双螺杆挤压机使用说明资料

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：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.

2、程序流程图152. 软件中用到变量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

3、 22（3）传递控制流程（D/A转换控制转速） 2310. 数据组输入程序 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

4、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。 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4二、双螺杆挤压机的组成及应用1注机挤压系统：主要由料筒和螺杆组成

5、。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 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 占：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

6、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、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

7、、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1|1LJ1LIII117 Ld JI-5Vh 1J4Js 1& 1J1 JJa Aw Ab As- A* Abu AISAM

8、 a p” A Aj ft*. Pn rFit PIGidi A iwR1用于连接计算机和工作芯片的接口3.CD4067 芯片2或非门电路ISA并传递给pc机多路开关，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，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

9、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。vccL2ZQGNDEL D,AD574 以CSTSUJVRZCAGNDCiLSXH5. 数模转换器AD7226014XnuTc UTi UTm UTs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

10、，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 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。

11、137. 开关量输出UT1 Db； UT2 Oh UT3 DL UT4 DI- UT5 DJ UT6 皿 UT7 兀Dio8253DS1DS2用作CPU与外部设备的接口。 选用8212有8位锁存器,76543210 1 1AAnV 1- 2 T TJ 1 u u U nu nu _uOL8OH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

12、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。74LS138018XHYoYiYsYaY-YsYsYvG1G 2A L9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，

13、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当电机的电流值大于较小的电阻，通过对该电阻两端电压的测量就可以得出电机的电流值。 它的安全电流时，控制系统就会启动报警。10电机的控制i F k J4-rn -cn300_Si?!| |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、

14、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、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。D7D6D5 UTOD4D3 UT1D2D1 UT2DOd、At013FHSSRS

15、SRSSRE20V12报警设计CD4051INHINo INi INe INs INa INs IN6 IN? UTB A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245电机操作控制6风机开启温度设定第一段第二段第三段第関段第七段第八段r mu iiiflI HUI | 11111I mu nmr nrnr nnrr-pi mi :1111111r111111-rhuh4!* *:min-r111711* b :rnmi 禮11HH第九段第

16、+段第十一段第十二段第十三段第+四段第十五段第十六段五、软件设计1.程序流程图:控制字置总 电潇报窖V1流釆样價 总电流极限值N控制宇取消喂 料机电流报警角涼采样值弗机电流极限值N（报雲程序）切粒电机电潦 泉电机电涼 融磊2.软件中用到变量:Dim current_total_updata As Integer 定义主电流Dim curre nt_mainm otor_updata As In teger 定义主电机电流上限Dim curre nt_feedmotor_updata As In teger 定义喂料电机电流上限 Dim curre nt_cutmotor_updata As I

17、n teger 定义切粒电机电流上限 Dim curre nt_pumpmotor_updata As In teger 定义泵电机电流上限 Dim preasure_updata As Integer 定义容压上限Dim preasure_downdata As Integer 定义容压下限Dim TEm_Updata As In teger 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 In teger 定义低四位存放位置Dim data As In teger 定义

18、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 Tem_set_num(0 To 15) As Integer 定义设定温度Dim Alarm_adress As In teger 定义报警地址Dim KPI As In teger Dim KII As In teger Dim KDI As In teger Dim PPI As In teger Dim PII As In teger Dim PDI As In teger Dim EI As In teger定义pid参数KPI定pid参数kii定义pid参数KDI定义pi

19、d参数PPI定义pid参数PII定义pid参数PDI定义pid参数ElDim Win d_Adress(1 To 2) As In teger定义风机地址Dim Motor_Direction_adress As In teger 电机转动方向控制地址Dim Motor_speedadress As In teger 数模口地址 Public Mai nm otor_Speed As In teger 主电机转速 Public Mai nm otor_Direction As Stri ng 主电机转向Dim FeedMotor_Speed As Integer 喂料电机转速 Dim Feed

20、Motor_Direction As Stri ng 喂料电机转向Dim CutMotor_Speed As In teger 切粒电机转速 Dim CutMotor_Direction As Stri ng 切粒电机转向 Dim PumpMOtor_Speed As In teger 泵电机转速 Dim PumpMotor_Direction As Stri ng 泵电机转向 Dim Get_Tem(O To 15) As In teger 定义设定温度3. 系统启动Private Sub mn urun_Click()Timer2.Enabled = True 计时开始并循环启动End S

21、ub4. 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 Dim alarm_data As In tegerDim alarm_updata As In tegerDim alarm_wide As In tegera

22、larm_data = curre nt_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 Boolea nIf show_current_total_alarm.Text =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 Thenalarm =

23、False 不报End IfCall 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 Picture_curre nt_total_updata.BackColor = &HFF& sound = TrueElseIf alarm = False The nshow_current_total_alarm.Text =总电流正常 Picture_curre nt_total_updata.Ba

24、ckColor = & HFFOO &End If(2) 电流报警子程序Sub sin gle_alarm(ByRef alarm As Boolea n, ByVai alarm_data As In teger, ByVai alarm_updata As In teger, ByVal alarm_wide As In teger)If alarm = True Then 现状是否报价If alarm_data alarm_updata - alarm_wide Then 没有复下限alarm = TrueElseIf alarm_data alarm_updata Then 跃上限al

25、arm = TrueElseIf alarm_data alarm_updata Then 跃上限alarm = True 报警high = True 高了ElseIf 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 好了End IfElseIf high = False Then 目前报并且低了If

26、 alarm_data alarm_downdata Then 复下限 alarm = False 不报 high = False 好了End IfEnd If(6)容温/容压报警流程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(7)报警子程序报警子程序Sub Go(alarm As Boolea n)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 O11Oh-O11fhTem_d

27、ata = &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).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)米集流程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 In te

28、ger, ByVai KI As In teger, ByVai KD As In teger, ByVai Pmax AsIn teger, E1 As In teger, c As In teger)If pi0 0 Then 判断pi0是否存在pi0 = pi0 存在不变Elsepi0 = 0 不存在置零End IfDim p As In tegerPPI = kp * E1 计算 ppiPII = KI * E1 + pi0 计算 piiPDI = KD * (E1 - e0)计算 pdip = PPI + PII + PDI 计算 pc = p / Pmax 计算 ce0 = E1

29、传递el到e0留待下次用pi0 = pi 传递pi至U 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 In tegerDim KI As In tegerDim KD As In tegerDim Pmax As In tegerDim c As In tegerDim e As In tegerkp = FormPID_Set.kp(i).Text 读取 kpKI = FormPID_Set.KI(i).Text 读取 kiKD = FormPID_Set.KD(i).Text 读取 kde = Form

30、Temset.Tem_set1(i).Text - Tem_Get1(i).Text 计算 eCall pid_ctrl(kp, KI, KD, Pmax, e, c)调用子程序，计算cn = 1000000 * (1 - c) / 15 计算占空比Dim j As In tegerIf j 0 Then 防止j为空字符j = jElsej = 0End IfDim 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制字If j = 0 The ncw = &H30 第一个是 30hElself j = 1 The ncw = &H70 第二个是 70hEl

31、self j = 2 The ncw = &HBO 第三个是 bOhEnd Ifcw_address = & H180 + iCall 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, 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 iPID控制流程图开始时间中断斗读取A/D转化来

32、的温度Tem_get和设定温度Tem_Set 由此计算出偏差 E=Tem_Set-Tem_Get读取PID设定的参数 KP、KI、KD、Pmax参数计算 PP(k)=KP*EK *、PI(k)=KI*EK+PI(k-1)PD(k)=KdE(k)-E(k-1)、Pk=PP(k)+PI(k)+PD(k)C=Pi/Pmax* :计算占空比 N=1000000*c*1/15 *用传递程序经过 D/A转换把占空比传递给8253控制加热结束、等待下一个中断:(4)降温风机控制并设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，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

33、= 0 To 15 循环 16 次If -e TemMax.TemMax(i).Text The n 判断温度是否需要开启风机If 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)开启工作End If7.显示Private Sub Timer1_Timer()Time.Text =现在时间是：” & Chr(13) & Chr(10) & Now

34、 显示时间show_mainmotor_speed.Text = formmainmotor.Vmainmotorspeed.Value 主电机转速 show_ma inm otor_directi on. Text = formmai nm otor.Directio n.Text 主电机转向 Show_Cutmotor_Speed.Text = formCutMotor.VSpeed.Value 切粒电机转速 Show_Cutmotor_directio n.Text = formCutMotor.Directio n.Text 切粒电机转向 Show_FeedMotor_Directio

35、 n.Text = FormFeedMotor.Directio n.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.SetSpeed.Text 泵电机转速 Show_Pumpmotor_Directio n.Text = Formpumpmotor.Directio n.Text 泵电机转向 Dim i As In tegerFor i = 0 To 15 16 个变量Tem_set1(i).Text = F

36、ormTemset.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。 Pid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 mnu alarm_Click

37、()Dim alarmkey As Stri ngDim show As Stringshow =你好：” & vbCrLf & ”请输入密码” alarmkey = InputBox(show,输入密码)If alarmkey = 0 Or alarmkey = 1 ThenSet_Alarm.show 显示报警参数设置窗口ElseMsgBox 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 Comma nd1_Click()If Option1.Value = True T

38、hen Direction.Text = Option1.Caption 正传If Optio n2.Value = True The n Directio n.Text = Optio n2.Captio n 反转formma in .showMe.HideEnd SubPrivate Sub SetSpeed_Cha nge()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 IfIf SetSpeed.Text 1750 Or SetSpeed.Text 0

39、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 IfVSpeed.Value = SetSpeed.Text如果文本改变就改变滚动条的数值End SubPrivate Sub VSpeed_Cha nge()SetSpeed.Text = VSpeed.Value如果滚动条改变就改变滚动条End SubPrivate Sub setspeed_KeyPress(KeyAscii As Integer)让文本框只能输入数字If (KeyAscii 57)

40、And KeyAscii 46 And KeyAscii 8 The n 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 = FormMai nM otor.SetSpeed.Text 读取转速Motor_speed_port = &H140 转速地址If show_mainmotor_direction.Text = 正转Then 判断正反转Direction = &H1 正转控制ElseIf show_mainmotor_direction.Text = 反转Then Direction = &H0 反转控制End If mo