雙螺桿擠壓機(jī)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、一、設(shè)計(jì)任務(wù)1 .設(shè)計(jì)硬件原理圖一張。此硬件可以插入pc機(jī)的isa插槽，用于實(shí) pc機(jī)和塑料擠壓機(jī)的連接，其中包含有計(jì)算機(jī)測(cè)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(kāi)發(fā)軟件，完成測(cè)控軟件設(shè)計(jì)， 包括界面設(shè)計(jì)、模數(shù)、數(shù)模、開(kāi)關(guān)量控制、 pid控制、總體控制模塊設(shè)計(jì)。3 .完成技術(shù)報(bào)告一份。包括塑料擠壓機(jī)介紹、硬件原理和設(shè)計(jì)說(shuō)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(jì)功能注釋?zhuān)⒚鲄⒖嘉墨I(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(guò)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(zhǎng)的旋轉(zhuǎn)軸并排在兩個(gè)相互連通的，截面成葫蘆狀的通腔內(nèi)

2、。 兩根軸上在相同的位置分別裝有同型號(hào)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(dòng)時(shí)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(guò)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。雙螺桿擠壓機(jī)錯(cuò)構(gòu)示意圖二、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(guò)擠壓系統(tǒng)而塑化成均勻的熔體，并在這一過(guò)程中所建立的壓力下，被螺桿連續(xù)地定壓定量定溫地?cái)D出機(jī)頭。在“8”字形機(jī)筒內(nèi)，裝

3、 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)的特八、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(dòng)清洗。傳動(dòng)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(guò)對(duì)料筒（或螺桿）進(jìn)行加熱和冷卻，保證成型過(guò)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(guò)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(lái)，并對(duì)其進(jìn)行精整，

4、從而得到更為精確的截面形狀、尺寸和光亮的表面。通常采用冷卻和加壓的方法達(dá)到這一目的。3 .控制系統(tǒng)（檢測(cè)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(dòng)化水平的高低，可 控制擠出機(jī)的主機(jī)、輔機(jī)的拖動(dòng)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)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(yùn)行，以及檢測(cè)、控制主輔機(jī)的溫度、壓力、流量，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)擠出 機(jī)組的自動(dòng)控制和對(duì)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(jì)對(duì)于出料溫度，是通過(guò)按放在機(jī)筒外的熱電偶來(lái)檢測(cè)加熱段溫度的，對(duì)熱電偶的采樣值進(jìn)行比對(duì)，從而決定對(duì)加熱絲和冷卻風(fēng)機(jī)的開(kāi)關(guān)；對(duì)于

5、出料量，是由預(yù)先對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制來(lái)決定的，在本次的課程設(shè)計(jì)中， 只考慮對(duì)電機(jī)電流的監(jiān)控， 來(lái)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(duì)負(fù)責(zé)潤(rùn)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(bào)警裝置，對(duì)電機(jī)電流和機(jī)頭融壓、融溫報(bào)警。 由以上分析可知，在這個(gè)控制系統(tǒng)的硬件里必要的芯片要有：1 .多路開(kāi)關(guān)熱 電 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,視芍a.i上.h1146 ini?tnmhi16路熱電偶、1路多路開(kāi)關(guān)，用來(lái)選擇對(duì)哪一路模擬量的采集完成多到一的轉(zhuǎn)換。對(duì)機(jī)頭融壓、1路機(jī)頭鬲溫和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(kāi)關(guān)，共 23路采樣通道。其中cd4067b負(fù)責(zé)對(duì)機(jī)筒16路熱電偶的模才比量采集，cd4051負(fù)責(zé)對(duì)其他模擬量的采集。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(lái)控制采

7、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。 外部保持電容。3 .模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ch是保持電容。用來(lái)連接將模擬量轉(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 o采用單極性輸入。r/c是控制轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)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(duì)轉(zhuǎn)換不起作用。a0為字節(jié)選擇端，可以選擇轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)度，和選擇字節(jié)讀出。選擇單極性輸入，量程 為 010v。4 .數(shù)模轉(zhuǎn)換器8252urout1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(duì)外部設(shè)備的控制

8、。選用ad667 , 12位d/a轉(zhuǎn)換器，兩極數(shù)據(jù)鎖存，具有建立時(shí)間短和精度高的特點(diǎn)。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(diǎn)是把數(shù)據(jù)分批送出。 cs是片選端。a0a3是用來(lái)選通三片寄存器，和輸入口的， 1110b是選 通第一級(jí)低四位寄存器，1101b是選通第一級(jí)中四位寄存器，1011b是選通第一級(jí)高四位積存器。0111b是從第一級(jí)向第二級(jí)置數(shù)，0積存器透明?？删幊潭〞r(shí)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(duì)它進(jìn)行初始化。d0d7是數(shù)據(jù)線(xiàn)；8253的三個(gè)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

9、 口，11為不使用計(jì)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(kāi)關(guān)使用。交流型ssr直流型ssr6 .開(kāi)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(hào)。ds1、ds2為片選，當(dāng)兩者都有效時(shí)，輸出三態(tài)緩沖器打開(kāi)，中斷請(qǐng)求觸發(fā)器置位。md模式控制信號(hào)，控制不同工作方式。stb是選通信號(hào)，只用于輸入，在此， stb任意。7 .譯碼器cpu對(duì)芯片進(jìn)行片選時(shí)使用，有固定譯碼器和線(xiàn)譯碼器兩種。線(xiàn)譯碼器選用74l138,固定譯碼器選用各種門(mén)電路的組合。a、b、c是選擇y0y7輸出低電平，作為片選時(shí)使用的譯碼器，74l138是最常用白一種。 g2b、g2a

10、、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(kāi)關(guān)把電壓采集經(jīng)過(guò)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(lái)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(méi)有加熱和冷卻裝置， 所以融溫是用來(lái)控制報(bào)警設(shè)備的。機(jī)頭的融壓是由 壓力傳感器測(cè)出轉(zhuǎn)變成電壓，經(jīng)過(guò)放大，由多路開(kāi)關(guān)輸入，再由 a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，讀入,控制報(bào)警裝置。各個(gè)電機(jī)的電流可以用來(lái)判斷電機(jī)的工作情況，對(duì)于電機(jī)來(lái)說(shuō)，如果電機(jī)負(fù)載過(guò)大（例如：卡死、轉(zhuǎn)速過(guò)高等情況）電機(jī)電流就會(huì)增加，在電機(jī)的外接電路中串聯(lián)一個(gè)阻值較小的電阻，通過(guò)對(duì)該電阻兩端電壓的測(cè)量就可以得出電機(jī)的電流值。當(dāng)電機(jī)的電流值大于

11、它的安全電流時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)報(bào)警。9 .電機(jī)的控制aeov o-電機(jī)的控制是通過(guò)對(duì)電機(jī)輸入電流的頻率控制來(lái)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(guò)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(gè)電機(jī)，所以在這里只有這三個(gè)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)有鎖存器，所以沒(méi)有設(shè)單獨(dú)的鎖存器。10 .溫控設(shè)計(jì)8253do mouto足 33 d4ou

12、t1d5 d6 。70ut2cs a1 a0m amujirgefnv111upi7b 1 f1i11up 1這是對(duì)外控制裝置，包括機(jī)筒加熱、冷卻，報(bào)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(dú)立的16位記數(shù)器，它給加熱絲發(fā)出的是脈沖信號(hào)，加熱絲的控制，加熱絲加熱時(shí)間的控制是由 對(duì)機(jī)筒溫度的測(cè)量后，與設(shè)定值比對(duì)，根據(jù)pid算法算出占空比，再來(lái)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(shí)間。11報(bào)警設(shè)計(jì)12v風(fēng)機(jī)和報(bào)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(mén)控制蜂鳴器 電流的通斷，只要有報(bào)警燈亮，蜂鳴器就會(huì)響

13、。ssr-50la四、軟件界面設(shè)計(jì)主界面溫度參數(shù)設(shè)置p i d參數(shù)設(shè)置報(bào)警參數(shù)設(shè)置電機(jī)操作控制五、軟件設(shè)計(jì)1.程序流程圖:切粒電機(jī)電流 泵電機(jī)電流 融溫控制字置骷 壓報(bào)警i鈿田采樣御融溫極限值n2 .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_

14、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)numad轉(zhuǎn)換讀數(shù)高8位datahad轉(zhuǎn)換讀數(shù)低4位datalad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(bào)警地址 alarm_portad 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

15、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_total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_0a/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_port3 .系統(tǒng)啟動(dòng)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 .溫度采集及控制模塊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 .報(bào)警參數(shù)采集及控制模塊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：

25、public sub pid_control()for i = 0 to 6通道0設(shè)置為方式3,只讀寫(xiě)低字節(jié)通道1設(shè)置為方式3通道2設(shè)置為方式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) '(