雙螺桿擠壓機(jī)設(shè)計說明書

1、一、設(shè)計任務(wù)1設(shè)計硬件原理圖一張。此硬件可以插入PC機(jī)的ISA插槽，用于實PC機(jī)和塑料擠壓機(jī)的連接，其中包含有計算機(jī)測控系統(tǒng)的前向通道和后向通道部分。（圖紙要上交）2用Visual Basic開發(fā)軟件，完成測控軟件設(shè)計，包括界面設(shè)計、模數(shù)、數(shù)模、開關(guān)量控制、PID控制、總體控制模塊設(shè)計。3完成技術(shù)報告一份。包括塑料擠壓機(jī)介紹、硬件原理和設(shè)計說明，軟件各模塊流程圖、主要軟件（溫度采樣、壓力采樣、電機(jī)調(diào)速等）源程序和設(shè)計功能注釋，注明參考文獻(xiàn)。雙螺桿擠壓機(jī)的生產(chǎn)是內(nèi)腔式的，即物料反應(yīng)過程完全在設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行。其結(jié)構(gòu)形式為：有兩根等長的旋轉(zhuǎn)軸并排在兩個相互連通的，截面成葫蘆狀的通腔內(nèi)。兩根軸上在相同的

2、位置分別裝有同型號的作業(yè)塊。螺旋套由于安裝的位置不同，根據(jù)需要螺旋升角、螺距也不同，旋向也有差別。螺旋套的間距是由進(jìn)料口到出料口逐漸減小的，這樣是可以給物料施加壓力，促使物料前進(jìn)而且可以使物料充分混合并且加快物料的融化速度。它是借助螺桿轉(zhuǎn)動時的機(jī)械力學(xué)作用、機(jī)械能量的粘滯耗散以及筒壁外的濕熱調(diào)質(zhì)過程使物料發(fā)生物理、化學(xué)、生化變化的一種高效體積機(jī)械設(shè)備。二、雙螺桿擠壓機(jī)的組成及應(yīng)用 1.主機(jī)擠壓系統(tǒng)：主要由料筒和螺桿組成。塑料通過擠壓系統(tǒng)而塑化成均勻的熔體，并在這一過程中所建立的壓力下，被螺桿連續(xù)地定壓定量定溫地擠出機(jī)頭。在“”字形機(jī)筒內(nèi)，裝有兩根互相嚙合的螺桿，雙螺桿擠出機(jī)的每根可以是整體，也

3、可以加工成幾段組裝，其形狀可以是平行式，也可以是錐形，兩螺桿的旋轉(zhuǎn)方向分為同向和異向兩種。雙螺桿擠出機(jī)的特點： a、由摩擦產(chǎn)生的熱量較少； b、物料受到的剪切力比較均勻； c、輸出能力較大，擠出量比較穩(wěn)定； d、機(jī)筒可以自動清洗。傳動系統(tǒng)：它的作用是給螺桿提供所需的扭矩和轉(zhuǎn)速。 加熱冷卻系統(tǒng)：其功用是通過對料筒（或螺桿）進(jìn)行加熱和冷卻，保證成型過程在工藝要求的溫度范圍內(nèi)完成。 2.輔機(jī)機(jī)頭（口模、芯架等）：它是制品成型的主要部件，熔融塑料通過它獲得一定的幾何截面和尺寸。 定型裝置：它的作用是將從機(jī)頭中擠出的塑料既定形狀穩(wěn)定下來,并對其進(jìn)行精整，從而得到更為精確的截面形狀、尺寸和光亮的表面。通常

4、采用冷卻和加壓的方法達(dá)到這一目的。 .控制系統(tǒng)（檢測和控制）擠出機(jī)的控制系統(tǒng)：它由各種電器、儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。根據(jù)自動化水平的高低，可控制擠出機(jī)的主機(jī)、輔機(jī)的拖動電機(jī)、驅(qū)動油泵、油（汽）缸和其它各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)按所需的功率、速度和軌跡運行，以及檢測、控制主輔機(jī)的溫度、壓力、流量，最終實現(xiàn)對整個擠出機(jī)組的自動控制和對產(chǎn)品質(zhì)量的控制。雙螺桿擠壓機(jī)及擠壓技術(shù)在食品、飼料、油脂、淀粉、造紙等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。三、硬件設(shè)計對于出料溫度，是通過按放在機(jī)筒外的熱電偶來檢測加熱段溫度的，對熱電偶的采樣值進(jìn)行比對，從而決定對加熱絲和冷卻風(fēng)機(jī)的開關(guān)；對于出料量，是由預(yù)先對轉(zhuǎn)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制來決定的，在本次的課程設(shè)

5、計中，只考慮對電機(jī)電流的監(jiān)控，來判斷電機(jī)工作情況是否正常，是屬于操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)；此外還有對負(fù)責(zé)潤滑油供給的泵電機(jī)和切粒電機(jī)的監(jiān)控，也同樣是屬于操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)。還有報警裝置，對電機(jī)電流和機(jī)頭融壓、融溫報警。由以上分析可知，在這個控制系統(tǒng)的硬件里必要的芯片要有：1.多路開關(guān) 多路開關(guān)，用來選擇對哪一路模擬量的采集完成多到一的轉(zhuǎn)換。對16路熱電偶、1路機(jī)頭融壓、1路機(jī)頭融溫和5路電流（總電流、主電機(jī)電流、喂料電機(jī)電流、泵電機(jī)電流和切粒電機(jī)電流）的采樣，選用CD4067B和CD4051兩片多路開關(guān)，共23路采樣通道。其中CD4067B負(fù)責(zé)對機(jī)筒16路熱電偶的模擬量采集，CD4051負(fù)責(zé)對其他模擬量

6、的采集。2.采樣保持器保證輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的模擬量保持不變。選用LF198雙列直插式。VIN：模擬量電壓輸入；VOUT：模擬量電壓輸出；邏輯和邏輯電平參考是用來控制采樣保持器的工作方式的偏置是偏差調(diào)整引腳，接外接電阻調(diào)整偏差。CH是保持電容。用來連接外部保持電容。3模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。由于熱電偶發(fā)出的模擬量較小所以選用12位的高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片AD574A。采用單極性輸入。R/C是控制轉(zhuǎn)換器的啟動和數(shù)據(jù)讀出；12/8是數(shù)據(jù)格式選擇端，與A0配合，使數(shù)據(jù)分兩次 送出，只作為數(shù)字量輸出的格式選擇，對轉(zhuǎn)換不起作用。A0為字節(jié)選擇端，可以選擇轉(zhuǎn)換時間長度，和選擇字節(jié)讀出。選擇單極性輸

7、入，量程為010V。4.數(shù)模轉(zhuǎn)換器 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，完成數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，和A/D轉(zhuǎn)換器一樣，模擬量都是電流，完成對外部設(shè)備的控制。選用AD667，12位D/A轉(zhuǎn)換器，兩極數(shù)據(jù)鎖存，具有建立時間短和精度高的特點。雙緩沖形式，避免了產(chǎn)生虛假的模擬量輸出值。12位D/A轉(zhuǎn)換器的特點是把數(shù)據(jù)分批送出。CS是片選端。A0A3是用來選通三片寄存器，和輸入口的，1110B是選通第一級低四位寄存器，1101B是選通第一級中四位寄存器，1011B是選通第一級高四位積存器。0111B是從第一級向第二級置數(shù)，0積存器透明。可編程定時器8253，發(fā)送脈沖，控制電熱絲的通斷。采用0方式工作需要對它進(jìn)行初始化。D0D7

8、是數(shù)據(jù)線；8253的三個輸出口的工作方式均為0工作方式，工作接口00為OUT0口，01為OUT1口，10為OUT2口，11為不使用計數(shù)器。5.交流型固態(tài)繼電器 有隔離保護(hù)的作用，可以作為開關(guān)使用。 交流型SSR 直流型SSR6.開關(guān)量輸出 用作CPU與外部設(shè)備的接口。選用8212有8位鎖存器，三態(tài)緩沖等，還有中斷信號。DS1、DS2為片選，當(dāng)兩者都有效時，輸出三態(tài)緩沖器打開，中斷請求觸發(fā)器置位。MD模式控制信號，控制不同工作方式。STB是選通信號，只用于輸入，在此，STB任意。 7譯碼器CPU對芯片進(jìn)行片選時使用，有固定譯碼器和線譯碼器兩種。線譯碼器選用74L138，固定譯碼器選用各種門電路的

9、組合。A、B、C是選擇Y0Y7輸出低電平，作為片選時使用的譯碼器，74L138是最常用的一種。G2B、G2A、G1是使能端。8.模擬量的采集 熱電偶把溫度變?yōu)殡妷狠敵?，由多路開關(guān)把電壓采集經(jīng)過鎖存器，再由A/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字量由CPU讀入，和給定量進(jìn)行比較，用來控制加熱和冷卻設(shè)備機(jī)頭融溫和機(jī)筒溫度的采集一樣，機(jī)頭沒有加熱和冷卻裝置，所以融溫是用來控制報警設(shè)備的。機(jī)頭的融壓是由壓力傳感器測出轉(zhuǎn)變成電壓，經(jīng)過放大，由多路開關(guān)輸入，再由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，讀入，控制報警裝置。各個電機(jī)的電流可以用來判斷電機(jī)的工作情況，對于電機(jī)來說，如果電機(jī)負(fù)載過大（例如：卡死、轉(zhuǎn)速過高等情況）電機(jī)電流就會增加，在電機(jī)的

10、外接電路中串聯(lián)一個阻值較小的電阻，通過對該電阻兩端電壓的測量就可以得出電機(jī)的電流值。當(dāng)電機(jī)的電流值大于它的安全電流時，控制系統(tǒng)就會啟動報警。9.電機(jī)的控制 電機(jī)的控制是通過對電機(jī)輸入電流的頻率控制來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，電極電流頻率的控制是由變頻器完成的。變頻器的L1、L2接工業(yè)電源（380V交流電）L3接電機(jī)功率，電流輸入到變頻器后被它轉(zhuǎn)換為直流電，再經(jīng)過變頻改變?yōu)樾枰念l率的交流電，U、V、W相當(dāng)于工業(yè)三相電，與電機(jī)相連，由于系統(tǒng)中需要控制轉(zhuǎn)速的電機(jī)有主電機(jī)、喂料電機(jī)、切粒電機(jī)這三個電機(jī)，所以在這里只有這三個電機(jī)由變頻器控制，STF、STR是控制電機(jī)轉(zhuǎn)向的，單另用一片8212控制。變頻器內(nèi)有鎖存

11、器，所以沒有設(shè)單獨的鎖存器。10. 溫控設(shè)計這是對外控制裝置，包括機(jī)筒加熱、冷卻，報警設(shè)備和泵電機(jī)的控制。機(jī)筒的加熱是靠電熱絲，電熱絲的控制是用8253完成的，8253是獨立的16位記數(shù)器，它給加熱絲發(fā)出的是脈沖信號，加熱絲的控制，加熱絲加熱時間的控制是由對機(jī)筒溫度的測量后，與設(shè)定值比對，根據(jù)PID算法算出占空比，再來控制8253的脈沖的占空比，從而控制電加熱絲的加熱和停止時間。11.報警設(shè)計風(fēng)機(jī)和報警燈的控制是由8212完成的，8212控制風(fēng)機(jī)的電流通斷，用或門控制蜂鳴器電流的通斷，只要有報警燈亮，蜂鳴器就會響。四、軟件界面設(shè)計主界面溫度參數(shù)設(shè)置 P I D參數(shù)設(shè)置報警參數(shù)設(shè)置電機(jī)操作控制五

12、、軟件設(shè)計 1. 程序流程圖：2.軟件中用到變量總電流上限 current_total_upd主機(jī)電流上限 current_mainmotor_upd喂料機(jī)電流上限 current_feedmotor_upd切粒機(jī)電流上限 current_cutmotor_upd泵電機(jī)電流上限 current_bengmotor_upd融壓pressure_alarmd融溫temp_alarmd8253的初始設(shè)定值 n第i段溫度設(shè)置 temp_setd i溫度采樣0口 temp_port_0電流采樣0口 current_port_0各通道連續(xù)采樣次數(shù) Num AD轉(zhuǎn)換讀數(shù)高8位datah AD轉(zhuǎn)換讀數(shù)低4位d

13、atal AD轉(zhuǎn)換總值data 溫度采樣值temp_data(i) 控制字A, b 排序循環(huán)次數(shù)k 采樣次數(shù) m 加熱段數(shù) i報警地址 alarm_port AD轉(zhuǎn)換地址ADchange_port 讀AD轉(zhuǎn)換高8位 ADreadh_port 讀AD轉(zhuǎn)換低4位 ADreadl_port第i段電流采樣 current_data（i）第i段溫度采樣 temp_sample i主機(jī)電流顯示 current_mainmotor喂料機(jī)電流顯示 current_feedmotor切粒機(jī)電流顯示 current_cutmotor泵電機(jī)電流顯示 current_bengmotor總電流顯示 current_to

14、tal采樣次數(shù) num融溫顯示 temp融壓顯示 pressure轉(zhuǎn)速Speed（I ）單選按鈕的選中E(i)f 電機(jī)口motor_port_0 A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) data第i段pid參數(shù) kv i kp i kd I ,Pp(i), Pi(i), Pd(i), P(i), E(i) 加熱絲地址pid_port 風(fēng)機(jī)地址wind1_port ，wind2_port 3.系統(tǒng)啟動Private Sub Run_Click() run_timer.Interval = 1000End SubPrivate Sub run_timer_Timer() Call temp_sample Call Ala

15、rm_sample Call Temp_PID Call Alarm_OUTEnd Sub4.溫度采集及控制模塊 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) = "

17、;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) = "0153" For j = 1 To 7 For i = 0 To 15 OU

18、T(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)

19、D(i, j) = Val(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.報警參數(shù)采集及控制模塊Option ExplicitDim i As Integer, j As Integer, k As Integer Dim D(i, j) As Single Dim Ad

20、dr_alarm(0 To 6) 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_alarm(0) = "0120" Addr_alarm(1) = "0121" Addr_alarm(2) = "0122" Addr_alarm(3) = "0123" Addr_alarm(4) = "0124" Addr_ala

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

22、("&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() Dim data As Single data=IN(Val("&am

23、p;H0100") data = data And Val("&H80")End Sub6.模數(shù)轉(zhuǎn)換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 p

24、id_control() ' For i = 0 To 6Call outport(pid_port + 3 + 4 * i, &H17) ' 通道0設(shè)置為方式3,只讀寫低字節(jié)Call outport(pid_port + 3 + 4 * i, &H57) ' 通道1設(shè)置為方式3Call outport(pid_port + 3 + 4 * i, &H97) ' 通道2設(shè)置為方式3Next iA = 0: b = 0For i = 0 To 15If temp_setd(i) > temp_data(i) Then E(k, i)

25、= temp_setd(i) - temp_data(i) Else If i < 8 Then 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次采樣偏差 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) '(1+n)/2)/n=p(k,i)/256 Call outport(pi