双螺杆塑料挤压造粒机__设计说明书
目录一设计任务2二双螺杆挤压机工作原理及特点2三、双螺杆挤压机的组成及应用31.主机32.辅机43.控制系统（检测和控制）4四、硬件设计41.多路开关42.采样保持器43模数转换芯片54.数模转换器55.交流型固态继电器66.开关量输出67译码器68.模拟量的采集79.电机的控制710.温控设计811.报警设计8五、软件界面设计9六、软件设计111. 程序流程图：112.软件中用到变量123.系统启动124.温度采集及控制模块135.报警参数采集及控制模块146.模数转换157.PID控制：157.显示16七、总结17八、参考资料18一设计任务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。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。二双螺杆挤压机工作原理及特点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。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。1.机头联接器2.模板3.预热器4.机筒5.螺杆6.下料管7.料斗8.进料传动装置9.止推轴承10.减速箱双螺杆挤压机的特点：1. 容易加料：双螺杆挤出机靠正位移原理输送物料，不会有压力回流。在单螺杆挤出机上难以加入的，有很高或很低粘度，以及与金属表面间有很宽范围摩擦系数的物料，如带状料、糊状料、粉料、玻纤等都可以加入；玻纤还可以在不同部位加入。双螺杆挤出机特别适合于加工PVC粉料，可以用粉状PVC直接挤出管材、型材。2. 物料在双螺杆挤出机中停留时间短：适合于那些停留时间过长就会固化或凝聚的物料的着色与混合，比如热固性粉末涂层材料的挤出。3. 优异的排气性：由于双螺杆挤出机啮合部分的有效混合，排气部分的自洁功能使得物料在排气段能获得完全的表面更新。4. 优异的混合与塑化效果：由于两根螺杆互相啮合，物料在挤出过程中进行着比单螺杆挤出机中更复杂的运动，经受纵横双向的剪切混合。5. 较低的比功率消耗：由于双螺杆挤出机的螺杆长径比较短，物料的能量多由外热输入；而单螺杆挤出机的螺杆长径比要大出2030%，并且机头和分流板筛网增加了阻力，因此相同产量的双螺杆挤出机比单螺杆挤出机的能耗要低50%。6. 双螺杆挤出机的容积效率非常高：其螺杆特性线较硬，流率对口模压力的变化不敏感，用于挤出大截面的制品比较有效，特别是挤出难以加工的材料时。单螺杆挤出机的流率对口模压力变化比较敏感。三、双螺杆挤压机的组成及应用 1.主机挤压系统：双螺杆挤出机的挤压系统是由两根啮合或非啮合、整体式或组合式、同向回转或异向旋转的螺杆和整体式或组合式的料筒所组成。物料进入加料斗，经过螺杆到达口模；在此过程中，物料的运动情况、受到的混炼情况与螺杆是否啮合、是同向回转还是异向旋转、螺杆区段的形状和尺寸等因素关系密切。在非啮合型的全螺纹双螺杆中，物料会产生4种流动，使混炼剪切效果增强；但这种双螺杆没有自洁作用，一般用于混料。啮合同向回转型双螺杆中，螺槽和料筒壁形成一些封闭的小室。物料在小室中按螺旋线运动，但由于在啮合处两根螺杆圆周上各点的运动方向相反，而且啮合间隙非常小，使得物料不能从上到下运动，这样就迫使物料从一根螺杆和料筒壁形成的小室向另一根螺杆和料筒壁形成的小室移动，从而形成螺旋运动。这种同向啮合双螺杆，一根螺杆外径和另一根螺杆根径之间的间隙设计的很小，因此具有自洁作用，物料不会粘在螺槽上，物料在料筒中的停留时间也短；在共轭区有较大的相对速度，混合作用强烈。这种螺杆一般也用于混料。异向旋转啮合型双螺杆中，两根螺杆是对称的；由于两根螺杆回转方向不同，物料不能形成螺旋运动，而是在螺纹推动下通过各部分的间隙做圆周运动，同时朝口模方向运动。物料通过两根螺杆之间的径向间隙时所受的剪切搅拌作用最强。另外在螺纹外径和料筒壁形成的间隙中以及两根螺杆螺棱的侧隙间都有漏流发生。反向回转的双螺杆在一根螺杆的外径和另一根螺杆的根径之间必须留出一定的间隙，而不能完全靠公差来保证，以便让物料通过。这种双螺杆的自洁性能较差，但剪切强烈，塑化好，因此较多用于加工制品。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、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。四、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.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，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74LS138，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。五、软件界面设计主界面温度参数设置
