佳应用包括数据采集和记录、可靠查看实时和历史数据、简 单配置警报和事件、在一个较大的系统中立即装入网络设备和快速实现安全性。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 38 3 . 3 . 3 虚拟仪器的网络化及远程监控 迅猛发展的 i n t e r n e t 已经深入到社会生活的方方面面，人们对 i n t e r n e t 应用 模式也越来越清晰。工作站、计算机等设备可以通过 i n t e r n e t进行通信，其他智 能设备，如网络化 i / o模块、网络化仪器、网络化传感器等也可以通过 i n t e r n e t 进行通信，从而实现遍布家庭、办公室和工厂的分布式测试网络。测试现场的被测 对象可以通过仪器测得数据，再经网络传输给远程计算机去分析处理，这样通过 i n t e r n e t 进行测试和数据采集，可以远程实施过程监测控制，而不必亲临现场， 既节约人力物力，又降低系统构建费用，还能实现测试设备和测试信息的共享。 i n t e r n e t的测试应用将具有广泛的发展前景。因此，基于 i n t e r n e t基于 l a b v i e w 组建网络化测试系统， 首先要选择合适的组网模式。 目前， 组建一个测试网络有 b / s 、 c / s 两种主要模式36。 1 . c / s 模式 c / s 模式即客户机/ 服务器模式。集散测试系统通常采用模式即客户模式，它一 般有多个采集数据客户端，有一个数据库服务器端，客户端通过通信协议把数据写 入远程服务器上数据库中。c / s 模式主要涉及两方面的开发工作：一是服务器采集 程序和数据远程发布程序的设计； 二是客户端数据接收程序的设计。 在 l a b v i e w 中， 专门为测试数据的安全快速传输设置了 d s t p 协议。c / s 模式一般如图 3 - 1 1 所示。 图 3 - 1 1 测试网络之 c / s 模式 2 . b / s 模式 b / s模式即浏览器服务器模式。是为了方便用户在 w e b下发布数据。通常， 用户端只需要安装一个浏览器，就可以直接访问测试网站，监视远程测试点的数据 变化情况。b / s模式主要涉及服务器端程序的开发，不存在客户端程序的开发和维 护。在 b / s 模式下，一般采用 h t t p 协议，b / s 模式如图 3 - 1 2 所示。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 39 图 3 - 1 2 测试网络之 b / s 模式 随着数据采集系统的发展，数据可以被存储于多台计算机也可以被中央监控， 数据还可以被存储在一个中心服务器上。所面临的最大的挑战是与现场数据的通 讯。为了能够方便的进行，软件工具必须和操作系统的当地网络技术相结合，并且 它们之间越透明越好。设计出的网络工具应能使生产量最大化并且如果在网络中断 时应该保持稳定可靠的状态。 不同的应用对网络化测试系统的实时性要求差异很大，不应把实时系统和绝对 的高速混淆起来，实时性和高速并不是一个含义。实时系统是指能在规定时间内响 应外部事件，并按要求完成操作的系统。在实时系统中，系统的有效性不仅取决于 系统处理结果的正确性，而且取决于正确结果产生的时间，即系统行为的确定性。 确定性是实时系统的一个重要特征。 总的说来，测试系统的实时性包括两层含义：一是基本控制器的实时性，由基 本控制器中的“实时多任务管理程序”来承担；二是通信子网的实时性，分布式网 络化测试系统通信网络的性能是系统实时性能的决定性因素。表征实时通信网络的 指标如下所述： ( 1 ) 在最坏情况下的通信（数据传输）延迟。信息网络的性能常用平均传输延 迟来衡量，但对实时通信网络需考虑最坏情况下的传输时延。该指标可表征通信网 络系统的实时性能。 ( 2 ) 网络的最大吞吐量。一般信息网络的性能评价着重于平均吞吐量，由于实 时系统是事件驱动的，是围绕外部世界而工作的，系统的负载（通信量）有时可能 很小，甚至没有，但有时又可能很大，因此，实时网络通信系统关心的是最大吞吐 量，即必须在最重负载下也能畅通无阻地进行通信。 ( 3 ) 网络的可靠性。实时通信网络应能在恶劣的工作条件下可靠工作，应采取 措施提高系统可靠性， 如网络的物理链路采用屏蔽电缆、 采用差分式信号传输方式、 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 40 采用优质的网络接口元器件以及采用冗余设计等。 l a b v i e w 实现网络通信有 4 种方法36 39： ( 1 ) 无须具体协议的远程桌面连接； ( 2 ) 使用 d a t a s o c k e t 技术进行网络通信； ( 3 ) 现成实时发布测控程序的网页，异地使用浏览器进行监控； ( 4 ) 使用 t c p 、u d p 等传输控制协议编程进行网络通信。 l a b v i e w使用 h t t p协议实现 b / s架构时，一定要使用其“r e m o t e p a n e l c o n t r o l ”工具。在标准版中，最多可以允许 2 0 个用户同时使用浏览器进行监控； 在专业版中，最多可以允许 5 0 个同时使用浏览器进行监控。 在 l a b v i e w 中可以利用已发布的 t c p v i 及相关子例程设计实现 t c p 通信。此 前需要在通信的计算机正确安装 t c p / i p协议簇。在已接入 i n t e r n e t / i n t r a n e t的 w i n d o w s / u n i x系统中，t c p / i p协议是内置的；若是新接入的计算机系统，须确保 t c p / i p 正确的安装和设置，同时保证通信所需的源端口/ 目标端口开放。 由于实现的是把各数据点的数据汇总到处理主机，设计上采用服务器/ 客户端 通信模式，v i程序分成两部分：处理主机工作在 s e r v e r模式，完成数据接受，并 提供接口用于数据的相关后续处理；数据点计算机工作于 c l i e n t模式，实现数据 传送。设计其工作模式： ( 1 ) s e r v e r 主机处于工作状态并监听通信端口，等待 c l i e n t 发送的连接请求； ( 2 ) c l i e n t 计算机开启 t c p 连接； ( 3 ) s e r v e r 主机响应并建立数据传输通道； ( 4 ) 连接过程判断网络错误，若有则中断连接； ( 5 ) 数据传输，利用 v i 模块 t c p r e a d / w r i t e 完成； ( 6 ) 传输完毕中断连接。 d a t a s o c k e t 基于 m i c r o s o f t 的 c o m 和 a c t i v e x 技术，源于 t c p / i p 协议并对其 进行高度封装，面向测量和自动化应用，用于共享和发布实时数据，是一种易用的 高性能数据交换编程接口。它能有效地支持本地计算机上不同应用程序对特定数据 地同时应用， 以及网络上不同计算机地多个应用程序之间的数据交互， 实现跨平台、 跨语言、跨进程的实时数据共享。用户只需要知道数据源和数据宿及需要交换的数 据就可以直接进行高层应用程序的开发，实现高速数据传输，而不必关心底层的实 现细节，从而简化通信程序的编写过程，提高编程效率。此外，装有 p d a 模块可以 用来建立便携式数据记录器，从而提供了一种更加安全、快捷的远程监控方式。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 41 4 型腔压力测试及在线监控系统的原型开发 4.1 系统需求分析 型腔压力测试及在线监控系统是集注塑工艺、测试技术、虚拟仪器、面向对象 编程以及网络监控技术为一体的综合性课题。目前，虽然国内外有一些企业公司研 究注塑型腔压力的测试和监控，但是技术并不成熟、完善，有很多地方需要改善。 该系统要做的第一步工作就是要利用典型的测试监控技术，通过传感器、采集 卡然后经过 p c直接连接软件，由软件进行如滤波、放大等数据处理事件。系统需 要设置报警器以防型腔内压力过大、模温过高、注塑行程过大等工艺参数设置不良 的现象。设置报警器随时可以监控这些不良的工艺参数并及时地进行调整。除此之 外，还需要将实时采集的数据有选择性地保存起来，由于采集数据有时过于庞大， 有必要的话可以将数据保存在不同的文件中而不失去数据的联系性。 系统下一步要完成的工作便是要利用测试监控系统得到的数据结合注塑工艺 分析注塑工艺参数设置的合理性，并根据经验、理论知识以及所得到的制品的完美 程度不断的调整工艺参数。如果在别的型号的注塑机生产同样的制品时，只要调出 以前的型腔压力曲线即可。 系统的另外一个需求是验证并改进如h s c a e 等注塑模拟软件的精确性、 合理性。 当已经得到完美注塑制品时，保存其型腔压力曲线。将 3 d造型导入注塑模拟软件 选择与现实注塑时同样的工艺参数，观察注塑件是否充满。在模拟软件中，绘画出 型腔压力曲线并与测试系统得到的压力曲线做比较，如果误差在允许的范围内说明 模拟算法的合理性。反之，则需要优化注塑模拟软件的算法，直至误差在允许范围 内。 针对如 r j g 公司等型腔压力研究组织的一些不足，对该系统提出了更进一步的 需要。这个需要是要实现虚拟仪器与 i n t e r n e t技术的结合构建虚拟仪器网络化、 工业现场远程测控的平台。利用 h t t p 、t c p / u d p 、i p 协议，完成虚拟仪器的 b / s 以 及 c / s 架构。在 b / s 和 c / s 架构中不仅可以在单一的注塑工厂、实验室中实现集中 控制，更可以在远程对系统进行监控、保存现场数据。为了实现虚拟实验室这个目 标，需要将得到的数据拟和成函数曲线，然后通过板卡输出到显示仪器上。终极目 标是要实现远程监控平台的便携式化，使用户享受更加方便、安全的远程测试及监 控服务，与此同时对测试设备也提出了更高的要求。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 42 4.2 型腔压力测试及在线监控系统的系统框架 型腔压力测试及在线监控系统主要包括测试监控及其网络化这两个系统框架。 网络化系统是型腔压力测试监控系统功能的延伸，型腔压力测试系统网络化，即在 线监控。所以在该系统中最主要的是测试监控系统的实现。 型腔压力测试监控系统主要包括 d a q 板卡的设置、驱动程序的安装、通过虚拟 仪器将得到的数据计算分析与计算等。图 4 - 1 显示了型腔压力测试监控系统构架。 图 4 - 1 型腔压力测试监控系统构架 （1 ）d a q 板卡及其驱动程序 一个典型的数据采集卡的功能有模拟输入、模拟输出、数字 i / o 、计数器/ 计时 器等，这些功能分别由相应的电路来实现。 模拟输出通常是为采集系统提供激励。 输出信号受数模转换器（d / a ）的建立时间、转换率、分辨率等因素影响。建立时 间和转换率决定了输出信号幅值改变的快慢。 一般说来，数据采集卡都有自己的驱动程序，该程序控制采集卡的硬件操作， 当然这个驱动程序是由采集卡的供应商提供，用户一般无须通过低层才能与采集卡 硬件打交道。 n i 公司还提供了一个数据采集卡的配置工具软件m e a s u r e m e n t & a u t o m a t i o n e x p l o r e r , 它可以配置 n i 公司的软件和硬件，比如执行系统测试和诊 断、增加新通道和虚拟通道、设置测量系统的方式、察看所连接的设备等。 多数通用采集卡都有多个模入通道，但是并非每个通道配置一个 a / d ，而是大 家共用一套 a / d , 在 a / d 之前的有一个多路开关（m u x ） ，以及放大器（a m p ） 、采样保 持器（s / h ）等。通过这个开关的扫描切换，实现多通道的采样。多通道的采样方 式有三种：循环采样、同步采样和间隔采样。 n i 公司的数据采集卡可以使用内部时钟来设置扫描速率和通道间的时间间隔。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 43 多数数据采集卡根据通道时钟（c h a n n e l c l o c k ）按顺序扫描不同的通道，控制一 次扫描过程中相邻通道间的时间间隔，而用扫描时钟（s c a n c l o c k ）来控制两次扫 描过程的间隔。通道时钟要比扫描时钟快，通道时钟速率越快，在每次扫描过程中 相邻通道间的时间间隔就越小36。 l a b v i e w默认的是 s c a n c l o c k ，换句话来说，当选择好扫描速率时，l a b v i e w 自动选择尽可能快的通道时钟速率，大多数情况下，这是一种比较好的选择。 （2 ）l a b v i e w 程序模块 在 l a b v i e w程序模块中，主要分程序流程图和前面板两大块。在流程图中， 按照数据处理的流程，连接数据处理的各个功能子模块，从而实现信号放大、滤波， a / d 转换等数据处理功能。 由数据采集卡采集的数据，通过合理的采集参数的设定得到的电信号需要转换 成相应的实际数值。实现压力、温度、行程等信号的电转换，得到传感器的灵敏度， 从而由传感器的电压值得到压力温度行程等参数值。 通过时域处理可以很容易得到压力、温度、行程等信号的幅值时间图，给予 数据一种清晰直观的表达方式。 通过对采集信号的频率响应分析， 观察信号的频率。 对信号的干扰实施滤波，得到有用的信号。一般情况，所受的干扰是低频率信号， 所以选用的是低频滤波器。 在流程图中设置压力、温度和行程等有关参数的极限值，并设置报警信号。可 以有效地防止对设备不必要的损耗。对测试监控过程中采集数据的保存，也是至关 重要的一个环节。保存文件的格式主要有 t x t 、l v m 、t d m 等。数据的保存形式多 种多样可以以行或列的方式保存每一数据通道的数据，可以每一通道保存一个记录 时间，也可以只保存一个记录时间。数据的读取可以通过任何语言开发出来的应用 程序来完成，因为记录的数据有通用格式。 l a b v i e w前面板的主要作用是用来显示采集信号的时域、频域以及数字结果， 而且可以通过文本框设置采样频率、采集点数、延迟时间等重要采集参数。 型腔压力测试监控系统的网络化，与测试监控系统有很多相似之处，只不过增 加了 h t t p 、t c p / i p 协议的应用。通过 h t t p 、t c p / i p 协议将主机采集的数据发送到 客户端和浏览器。利用 b / s架构是利用 h t t p协议传送数据，传送的数据应该严格 遵守 h t t p 协议，并且需要在客户端的浏览器中安装响应的插件。 在 c / s架构中，区别与测试监控系统原型的是 t c p / i p数据传输模块的构建， 系统具体的 c / s 架构如图 4 - 2 所示。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 44 图 4 - 2 型腔压力测试监控系统之 c / s 架构 l a b v i e w 可以通过采用t c p / i p 节点实现网络通信。在网络数据采集中，上位机作 为客户端，当数据采集条件满足时与远程现场数据采集站建立t c p 连接( 每个数据 采集站都有独立的i p 地址和端口号) 在实际应用当中，发现由于各种原因造成的网 络故障导致不能正确实现连接的情况时有发生，特别是在调试阶段由于需要经常 插拔或触动网线，造成接触不良等问题，使t c p 连接不畅，所以在软件设计上，加上 t c p 握手次数计数若超过指定次数仍不能正确连接，则放弃与这个测站的通信，并 给出声音报警信息，提示维护人员进行网络维护。 网络正确链接后，采用两个t c p r e a d 节点读数据，第一个节点读出上传数据包 的长度，这里要注意数据包长所占字节数和数据类型要严格按照通信双方事先约定 的格式进行( 如双方约定包长和数据均用i 1 6 类型( 两字节有符号数) ) ， 则用t c p r e a d 接点的b y t e s t o r e a d 参数就设为2 由于t c p 读出的数据类型为字符型，将其按i 1 6 类型转换成数字类型包长值，如约定每通道的数据均为i 1 6 类型则数采站每扫描1 6 通道一次就将数据打包上传，则包长值为3 2 字节，将包长值传给第二个t c p r e a d 节 点它将后继的3 2 个字节数据全部读出并按约定的i 1 6 类型进行转换然后再将数 据按通道进行拆分处理、单位换算、波形显示、提取最大值、报警处理等38。 4.3 型腔压力测试及在线监控系统的核心问题 型腔压力测试及监控系统是由流程驱动设计的。在压力测试的过程中，根据系 统的业务流程可以细分型腔压力测试及监控系统的核心问题。 在型腔压力测试监控系统中会碰到如 d a q 板卡参数设置、曲线拟和、网络结构 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 45 等各方面的核心问题，具体阐述如下： 1 . d a q 采集卡参数的设置 对 d a q 板卡来说最主要的参数有采集通道、采样频率、采样点数、测量范围等。 虽然不同的信号的参数设置有所不同，但是对于信号有一些共同的参数需要设置。 选择采集卡上合适可用的物理采集通道以便能够使用该空闲通道进行数据采 集，可以同时几个通道同时进行采集。一般情况下，同一板卡设置的采集通道不宜 过多，特别是在高频率信号的采集时。设置采样频率和点数时，不仅要符合恩奎斯 特定理，同时要考虑 p c的整体性能，因为采样频率和点数过高的话要求很高的电 脑使用性能。设置合理的测量范围不仅对采集卡起保护作用，对传感器的灵敏度转 换也是非常有利的。根据不同的采集数据类型，还应选择不同的测量类型电路、触 发方式等。设置合适的扫描时钟和通道时钟，可以在多通道测试中充分发挥板卡的 高效性。 2 . 电压值转换 传感器传来的信号经过采集卡后，得到的信号为电信号。如何将电信号在还原 成压力、温度、行程等信号，这就牵涉到传感器的灵敏度的问题。灵敏度是指传感 器在稳态工作情况下输出量变化y对输入量变化x的比值。它是输出输入 特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度 s 是一个常 数。否则，它将随输入量的变化而变化。采用间接比较法测量传感器的灵敏度，在 某一时刻给定一压力值 p ，测出其对应的电压值 v 。得到一组（p ，v ）数据。同理， 测出 n 组（p ，v ）值。根据灵敏度的概念可计算出被测传感器的灵敏度。位移，温 度等参数传感器类似测量。通过曲线拟和技术可以在误差范围之内得到电信号与原 信号的函数关系式。在显示和储存信号之前，应该先将电信号乘以该函数以还原信 号的真实性。 3 . 曲线拟和 曲线拟和技术在型腔压力中的应用不局限于电压值的转换。还可以通过任意函 数发生器模块，将函数输入其中得到对应的仿真信号，实现虚拟实验室的构建。如 果数据在试验以后或者是采样范围之外，利用曲线拟和技术可以较为准确的外推出 其值的大小。l a b v i e w的分析软件库提供了多种线性和非线性的曲线拟合算法，例 如线性拟合、指数拟合、通用多项式拟合、非线性 l e v e n b e r g - m a r q u a r d t 拟合。拟 和的效果通过最小均方差（m s e ）来衡定。 4 . 网络传输方式 型腔压力测试监控系统的网络传输主要通过 h t t p 、t c p / u d p 、i p 协议实现。使 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 46 用 h t t p 协议传送时，可以构建 b / s 架构，但是需要在浏览器中安装 v i 插件在插件 中隐含数据传送的具体实现。 t c p / i p 协议体系是目前最成功、使用最频繁的 i n t r a n e t / i n t e r n e t 协议。作为 一个流行的工业标准， t c p / i p 技术有着良好的实用性和开放性。 数据传输中， t c p / i p 网络通过提供通用网络服务，使得具体网络技术对用户或应用程序透明，从而将具 体通信问题从网络细节中解放出来，使网络应用更加灵活方便。体现到 l a b v i e w 应 用中，可以直接调用 t c p 模块完成流程编写，而无需过多考虑网络的底层实现。协 议结构上，t c p / i p 体系利用基于无连接传输的 i p 协议，具体表现为 i p 地址，来区 分网络中不同的数据站点。同时提供了两种传输方式：t c p为典型的传输大量数据 或需要接收数据许可的应用程序提供面向连接和可靠的通信；用 u d p 提供无连接的 通信，典型的即时传输少量数据的应用程序使用 u d p 。 d a t a s o c k e t技术基于 t c p / i p协议并对其进行高度封装，能在测试测量过程中 实现服务器与多用户的实时数据交换与共享，而用户不必关心程序底层的细节。 d a t a s o c k e t 专为测量数据的实时传送而涉及， 是虚拟仪器涉及过程中面向网络测控 的技术扩展，能简化系统开发过程，满足正确传输，实时通信和网络安全的涉及要 求，特别适合于远程数据采集、监控和数据共享等应用程序的开发。 d a t a s o c k e t包括 d a t a s o c k e t s e r v e r m a n a g e r ，d a t a s o c k e t s e r v e r和 d a t a s o c k e t a p i部分。m a n a g e r是一个独立运行的程序，主要功能有：设置 d a t a s o c k e t s e r v e r连接的客户端程序的最大数目和创建数据项的最大数目：创建 用户组和用户；设置用户创建和读写数据项的权限；限制身份不明的客户对服务器 进行访问和攻击。d a t a s o c k e t a p i 提供独立的接口，用于不同的语言平台内部多种 数据类型的通读。在使用 d a t a s o c k e t 时，应注意 d a t a s o c k e t a p i 的布置设计，还 要合理地设置 m a n a g e r 中的参数。 5 . 面向对象编程 面向对象编程一直是 n i公司的一个目标，目前 l a b v i e w的版本支持面向对象 技术。面向对象的编程先可以建立类，然后在其他的应用程序中使用该类的对象。 面向对象技术在测试监控系统中的应用主要体现在 t c p / u d p网络连接时使用的 “c l i e n t ”类。先建立一个 c l i e n t 类，然后在 s e r v e r 引用其对象，实现客户端的 多线程调用。 6 . 数据类型的转换 由于板卡采集的数据在虚拟仪器中的数据类型是“d y n a m i c ” 类型，而通过 t c p / i p协议传输的数值为字符型，所以在服务器端首先需要将“d y n a m i c ”类型转 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 47 换为数组类型，然后转换为字符串型。客户端的数据转换则相反。 4.4 型腔压力测试及在线监控系统的实现 伴随着型腔压力测试监控系统中核心问题的解决，系统的各个功能和模块自然 而然的实现了。图 4 - 3 详细地显示了型腔压力测试监控系统的功能模块。 图 4 - 3 型腔压力测试监控系统的功能模块 系统的运行环境为软件环境：操作系统为 w i n d o w s x p ；操作平台为 l a b v i e w ； 浏览器选择 i e 6 . 0 硬件要求：采集卡：n i u s b 6 0 0 8 ；最低内存要求：2 5 6 m b ；硬 盘空间：8 0 0 m b 。 型腔压力测试监控系统的原型系统是整个系统的关键所在，系统的网络化是建 立在原型模块完善的基础之上。系统原型的建立主要分为仿真信号、实时信号的测 试监控、以及测试数据的读取三个模块： 1 . 信号的测试监控模块 ( 1 ) 实时信号的测试监控模块 该模块主要针对有数据采集卡采集的现场数据进行显示、处理以及保存。主要 的流程包括设置采集参数、异常处理、原信号的转换、报警机制、数据储存、频域 分析、滤波处理等，如图 4 - 4 - 1 和 4 - 4 - 2 所示。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 48 图 4 - 4 - 1 实时信号的测试监控模块流程图 图 4 - 4 - 2 实时信号的测试监控模块前面板 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 49 模块的前面板（如图 4 - 4 - 1 ）显示了模块的操作界面和主要功能。当模块开始 运行时，最左边的为采集数据的参数设置，包括采样频率、采样点数等。如果左下 的警示灯变亮的话，则说明型腔压力超过了极限值。中间的界面是测试系统的时域 显示，包括压力、温度以及行程四个观察量。频域处理的作用主要是观测各变量的 固有频率，然后通过滤波器进行滤波。数字显示列表以数字的形式显示了各变量的 数值大小。如果测试已经稳定，就可以按下“写入文件”按钮就实时数据以特定的 形式保存到设置的文件里面。 ( 2 ) 仿真信号的测试监控模块 将实时采集的数据通过曲线拟和的方法，转变为仿真信号。仿真信号有助于虚 拟实验室的构建，可以具有和实时测试监控模块一样在显示仪器上显示仿真信号、 采集数据等功能。虚拟实验室是教学过程中的有力助手，可以让学生更好地了解并 掌握注塑工艺和型腔压力技术，对测试技术的教学也是很有帮助的。仿真信号的测 试监控模块的流程图和前面如图 4 - 5 - 1 、4 - 5 - 2所示。其操作过程和实时测试监控 模板是相同的。 图 4 - 5 - 1 仿真信号的测试监控模块流程图 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 50 图 4 - 5 - 2 仿真信号的测试监控模块前面板 2 . 测试数据的读取模块 不论是实时还是仿真测试监控系统，都可以将测试的数据保存起来，以便日后 分析之用。这些数据对于分析注塑过程中的现场第一手数据，对应的每一次注塑过 程都有其数据保存。由于调机是一个相对较长的过程，期间需要保存大量的数据。 调机过程中，难免有缺陷产品出现，每一次注塑过程绘制一定周期的曲线。分析保 存文件中填充、保压、冷却时设置的各个参数，对注塑工艺的研究、注塑模拟软件 的优化都有十分重要的指导意义。 模板不仅可以读取由测试监控模板中采集得到的数据，而且通过合理的设置可 以读取其他软件采集到的数据，所以具有一定的通用性。模块使用过程中，首先打 开一个“打开文件”对话框，然后选择数据所在的文件打开。可以通过两种方式对 数据进行分析，一种是图形方式：可以利用将图形局部放大、确定分析范围、满屏 显示等方法对数据进行分析，另外一种是数字方式，采用这种方法可以准确的具体 值。测试数据的读取模块流程图和前面板如图 4 - 6 - 1 、4 - 6 - 2 所示。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 51 图 4 - 6 - 1 测试数据的读取模块流程图 图 4 - 6 - 2 测试数据的读取模块前面板 系统的网络化， 利用使用频繁的 h t t p 、 t c p / i p 协议， 实现系统原型的远程监控。 除了原型模块中所具有的功能以外，网络化的系统有其独特的性质。按照布置的方 式可以分为 b / s 、c / s 两个子模块： 1 . 网络化之 c / s 模块 ( 1 ) t c p / i p 子模块 图 4 - 7 - 1 、4 - 7 - 2 分别显示了 t c p / i p 模块的服务器的流程图和前面板。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 52 图 4 - 7 - 1 t c p / u d p 子模块服务器流程 图 4 - 7 - 2 t c p / u d p 子模块服务前面板 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 53 c / s模式中，服务器负责其他客户机的集中管理。通过在服务器端设置客户端 的数量并给每一个客户端开放相应的端口，有效地对客户端实施集中管理。在此过 程中使用到了虚拟仪器中的面向对象编程技术。首先编写一个“c l i e n t ”的类，代 表服务器端所要监控的客户端， 然后在服务器端使用该类的实例对象。 利用 c l u s t e r 技术将客户端的端口、写入超时、监听超时等属性封装成一个“c l i e n t ”属性。服 务器和客户端之间是一对多的关系，在传输信号时，服务器采用多线程的技术向客 户端传输数据。由此可见，在该模块中有效地使用了面向对象编程中的继承性、封 装性以及多线程技术。模块的客户端流程图和前面板如图 4 - 8 - 1 、4 - 8 - 2所示，通 过设置服务器的 i p 地址和端口号可以访问服务器完成交互任务。 图 4 - 8 - 1 t c p / u d p 子模块客户端流程图 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 54 图 4 - 8 - 2 t c p / u d p 子模块客户端前面板 ( 2 ) d a t a s o c k e t 子模块 尽管 t c p / i p 是一种很好的 c / s 模式解决方案，但是使用起来并不方便, 开发效 率不高, 甚至不能满足数据实时传输的需求, 日益广泛和复杂的网络应用势必需要 大量的编程工作。 d a t a s o c k e t 基于 m i c r o s o f t 的 c o m 和 a c t i v e x 技术， 源于 t c p / i p 协议并对其进行高度封装， 所以是对 t c p / i p 模式的继承而又有所突破。 d a t a s o c k e t 子模块服务器流程图和前面板如图 4 - 9 - 1 及 4 - 9 - 2 所示，子模块客户端流程图和前 面板如图 4 - 1 0 - 1 及 4 - 1 0 - 2 所示。 图 4 - 9 - 1 d a t a s o c k e t 子模块服务器流程图 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 55 图 4 - 9 - 2 d a t a s o c k e t 子模块服务器前面板 图 4 - 1 0 - 1 d a t a s o c k e t 子模块服务器流程图 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 56 图 4 - 1 0 - 2 d a t a s o c k e t 子模块客户端前面板 c o n n e c t i o n对话框中 u r l应符合以下格式：d s t p ：/ / s e r v e r n a m e / w a v e f o r m , 其中 s e r v e r n a m e 是本地计算机的网址；w a v e f o r m 是数据的名称标识。 2 . 网络化之 b / s 模块 b / s模块主要是通过 l a b v i e w内部的“r e m o t e p a n e l ”进行设置。首先，打开 r e m o t e服务器，客户端需要安装 v i插件，最后通过“w e b p u b l i s h t o o l ”设置监 控的端口号、页面显示等属性。b / s模式子页面如图 4 - 1 1 - 1 、4 - 1 1 - 2以及 4 - 1 1 - 3 所示。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 57 图 4 - 1 1 - 1 b / s 在线监控页面 图 4 - 1 1 - 2 b / s 在线读取页面 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 58 图 4 - 1 1 - 3 b / s 在线仿真页面 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 59 5 全文总结 本系统是在虚拟仪器平台上实现的型腔压力测试及在线监控系统的原型。再结 合当今应用广泛的 h t t p 、t c p / i p协议开发出 b / s和 c / s两种网络远程测试监控系 统。型腔压力测试及监控技术是一种先进的使用和改善注塑工艺的技术，实现不合 格零件的最低产出率。开发出来的 b / s 和 c / s 模式，可以方面的进行远程监控，更 弥补了型腔压力测试远程监控的空白。 1 . 通过型腔压力测试技术对注塑工艺改进的探讨 无数次注塑产品制造过程采用型腔压力技术完成，证明了型腔压力技术对注塑 工艺的作用。使用 r j g公司的 d e c o u p l e工艺和型腔压力技术结合起来使用，对注 塑工艺的研究和改进都是一个很好的措施。 2 . 型腔压力测试及监控系统原型的开发初步实现目标 通过测试技术和虚拟仪器的深入学习，初步完成了系统原型开发工作。系统原 型的主要功能主要包括信号的准确采集，信号的处理如放大、滤波，频谱分析，信 号的记录等功能。系统原型完全符合典型数据采集系统的要求，拥有一般测试系统 的通用功能，而且可以将保存的数据做事后分析。 3 . 远程监控系统的 b / s 、c / s 模式的实现 b / s主要用于在 w e b网页上发布数据。通常用户以此扩展虚