双螺杆挤压机使用说明

1、双螺杆挤压机使用说明江南大学机械工程学院指导教师： 24目录目录一、设计任务 4二、双螺杆挤压机的组成及应用 51.主机 52.辅机 53.控制系统5三、硬件设计 61. ISA 芯片62. 或非门电路63.CD4067芯片64. AD转换器AD574 65.数模转换器76.交流型固态继电器77.开关量输出88.译码器89.模拟量的采集910.电机的控制911. 温控设计1012.报警设计11四、软件界面设计 121. 主界面122. 温度参数设置123.P I D参数设置134. 报警参数设置145. 电机操作控制146风机开启温度设定14五、软件设计 151. 程序流程图152.软件中用到

2、变量153. 系统启动164. 报警参数采集及控制模块16（1）电流报警16（2）电流报警子程序16（3）电流报警流程17（4）融压融温报警与显示17（5）融压/融温报警子程序18（6）容温/容压报警流程19（7）报警子程序195. 温度及电流采集（A/D采集）19（1）所需运行的程序19（2）采集流程196. 温度控制20（1）PID控制子程序20（2）温度PID控制20（3）PID控制流程图21（4）降温风机控制217. 显示228. 权限设置229电机转速调节设计22（1）转速、转向设置系统22（2）传递控制结构：电机转速转向控制22（3）传递控制流程（D/A转换控制转速）2310. 数

3、据组输入程序24六、总结 25七、参考资料 25双螺杆挤压机设计说明一、设计任务1设计硬件原理图一张。此硬件可以插入PC机的ISA插槽，用于实PC机和塑料挤压机的连接，其中包含有计算机测控系统的前向通道和后向通道部分。（图纸要上交）2用Visual Basic开发软件，完成测控软件设计，包括界面设计、模数、数模、开关量控制、PID控制、总体控制模块设计。3完成技术报告一份。包括塑料挤压机介绍、硬件原理和设计说明，软件各模块流程图、主要软件（温度采样、压力采样、电机调速等）源程序和设计功能注释，注明参考文献。双螺杆挤压机的生产是内腔式的，即物料反应过程完全在设备内部进行。其结构形式为：有两根等长

4、的旋转轴并排在两个相互连通的，截面成葫芦状的通腔内。两根轴上在相同的位置分别装有同型号的作业块。螺旋套由于安装的位置不同，根据需要螺旋升角、螺距也不同，旋向也有差别。螺旋套的间距是由进料口到出料口逐渐减小的，这样是可以给物料施加压力，促使物料前进而且可以使物料充分混合并且加快物料的融化速度。它是借助螺杆转动时的机械力学作用、机械能量的粘滞耗散以及筒壁外的湿热调质过程使物料发生物理、化学、生化变化的一种高效体积机械设备。二、双螺杆挤压机的组成及应用 1.主机挤压系统：主要由料筒和螺杆组成。塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体，并在这一过程中所建立的压力下，被螺杆连续地定压定量定温地挤出机头。在“”

5、字形机筒内，装有两根互相啮合的螺杆，双螺杆挤出机的每根可以是整体，也可以加工成几段组装，其形状可以是平行式，也可以是锥形，两螺杆的旋转方向分为同向和异向两种。双螺杆挤出机的特点： a、由摩擦产生的热量较少； b、物料受到的剪切力比较均匀； c、输出能力较大，挤出量比较稳定； d、机筒可以自动清洗。传动系统：它的作用是给螺杆提供所需的扭矩和转速。 加热冷却系统：其功用是通过对料筒（或螺杆）进行加热和冷却，保证成型过程在工艺要求的温度范围内完成。 2.辅机机头（口模、芯架等）：它是制品成型的主要部件，熔融塑料通过它获得一定的几何截面和尺寸。 定型装置：它的作用是将从机头中挤出的塑料既定形状稳定下来

6、,并对其进行精整，从而得到更为精确的截面形状、尺寸和光亮的表面。通常采用冷却和加压的方法达到这一目的。 .控制系统（检测和控制）挤出机的控制系统：它由各种电器、仪表和执行机构组成。根据自动化水平的高低，可控制挤出机的主机、辅机的拖动电机、驱动油泵、油（汽）缸和其它各种执行机构按所需的功率、速度和轨迹运行，以及检测、控制主辅机的温度、压力、流量，最终实现对整个挤出机组的自动控制和对产品质量的控制。双螺杆挤压机及挤压技术在食品、饲料、油脂、淀粉、造纸等行业有着广泛的应用。三、硬件设计对于出料温度，是通过按放在机筒外的热电偶来检测加热段温度的，对热电偶的采样值进行比对，从而决定对加热丝和冷却风机的开

7、关；对于出料量，是由预先对转动电机的转速控制来决定的，在本次的课程设计中，只考虑对电机电流的监控，来判断电机工作情况是否正常，是属于操作指导控制系统；此外还有对负责润滑油供给的泵电机和切粒电机的监控，也同样是属于操作指导控制系统。还有报警装置，对电机电流和机头融压、融温报警。由以上分析可知，在这个控制系统的硬件里必要的芯片要有：1. ISA 芯片用于连接计算机和工作芯片的接口2. 或非门电路用于表达地址使控制信号和转换来的数字信号传递给ISA并传递给pc机3. CD4067芯片多路开关，用来选择对哪一路模拟量的采集完成多到一的转换。对16路热电偶、1路机头融压、1路机头融温和5路电流（总电流、

8、主电机电流、喂料电机电流、泵电机电流和切粒电机电流）的采样，选用CD4067B和CD4051两片多路开关，共23路采样通道。其中CD4067B负责对机筒16路热电偶的模拟量采集，CD4051负责对其他模拟量的采集。4.AD转换器AD574将模拟量转换为数字量。由于热电偶发出的模拟量较小所以选用12位的高精度A/D转换芯片AD574A。采用单极性输入。R/C是控制转换器的启动和数据读出；12/8是数据格式选择端，与A0配合，使数据分两次 送出，只作为数字量输出的格式选择，对转换不起作用。A0为字节选择端，可以选择转换时间长度，和选择字节读出。选择单极性输入，量程为010V。5.数模转换器数模转换

9、器，完成数字量到模拟量的转换，和A/D转换器一样，模拟量都是电流，完成对外部设备的控制。选用AD667，12位D/A转换器，两极数据锁存，具有建立时间短和精度高的特点。双缓冲形式，避免了产生虚假的模拟量输出值。12位D/A转换器的特点是把数据分批送出。CS是片选端。A0A3是用来选通三片寄存器，和输入口的，1110B是选通第一级低四位寄存器，1101B是选通第一级中四位寄存器，1011B是选通第一级高四位积存器。0111B是从第一级向第二级置数，0积存器透明。可编程定时器8253，发送脉冲，控制电热丝的通断。采用0方式工作需要对它进行初始化。D0D7是数据线；8253的三个输出口的工作方式均为

10、0工作方式，工作接口00为OUT0口，01为OUT1口，10为OUT2口，11为不使用计数器。6.交流型固态继电器 有隔离保护的作用，可以作为开关使用。7.开关量输出用作CPU与外部设备的接口。选用8212有8位锁存器，三态缓冲等，还有中断信号。DS1、DS2为片选，当两者都有效时，输出三态缓冲器打开，中断请求触发器置位。MD模式控制信号，控制不同工作方式。STB是选通信号，只用于输入，在此，STB任意。8.译码器CPU对芯片进行片选时使用，有固定译码器和线译码器两种。线译码器选用74L138，固定译码器选用各种门电路的组合。A、B、C是选择Y0Y7输出低电平，作为片选时使用的译码器，74L1

11、38是最常用的一种。G2B、G2A、G1是使能端。9. 模拟量的采集热电偶把温度变为电压输出，由多路开关把电压采集经过锁存器，再由A/D转换器变为数字量由CPU读入，和给定量进行比较，用来控制加热和冷却设备机头融温和机筒温度的采集一样，机头没有加热和冷却装置，所以融温是用来控制报警设备的。机头的融压是由压力传感器测出转变成电压，经过放大，由多路开关输入，再由A/D转换器转换，读入，控制报警装置。各个电机的电流可以用来判断电机的工作情况，对于电机来说，如果电机负载过大（例如：卡死、转速过高等情况）电机电流就会增加，在电机的外接电路中串联一个阻值较小的电阻，通过对该电阻两端电压的测量就可以得出电机

12、的电流值。当电机的电流值大于它的安全电流时，控制系统就会启动报警。10.电机的控制电机的控制是通过对电机输入电流的频率控制来控制电机的转速，电极电流频率的控制是由变频器完成的。变频器的L1、L2接工业电源（380V交流电）L3接电机功率，电流输入到变频器后被它转换为直流电，再经过变频改变为需要的频率的交流电，U、V、W相当于工业三相电，与电机相连，由于系统中需要控制转速的电机有主电机、喂料电机、切粒电机这三个电机，所以在这里只有这三个电机由变频器控制，STF、STR是控制电机转向的，单另用一片8212控制。变频器内有锁存器，所以没有设单独的锁存器。11. 温控设计这是对外控制装置，包括机筒加热

13、、冷却，报警设备和泵电机的控制。机筒的加热是靠电热丝，电热丝的控制是用8253完成的，8253是独立的16位记数器，它给加热丝发出的是脉冲信号，加热丝的控制，加热丝加热时间的控制是由对机筒温度的测量后，与设定值比对，根据PID算法算出占空比，再来控制8253的脉冲的占空比，从而控制电加热丝的加热和停止时间。12.报警设计风机和报警灯的控制是由8212完成的，8212控制风机的电流通断，用或门控制蜂鸣器电流的通断，只要有报警灯亮，蜂鸣器就会响四、软件界面设计1.主界面2温度参数设置3.P I D参数设置4报警参数设置5电机操作控制6风机开启温度设定五、软件设计 1. 程序流程图：2.软件中用到变

14、量：Dim current_total_updata As Integer '定义主电流Dim current_mainmotor_updata As Integer ' 定义主电机电流上限Dim current_feedmotor_updata As Integer ' 定义喂料电机电流上限Dim current_cutmotor_updata As Integer ' 定义切粒电机电流上限Dim current_pumpmotor_updata As Integer ' 定义泵电机电流上限Dim preasure_updata As Integer

15、' 定义容压上限Dim preasure_downdata As Integer ' 定义容压下限Dim TEm_Updata As Integer ' 定义容温上限Dim Tem_downdata As Integer ' 定义容温下限Dim DataH8 As Integer ' 定义高八位存放位置Dim DataL4 As Integer ' 定义低四位存放位置Dim data As Integer ' 定义总数据存放位置Dim Tem_address(0 To 15) As Integer ' 定义存放采样值地址Dim T

16、em_set_num(0 To 15) As Integer ' 定义设定温度Dim Alarm_adress As Integer ' 定义报警地址Dim KPI As Integer ' 定义pid参数KPIDim KII As Integer ' 定pid参数kiiDim KDI As Integer ' 定义pid参数KDIDim PPI As Integer ' 定义pid 参数PPIDim PII As Integer ' 定义pid参数PIIDim PDI As Integer ' 定义pid参数PDIDim EI

17、As Integer ' 定义pid参数EIDim Wind_Adress(1 To 2) As Integer ' 定义风机地址Dim Motor_Direction_adress As Integer ' 电机转动方向控制地址Dim Motor_speedadress As Integer ' 数模口地址Public Mainmotor_Speed As Integer ' 主电机转速Public Mainmotor_Direction As String ' 主电机转向Dim FeedMotor_Speed As Integer '

18、 喂料电机转速Dim FeedMotor_Direction As String ' 喂料电机转向Dim CutMotor_Speed As Integer ' 切粒电机转速Dim CutMotor_Direction As String ' 切粒电机转向Dim PumpMOtor_Speed As Integer ' 泵电机转速Dim PumpMotor_Direction As String ' 泵电机转向Dim Get_Tem(0 To 15) As Integer ' 定义设定温度3.系统启动Private Sub mnurun_Clic

19、k() Timer2.Enabled = True '计时开始并循环启动End Sub4.报警参数采集及控制模块（1）电流报警主电流为例 current_total_updata = &H120& '定义主电流采集地址 current_data = &H120 '虚拟电流 Call GetPortval(current_total_updata, current_data, 1) '调用子程序并查询主电流 show_current_total_updata.Text = current_total_updata '输出主电流 Di

20、m alarm_data As Integer Dim alarm_updata As Integer Dim alarm_wide As Integer alarm_data = current_total_updata '输出助电流报警 alarm_updata = Set_Alarm.current_total_updata.Text '读取报警上限 alarm_wide = Set_Alarm.current_total_wide.Text '读取报警宽度 Dim alarm As Boolean If show_current_total_alarm.Text

21、 = "总电流过高" Then '判断当前报警状态 alarm = True '报 ElseIf show_current_total_alarm.Text = "总电流正常" Then alarm = False '不报 End If Call single_alarm(alarm, alarm_data, alarm_updata, alarm_wide) '调用报警程序 If alarm = True Then '若该报警 show_current_total_alarm.Text = "总电流过高

22、" Picture_current_total_updata.BackColor = &HFF& sound = True ElseIf alarm = False Then show_current_total_alarm.Text = "总电流正常" Picture_current_total_updata.BackColor = &HFF00& End If（2）电流报警子程序Sub single_alarm(ByRef alarm As Boolean, ByVal alarm_data As Integer, ByVal

23、alarm_updata As Integer, ByVal alarm_wide As Integer) If alarm = True Then '现状是否报价 If alarm_data > alarm_updata - alarm_wide Then '没有复下限 alarm = True ElseIf alarm_data < alarm_updata - alarm_wide Then '复下限 alarm = False End If ElseIf alarm = False Then '没要报警 If alarm_data >

24、alarm_updata Then '跃上限 alarm = True ElseIf alarm_data <= alarm_updata Then '没有 alarm = False End If End If End Sub（3）.电流报警流程（4）.容压容温报警与显示'容压报警为例 presuredata_address = &H125& '容压报警地址 preasure_data = &H125& '虚拟压力 Dim high As Boolean Call GetPortval(preasuredata_a

25、dress, preasure_data, 1) '采集压力 show_preasure.Text = preasure_data '显示压力 alarm_data = preasure_data '报警值输入 alarm_updata = Set_Alarm.preasure_updata.Text '读取报警上限 alarm_updata_wide = Set_Alarm.preasure_updata_wide.Text '读取上限宽度 alarm_downdata = Set_Alarm.preasure_downdata.Text '读

26、取报警下限 alarm_downdata_wide = Set_Alarm.preasure_downdata_wide '读取下限宽度 If preasure_alarm.Text = "容压过高" Then '判断当前报警状态如果容压过高 alarm = True '正在报警 high = True '高了 ElseIf preasure_alarm.Text = "容压过低" Then '如果容压低了 alarm = True '正在报警 high = False '低了 ElseIf pre

27、asure_alarm.Text = "容压正常" Then '如果没报警 alarm = False '没有报警 high = False '可以 End If Call double_alarm(alarm, high, alarm_data, alarm_updata, alarm_updata_wide, alarm_downdata, alarm_downdata_wide) '调用报警子程序 If alarm = False Then '如果不报警 Picture_preasure.BackColor = &HFF

28、00& '变绿 preasure_alarm.Text = "容压正常" '显示容压正常 ElseIf alarm = True Then '如果报警 Picture_preasure.BackColor = &HFF& '变红 If high = False Then '如果低了 preasure_alarm.Text = "容压过低" '显示容压过低 ElseIf high = True Then '如果高了 preasure_alarm.Text = "容压过

29、高" '显示容压过高 End If End If（5）容压/容温报警子程序 If alarm = False Then '目前没有报警 If alarm_data > alarm_updata Then '跃上限 alarm = True '报警 high = True '高了 ElseIf alarm_data < alarm_downdata - alarm_downdata_wide Then '跃下限 alarm = True '报警 high = False '低了 Else '其他 ala

30、rm = False '不报 End If ElseIf alarm = True Then '目前报警 If high = True Then If alarm_data > alarm_updata - alarm_updata_wide Then '没有复上限 alarm = True '报警 high = True '高了 ElseIf alarm_data <= alarm_updata - alarm_updata_wide Then '复上限 alarm = False '不报 high = False '

31、;好了 End If ElseIf high = False Then '目前报并且低了 If alarm_data < alarm_downdata Then '没有复下限 alarm = True ''报警 high = False '低了 ElseIf alarm_data > alarm_downdata Then '复下限 alarm = False '不报 high = False '好了 End If End If（6） 容温/容压报警流程（7）报警子程序'报警子程序 Sub Go(alarm A

32、s Boolean) Call setportval(&H177, &H177, 1) End Sub5.温度及电流采集（A/D采集） （1）所需运行的程序'温度采集为例For i = 0 To 15 '循环16次address = &H110& + i '需要查询的地址0110h-011fhTem_data = &H110& + i '测定的温度，这句用于检测，与硬件连接时需删除Call GetPortval(address, Tem_data, 1) '调用子程序，并查询各段温度数据Tem_Get1(i

33、).Text = Tem_data '完成温度采集如果需要采集电流则将地址变量改为电流采集芯片CD4051的地址0120H0127H（2）采集流程A/D采集传输（用于采集工作状态下的各种信息如：温度、电流等）以温度为例电流采集与温度采集不同的是电流采集的采样路径选择通道是由CD4051控制6.温度控制如果温度过低，那么我们需要加热，我们可以用PID精确控制温度的上升（1）'PID控制子程序Sub pid_ctrl(ByVal kp As Integer, ByVal KI As Integer, ByVal KD As Integer, ByVal Pmax As Intege

34、r, E1 As Integer, c As Integer) If pi0 <> 0 Then '判断pi0是否存在 pi0 = pi0 '存在不变 Else pi0 = 0 '不存在置零 End If Dim p As Integer PPI = kp * E1 '计算ppi PII = KI * E1 + pi0 '计算pii PDI = KD * (E1 - e0) '计算pdi p = PPI + PII + PDI '计算p 'c = p / Pmax '计算c e0 = E1 '传递e1到

35、e0留待下次用 pi0 = pi '传递pi到pi0留待下次用End Sub（2） 温度PID控制： For i = 0 To 15 '循环16次 'PID参数控制 Dim kp As Integer Dim KI As Integer Dim KD As Integer Dim Pmax As Integer Dim c As Integer Dim e As Integer kp = FormPID_Set.kp(i).Text '读取kp KI = FormPID_Set.KI(i).Text '读取ki KD = FormPID_Set.KD(i

36、).Text '读取kd e = FormTemset.Tem_set1(i).Text - Tem_Get1(i).Text '计算e Call pid_ctrl(kp, KI, KD, Pmax, e, c) '调用子程序，计算c n = 1000000 * (1 - c) / 15 '计算占空比 Dim j As Integer If j <> 0 Then '防止j为空字符 j = j' Else j = 0 End If Dim cw As Integer '定义8253控制字每个8253控制三个电热丝所以需要三个控

37、制字 If j = 0 Then cw = &H30 '第一个是30h' ElseIf j = 1 Then cw = &H70 '第二个是70h ElseIf j = 2 Then cw = &HB0 '第三个是b0h End If cw_address = &H180 + i Call setportval(cw_address, cw, 1) '传递8253控制字 Call setportval(cw_address, Nl, 1) '传递占空比低八位 Call setportval(cw_address,

38、nh, 1) '传递占空比高八位，开始加热 j = j + 1'控制字改变，用于下次控制If j = 2 then '判断是否一个8253的电热丝都控制结束，如果结束J = 0 '下一组End ifNext i (3) PID控制流程图(4) 降温风机控制机器不是永远可靠地，有时温度会上升的过高。那么我们建立一个风机系统，并设定一个风机开启温度，在达到这个温度时风机开始工作For i = 0 To 15 '循环16次 If -e > TemMax.TemMax(i).Text Then ' 判断温度是否需要开启风机 If i < 8

39、Then '如果是前八个段 wind_port_adress = &H170 '确定第一个8212的地址 data = win_port_adress + i '8212需要控制的接口地址 ElseIf i > 7 Then '如果是后8各段 wind_port_adress = &H171 '第二个8212地址 data = wind_port_adress + i - 7 '第二个8212需要控制的接口 End If ' Call setportval(wind_port_adress, data, 1) 

40、9;开启工作 End IfNext i7.显示Private Sub Timer1_Timer() Time.Text = "现在时间是：" & Chr(13) & Chr(10) & Now '显示时间 show_mainmotor_speed.Text = formmainmotor.Vmainmotorspeed.Value '主电机转速 show_mainmotor_direction.Text = formmainmotor.Direction.Text '主电机转向 Show_Cutmotor_Speed.Text

41、 = formCutMotor.VSpeed.Value '切粒电机转速 Show_Cutmotor_direction.Text = formCutMotor.Direction.Text '切粒电机转向 Show_FeedMotor_Direction.Text = FormFeedMotor.Direction.Text '喂料电机转型 Show_FeedMotor_Speed.Text = FormFeedMotor.SetSpeed.Text '喂料电机转速 Show_Pumpmotor_Speed.Text = Formpumpmotor.SetSp

42、eed.Text '泵电机转速 Show_Pumpmotor_Direction.Text = Formpumpmotor.Direction.Text '泵电机转向 Dim i As Integer For i = 0 To 15 '16个变量 Tem_set1(i).Text = FormTemset.Tem_set1(i).Text '写十六个温度设定窗口的数据 Next iEnd Sub8权限设置温度参数由操作人员设置，PID参数由经验丰富的老工人设计，一般的操作人员不可以所以设计密码1和0防止操作人员误操作，他还可以设计温度参数所以温度参数不需密码。P

43、id参数值的Pmax应有用户的生产工程师调试设计所有参数他可以设置所以参数，所以需要身份权限最高可以设计设置密码0表格表达如下工程师知道密码0老工人知道密码1操作者温度无密码OKOKOKPID密码0和1OKOKNOPIDmax密码0OKNONO密码程序如下：Private Sub mnualarm_Click() Dim alarmkey As String Dim show As String show = "你好：" & vbCrLf & "请输入密码" alarmkey = InputBox(show, "输入密码&quo

44、t;) If alarmkey = "0" Or alarmkey = 1 Then Set_Alarm.show '显示报警参数设置窗口 Else MsgBox "对不起，您没有设置权限！", vbExclamation, "警告" End IfEnd Sub9电机转速调节设计（1）转速、转向设置系统、泵电机为例Private Sub Command1_Click() If Option1.Value = True Then Direction.Text = Option1.Caption '正传 If Option

45、2.Value = True Then Direction.Text = Option2.Caption '反转 formmain.show Me.HideEnd SubPrivate Sub SetSpeed_Change() If SetSpeed.Text = "" Then '如果文本框为空 MsgBox "转速不能为空！", vbExclamation, "提示" SetSpeed.Text = 0 '文本框置零 End If If SetSpeed.Text > 1750 Or SetSpee

46、d.Text < 0 Then '判断输入的值是否在0-1750之间 MsgBox "输入的数字必须在0-1750之间", vbExclamation, "提示" '提示 SetSpeed.Text = 0 '文本框置零 End If VSpeed.Value = SetSpeed.Text '如果文本改变就改变滚动条的数值End SubPrivate Sub VSpeed_Change() SetSpeed.Text = VSpeed.Value '如果滚动条改变就改变滚动条End SubPrivate S

47、ub setspeed_KeyPress(KeyAscii As Integer) '让文本框只能输入数字If (KeyAscii < 48 Or KeyAscii > 57) And KeyAscii <> 46 And KeyAscii <> 8 Then '判断是否是数字或退格，如果不是 MsgBox "只能输入数字！", vbExclamation, "提示" '提示 KeyAscii = 0 '清除输入的字符End IfEnd Sub（2）传递控制结构：电机转速转向控制主电机为例 '主电机 speed = FormMainMotor.SetSpeed.Text '读取转速 Motor_speed_port = &H140 '转速地址 If show_m