双螺杆挤压机设计说明书.docx

1、双螺杆挤压机设计说明书一、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

2、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“”字形机筒内，装有两根互相啮合的螺杆，双螺杆挤出

3、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,并对其进行精整，从而得到更为精确的截面形状、

4、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关；对于出料量，是由预先对转动电机的转速控制来

5、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 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、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，CD4

6、051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。CH是保持电容。用来连接外部保持电容。3模数转换芯片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

7、字节读出。选择单极性输入，量程为010V。4.数模转换器 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。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

8、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

9、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是最常用的一种。G2B、G2A、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

10、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它的安全电流时，控制系统就会启动报警。9.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821

11、2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、软件界面设计主界面温度参数设置 P I D参数设置报警

12、参数设置电机操作控制五、软件设计 1. 程序流程图：2.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_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 Num AD转换读数高8位datah

13、 AD转换读数低4位datal AD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_port AD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

14、 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_0 A/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_port 3.系统启动Private Sub Run_Click() run_timer.Interval = 1000End SubPrivate Sub run_timer_Timer() Call temp_samp

15、le Call Alarm_sample Call Temp_PID Call Alarm_OUTEnd Sub4.温度采集及控制模块 Option Explicit Dim i As Integer, j As Integer Dim D(i, j) As Single Dim Addr_Temp(0 To 15) As String Dim Addr_RC(1 To 3) As String Dim sample_high As String Dim sample_low As String Dim data As Single Addr_Temp(0) = 0110 Addr_Temp(

16、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) = 0118 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

17、_RC(1) = 0150 Addr_RC(2) = 0152 Addr_RC(3) = 0153 For j = 1 To 7 For i = 0 To 15 OUT(Val(&H + Addr_Temp(i), Val(&HFF) OUT(Val(&H + Addr_RC(1), Val(&HFF) Call Judge If data = 0 Then sample_high = IN(Val(&H + Addr_RC(2) sample_low=IN(Val(&H + Addr_RC(3) sample_low = Mid(sample_low, 1, 4) D(i, j) = Val

18、(sample_high + sample_low) Else Call Judge End If Next i Next jPrivate Sub Judge() Dim data As Single data=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 As Integer Dim D(i, j) As Single Dim Addr_alarm(0 To 6) As String Dim Addr_RC(1 To 3

19、) As String Dim sample_high As String Dim sample_low As String Dim data As Single Addr_alarm(0) = 0120 Addr_alarm(1) = 0121 Addr_alarm(2) = 0122 Addr_alarm(3) = 0123 Addr_alarm(4) = 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 7 k

20、= 0 For i = 16 To 22 OUT(Val(&H + Addr_alarm(k), Val(&HFF) OUT(Val(&H + Addr_RC(1), Val(&HFF) k = k + 1 Call Judge If data = 0 Then sample_high = IN(Val(&H + Addr_RC(2) sample_low=IN(Val(&H + Addr_RC(3) D(i, j) = Val(sample_high + sample_low) Else Call Judge End If Next i Next jPrivate Sub Judge() D

21、im data As Single data=IN(Val(&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：Public Sub pid_con

22、trol() For i = 0 To 6Call outport(pid_port + 3 + 4 * i, &H17) 通道0设置为方式3,只读写低字节Call outport(pid_port + 3 + 4 * i, &H57) 通道1设置为方式3Call outport(pid_port + 3 + 4 * i, &H97) 通道2设置为方式3Next iA = 0: b = 0For i = 0 To 15If temp_setd(i) temp_data(i) Then E(k, i) = temp_setd(i) - temp_data(i) Else If i 8 Then

23、A = A + 2 i Else: b = b + 2 (i - 8) End If End If Call outport(wind1_port, A) Call outport(wind2_port, b) Next iFor i = 0 To 15 P(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

24、(k, i) n(i) = Int(128 / (P(k, i) - 128) (1+n)/2)/n=p(k,i)/256 Call outport(pid_port + i + i 3, n(i) Text1.Text = Format(P(k, i), 00.00) Next iEnd Sub8.显示Private Sub Timer_refresh_Timer() For i = 0 To 15 Text_set(i).Text = Temp_set.Temp_set_Text(i).Text Next i Text_RMP(0).Text = Main_motor_set.main_t

25、ext.Text + RPM Text_RMP(1).Text = Feed_motor_set.feed_text.Text + RPM Text_RMP(2).Text = Pump_motor_set.pump_Text.Text + RPM Text_RMP(3).Text = Cut_motor_set.cut_Text.Text + RPMEnd Sub六、总结 这次的课程设计受益匪浅，计算机控制系统的课程设计是第一次做，由于以前机电方面的课程学的不够扎实，没有形成很好的理论基础，过程中遇到很多困难,但是在困难中学到了更多东西，学会了系统思考，对我来说这是非常有益的事情。课程设计的过程包括了解双螺杆塑料挤压造粒机的工作原理、计算机控制系统的工作原理、了解各种硬件和数据线、地址线和控制线的连接方法、设计硬件图、用C语言编写程序。课程设计是实践所学理论的最好方法，效果比上课的方式更好，更短时间内学到了更多，学到了真正有用的设计方法。七、参考资料 1 双螺杆挤压机的特性及应用张永林.粮食与饲料工业.1994.62 微型计算机技术孙德文主编.高等教育出版社.2001.13 电工学(下册) 秦曾煌主编.高等教育出版社. 1999.94 微型计算机控制技术潘新民 王燕芳 编著 电子工业出版社 2007.8