Page 68 - 《橡塑技术与装备》2026年1期

橡塑技术与装备
HINA R&P TECHNOLOGY AND EQUIPMENT

挤出成型实验装置数字孪生管理

系统的开发

毕超，王斌元
( 北京化工大学机电工程学院，北京 100029)
摘要 ： 本文将数字孪生概念引入实验室管理领域，以双螺杆挤出实验装置为例，开发了实验装置数字孪生管理系统。以传统
设备的信息化改造作为出发点，从现场数据网络传输、实验室网络冗余配置、数据管理及应用管理系统开发等层面介绍了数字孪
生管理系统的开发过程。并从实验安全、运维成本和实验效率等方面阐述了数字孪生管理系统的优势。本文所涉及内容对数字孪
生技术在高等院校实验室管理及中小型企业设备信息化升级的应用具有一定的指导意义。
关键词 ： 数字孪生 ；实验室管理 ；挤出机组
中图分类号 ： TQ330.493 文章编号 ： 1009-797X(2026)01-0022-04
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2026.01.004

0 介绍 的基本条件。
数字孪生 [1] 是指充分利用物理模型、传感器、运
行历史等数据，集成多学科、多尺度的仿真过程，它
作为虚拟空间中对实体产品的镜像，反映了相对应物
理实体产品的全生命周期过程。将数字孪生概念引入
实验室管理领域，需要从实验装置运行数据的信息化
着手，选择能够代表实验装置运行状态的一系列实时
数据。在构建基于数据的数学模型框架下，形成虚拟 图 1 双螺杆挤出机组
空间中实验设备的完整镜像。既能够表征设备的实时
运行状态，又能够先一步判断和预测设备运行状态变 1.1.2 数据及采集方法
为使得该机组具备信息化管理条件，需要对机组
化趋势。本文以传统设备的信息化改造作为出发点，
从现场数据网络传输、实验室网络冗余配置、数据管 现有控制系统进行数字化升级。在不影响机组正常开
理及应用管理系统开发等层面介绍了数字孪生管理系 展实验的前提下，通过增加数据采集模块、PLC 控制
器及通讯网关等硬件设备，实现了设备运行核心数据
统的开发过程，并从实验安全、运维成本和实验效率
等方面阐述了数字孪生管理系统的优势。本文所涉及 的采集、存储、监控和实时分析。机组运行参数如表
内容对数字孪生技术在高等院校实验室管理及中小型 1 所示，包含了加热冷却和电机运行两部分，电流、
企业设备信息化升级的应用具有一定的指导意义。 电压、开关状态和温度四种类别，共计 59 个表征数据。
其中，实时温度和设定温度是通过 485 通讯方式直接
1 挤出成型实验装置的技术升级 采集到 PLC 控制器，电机和加热器电流、系统电压是
1.1 设备的数字化及信息化 通过 4~20 mA 模拟量转换进行采集，冷却电磁阀的开
闭状态是借助中间继电器将温度控制器的输出信号间
1.1.1 设备介绍
接接入 PLC 的数字量输入端。所有采集到的数据汇入
如图 1 为实验室现有 CHT-30B/600-11-48 双螺
PLC 控制器。
杆挤出机照片。该机组由主机、喂料系统、冷却水槽、
吹干机和切粒机组成。其控制电气系统采用了以继电 作者简介 ：毕超（1981-），男，北京化工大学机电工程学
器为主的传统电气控制方案，不具备装置信息化管理 院机械设计制造及其自动化专业实验室主任，主要从事高分子
材料加工装备开发及其信息化建设方面的研发工作。

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