双螺杆挤压机设计说明书

1、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：有两根等长的旋转轴并排在两个相互连通的，截面成葫芦状的通腔内

2、。 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。双螺杆挤压机错构示意图二、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“8”字形机筒内，装

3、 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。双螺杆挤出机的特八、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，并对其进行精整，

4、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。3 .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关；对于

5、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 .多路开关热 电 喟 嗝 高 板CD4067BkwQvnnV 1皿加TIN£IM4R1INhINl6IM7IM。INT9II打第1c：IM12IkrflaaIN 14INIinNHvssiwuo期WQ 加和政冷血情。.一ICD4051INCnii-rCl

6、l-H|UU 1 ENI:匚三T|INUCIM4,视芍A.I上.H1146 INI?tNMHI16路热电偶、1路多路开关，用来选择对哪一路模拟量的采集完成多到一的转换。对机头融压、1路机头鬲温和5路电流（总电流、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路热电偶的模才比量采集，CD4051负责对其他模拟量的采集。2 .采样保持器保证输入到A/D转换器的模拟量保持不变。选用 LF198双列直插式。VIN :模拟量电压输入；VOUT :模拟量电压输出；逻辑和逻辑电平参考是用来控制采

7、样保持器的工作方式的偏置是偏差调整引脚，接外接电阻调整偏差。 外部保持电容。3 .模数转换芯片CH是保持电容。用来连接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 o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。4 .数模转换器8252uroUT1数模转换器，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

8、。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0工作方式，工作接口 00为OUT0 口，01为OUT1 口，10为OUT2

9、 口，11为不使用计数器。5 .交流型固态继电器有隔离保护的作用，可以作为开关使用。交流型SSR直流型SSR6 .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。7 .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，74L138是最常用白一种。 G2B、G2A

10、、G1是使能端。 8.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的电流值。当电机的电流值大于

11、它的安全电流时，控制系统就会启动报警。9 .电机的控制aeov o-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。10 .温控设计8253DO mOUTO足 33 D4OU

12、T1D5 D6 。70UT2CS A1 A0m amuJirgEFnv111UPI7b 1 f1i11UP 1这是对外控制装置，包括机筒加热、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。11报警设计12V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

13、。SSR-50LA四、软件界面设计主界面温度参数设置P I D参数设置报警参数设置电机操作控制五、软件设计1.程序流程图:切粒电机电流 泵电机电流 融温控制字置骷 压报警I钿田采样御融温极限值N2 .软件中用到变量总电流上限current_total_upd主机电流上限 current_mainmotor_upd 喂料机电流上限current_feedmotor_upd切粒机电流上限current_cutmotor_upd泵电机电流上限current_bengmotor_upd融压 pressure_alarmd 融温 temp_alarmd8253的初始设定值 n 第i段温度设置 temp_

14、setd i 温度采样 0 口 temp_port_0电流采样 0 口 current_port_0各通道连续采样次数NumAD转换读数高8位datahAD转换读数低4位datalAD转换总值data 温度采样值temp_data(i) 控制字A, b排序循环次数k采样次数m加热段数i报警地址 alarm_portAD 转换地址 ADchange_port 读AD转换高8位ADreadh_port 读AD转换低4位 ADreadl_port第 i 段电流采样current_data ( i )第 i 段温度采样temp_sample i主机电流显示current_mainmotor喂料机电流显

15、示current_feedmotor切粒机电流显示current_cutmotor泵电机电流显示current_bengmotor总电流显示current_total采样次数num融温显示temp融压显示pressure转速 Speed( I )单选按钮的选中 E(i)f电机口 motor_port_0A/D 转换数据 data第 i 段 pid 参数 kv i kp i kd I ,Pp(i), Pi(i), Pd(i), P(i), E(i)加热丝地址pid_port风机地址wind1_port ， wind2_port3 .系统启动Private Sub Run_Click()run_t

16、imer.Interval = 1000End SubPrivate Sub run_timer_Timer()Call temp_sampleCall Alarm_sampleCall Temp_PIDCall Alarm_OUTEnd Sub4 .温度采集及控制模块Option ExplicitDim i As Integer, j As IntegerDim D(i, j) As SingleDim Addr_Temp(0 To 15) As StringDim Addr_RC(1 To 3) As StringDim sample_high As StringDim sample_lo

17、w As StringDim data As SingleAddr_Temp(0) = "0110"Addr_Temp(1) = "0111"Addr_Temp(2) = "0112"Addr_Temp(3) = "0113"Addr_Temp(4) = "0114"Addr_Temp(5) = "0115"Addr_Temp(6) = "0116"Addr_Temp(7) = "0117"Addr_Temp(8) = "01

18、18"Addr_Temp(9) = "0119"Addr_Temp(10) = "011A"Addr_Temp(11) = "011B"Addr_Temp(12) = "011C"Addr_Temp(13) = "011D"Addr_Temp(14) = "011E"Addr_Temp(15) = "011F"Addr_RC(1) = "0150"Addr_RC(2) = "0152"Addr_RC(3)

19、= "0153"For j = 1 To 7For i = 0 To 15OUT(V al("&H" + Addr_Temp(i), Val("&HFF")OUT(V al("&H" + Addr_RC(1), Val("&HFF")Call JudgeIf data = 0 Thensample_high = IN(Val("&H" + Addr_RC(2) sample_low=IN(Val("&H" +

20、 Addr_RC(3) sample_low = Mid(sample_low, 1, 4) D(i, j) = Val(sample_high + sample_low)ElseCall JudgeEnd IfNext iNext jPrivate Sub Judge()Dim data As Singledata=IN(Val("&H0100")data = data And Val("&H80")End Sub5 .报警参数采集及控制模块Option ExplicitDim i As Integer, j As Integer, k

21、 As IntegerDim D(i, j) As SingleDim Addr_alarm(0 To 6) As StringDim Addr_RC(1 To 3) As StringDim sample_high As StringDim sample_low As StringDim data As SingleAddr_alarm(0) = "0120"Addr_alarm(1) = "0121"Addr_alarm(2) = "0122"Addr_alarm(3) = "0123"Addr_alarm(4

22、) = "0124"Addr_alarm(5) = "0125"Addr_alarm(6) = "0126"Addr_RC(1) = "0150"Addr_RC(2) = "0152"Addr_RC(3) = "0153"For j = 1 To 7k = 0For i = 16 To 22OUT(V al("&H" + Addr_alarm(k), Val("&HFF")OUT(V al("&H&qu

23、ot; + Addr_RC(1), Val("&HFF")k = k + 1Call JudgeIf data = 0 Thensample_high = IN(Val("&H" + Addr_RC(2) sample_low=IN(Val("&H" + Addr_RC(3) D(i, j) = Val(sample_high + sample_low)ElseCall JudgeEnd IfNext iNext jPrivate Sub Judge()Dim data As Singledata=IN(Val

24、("&H0100")data = data And Val("&H80")End Sub6 .模数转换Public Sub ADchange()Call outport(&H150, 0)j = 1Do While j <> 0j = inport(ADchange_port) And 1Loopdatal = inport(ADreadh_port)datah = inport(ADreadl_port)data = Val(datah) * 16 + Val(datal) / 16End Sub7 .PID 控制：

25、Public Sub pid_control()For i = 0 To 6通道0设置为方式3,只读写低字节通道1设置为方式3通道2设置为方式3Call outport(pid_port + 3 + 4*i,&H17)'Call outport(pid_port + 3 + 4*i,&H57)'Call outport(pid_port + 3 + 4*i,&H97)'Next iA = 0: b = 0For i = 0 To 15If temp_setd(i) > temp_data(i) Then E(k, i) = temp_set

26、d(i) - temp_data(i) ElseIf i < 8 Then A = A + 2 A iElse: b = b + 2 a (i - 8) End IfEnd IfCall outport(wind1_port, A)Call outport(wind2_port, b)Next iFor i = 0 To 15P(k - 1, i) = P(k, i)Pp(k, i) = Kp(i) * E(k, i) ' 第 K 次采样偏差Pi(k, i) = Ki(i) * E(k, i) + Pi(k - 1, i)Pd(k, i) = Kd(i)(E(k, i) - E(k - 1, i)P(k, i) = Pp(k, i) + Pi(k, i) + Pd(k, i) n(i) = Int(128 / (P(k, i) - 128) '(