螺杆挤压机是工业生产里重要的生产设备，大多数都用在将固态的合成纤维切片加热融化并压缩成具有很多压力的熔体。螺杆挤压机由横卧式的机筒和其内部的螺杆组成，纺丝切片靠自重从进料口进入螺杆挤压机，由于螺杆的转动，切片沿着螺槽向前运动，螺杆套筒外侧安装有加热元件，通过套筒将热量传给切片，同时螺杆挤压机内切片因摩擦和被挤压会产生一定的热量，最终使切片受热熔化并被挤压机压缩成具有很多压力的熔体。本来螺杆挤压机最适宜挤出量为最大挤出量的65%-80%，而目前设备的挤出量却是其最大值，且因螺杆和套筒的制造未达到很高的光洁度，从而造成螺杆的剪切热过大。由于以上综合因素导致了挤压机内熔体温度过高，熔体降解程度过大，使丝的热拉伸应力下降。本课题的核心任务是保证螺杆挤压机熔融区的温度保持在适当值。因为熔体的温度作为一项重要的纺丝工艺指标，直接影响到纺丝质量和生产操作。若熔体温度过高，会使切片热降解过大，造成注头丝;温度过低，则易使熔体剪切应力上升，造成硬丝，给纺丝生产造成困难，并影响初生纤维的质量。所以，本课题在企业原有设备上进行改进，尽可能使原来不易稳定的熔融区温度受控，从而使熔体温度得到恒温控制，使切片较好地熔融，降解大大减小，最终解决原有设备加热装置惯性大影响温度不恒定的问题，提高纤维的质量，为后续纺丝操作排除困难。

  为了适应高速、高产的需要，该挤出机拥有多处改进。装备了筒式加热器，可在极短时间内完成挤出机的升温工作，最高加热温度可达450℃；冷却流道设计真正的完成了逆向流冷却，优化了冷却系统；配置了“弓形夹紧装置”，更换机筒的时间可比传统螺栓连接型更快；机筒采用了带有专利的高频淬火硬化工艺，赋予极佳的耐磨性能，从而省去了昂贵的耐磨衬套；另外，还配备有该公司的高级工艺控制系统。

  挤压膨化过程的复杂性体现在各输出量之间关系的非线性及相关性。要得到理想的控制参数，只有通过无数次的实验，取得大量的数据，然后分析处理，最后得出结论。如果建立计算机自动采集系统，就可以在挤压机工作的同时，将各种数据输入到计算机，实现实时采集与控制。由于数据直接存储到计算机硬盘上，也给以后使用数据带来方便。要实现实时采集与控制，有许多途径。

  德国贝尔斯托夫(Berstorff)公司推出的新型双螺杆挤出机-ZEUTX系列，性能与众不同之处在于拥有优异的螺杆直径/生产率比。螺杆设计最高转速达1200rpm，扭矩大，挤出产能在100～3500kg/h之间。可一起进行物料的混炼、反应、排气等工序。机筒和螺杆采用了模块式设计，能满足各种特殊工艺技术要求，具备优异的加工工艺灵活性，还配有ZSEF型侧边喂料器，可实现高的固体颗粒输送率，切粒机可匹配不同的产率和材料加工。

  食品加工业的快速地发展及我们正常的生活水平的提高，暗示了将来食品的发展的新趋势。即当今食品市场大量需求的是低热量、低脂肪、低胆固醇、低盐、高纤维的崭新食品。据调杏，食品中市场上最有前景的小吃和谷类早餐是通过挤压机制造的。J.M.H即er先生(1981)明确了双螺杆挤压机的加工特点，深入分析了双螺杆挤压机的结构特点，指出它在食品加工中具有广阔的应用前景。

  无论是工业生产里，还是日常生活中，对温度的检测和控制都是必不可少的，对于温度的检测通常是采用热敏电阻在通A/D（模/数）转换得到数字信号，但由于信号的采集对总系统的影响很大，如果采样精度不高，会使这个系统准确性下降。而对于螺杆挤压机的温度控制的方法也有很多：如单片机控制、PLC控制、PID控制等等。综合各方面的意见，本设计采用基于积分分离PID算法控制的单片机来实现螺杆挤压机的温度的控制。

  实现挤出成型设备的大型化能够更好的降低生产所带来的成本，对于大型双螺杆造粒机组、吹膜机组、管材组更是如此。在中国，大型化设备长期依赖于进口，现正在进行大型双螺杆造粒机组国产化研究。精密化能大大的提升产品的含金量，如多层复合共挤薄膜。熔体齿轮泵作为实现精密挤出的重要手段应加大力度进行开发研究。

  在功能方面，双螺杆挤出机已不再局限于高分子材料的成型和混炼，其用途已拓展到食品、饲料、炸药、建材、包装、纸浆和陶瓷等领域。此外，将混炼造粒与挤出成型工序合二为一的“一步法直接挤出工艺”也很具有吸引力。

  WPC(木塑复合材料)用于户外应用，如作甲板铺板和栅栏已经有相当长的时间，特别是在美国。辛辛那提公司专门开发了Fiberex系列，并不断使它最佳化以用于WPC成型。第四代Fiberex，具有一个加长的、耐磨加工单元，能充分满足顾客的不一样的要求，并达到高的产量。在去年的NPE展览会上，辛辛那提公司演示了整条Fiberex中试生产线lb/h)的FiberexT58挤出成型机，用于成型加工75%木粉填充量的PP配混物。生产线制造一种用于家具工业的异型材，壁厚2.5mm，挤出定型速度2m/min。

  利用PLC实现对螺杆挤压机的温度的控制是采用PLC控制实现螺杆挤压机的全通、间断导通和全断加热的自动控制方式，来达到温度的稳定。智能型电偶温度表将置于被测对象中，热电偶的传感器信号与恒定温度的给定电压作比较，构成闭环系统，生成温差电压Vt，PLC自适应恒温控制电路，根据Vt的大小计算出全通、间接导通和全断的自适应温度控制电路，并将占空比可调的控制电平经输出隔离电路去控制可控硅门极的通断，实现自适应的螺杆挤压机的控制。若温度升的过快，PLC也将输出关断电平信号转换为可控硅电路相匹配的输入信号。

  AT89C51是一个低功耗、高性能CMOS8位单片机，可根据常规办法来进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

  本课题采用AT89C51单片机为主控单元，构成双螺干挤压机控制管理系统中的前置控制单元对双螺杆挤压机的温度来控制，该控制管理系统由三部分所组成一PC机、控制器、测量元件和执行部件。该系统在运行过程中，不仅温度、压力能够维持在规定范围内，还可以对其进行实时检测与控制。

  高速、高效、节能一直是近年来国际塑料机械一直在改进的主旋律。高速和高产量可使投资者以较低的投入获得高额的回报。但是，螺杆转速高速化带来一系列极待解决的问题：如物料在螺杆内停滞时间短，会造成物料混炼塑化不均；过高剪切会造成物料急骤升温和热分解；也许会出现挤出稳定性问题；需要高性能辅机和精密控制管理系统与之配套；螺杆与机筒的磨损问题以及减速传动箱设计问题等。因此，针对高速化可能带来的问题提供解决方案，便是双螺杆供应商技术创新的重要方向之一。

  随着计算机科学和自动化水平的逐步的提升，各种应用领域都大量采用计算机控制管理系统。计算机控制管理系统的应用使得科学研究、工农业生产、工艺实践的效率大幅度的提升，同时也大幅度提升了产品和成果的品质。由于大量的控制管理系统的任务较专业化，并且执行的是直接数字控制任务，故基本上采用单片机来控制。单片机是目前控制管理系统采用最多的器件和芯片，它在军事、航空、航天、交通、工业、农业等领域都有人量的应用。

  本课题的下位机为自行开发的通用智能控制器。此智能控制器可作为一个独立的单片机控制管理系统，又可以与微机配合构成控制管理系统，具有较高的灵活性和可靠性。单片机是控制器的主体，它与一些扩展电路（程序存储器、数据存储器、地址锁存器、地址译码器等）构成处理器模块。电阻炉温度控制系统主要有温度信号的检测与传送部分；AT89C51为核心的单片机系统及接口电路；掉电检测与保护电路。

  利用单片机系统实现螺杆挤压机的温度恒定的控制，系统主要有AT89C51单片机，温度检测放大电路，A/D转换器、键盘及显示电路、晶闸管触发电路等组成的控制器和被控对象电阻炉构成一个闭环控制系统。

  温度采集电路以数字量形式将现场温度传至单片机。单片机结合现场温度与用户设定的目标温度，按照已经编程固化的控制算法计算出实时控制量，而此控制算法在传统的PID基础上有了改进，改进的PID算法-积分分离PID。其主要用途是当被控制量与系统设定值偏差较大时,能取消积分作用,避免由于积分作用使系统稳定性下降,超调量增加;当被控量接近设定值时,引入积分控制,以消除系统静差,提高系统控制精度。以此控制量控制固态继电器开通和关断，决定加热电路的工作状态，使温度逐步稳定于用户设定的目标值。在温度到达设定的目标温度后，由于自然冷却而使其温度下降时，单片机通过采样回的温度与设置的目标温度比较，作出相应的控制，开启加热器。当用户要比实时温度低的温度时，此电路能利用风扇降温。系统运行过程中的各种状态参量均可由数码管实时显示。

  单片机在过程控制中，通常是对一个过程的直接数字控制，即DDC(DirectDigitalcontrol)控制。单片机在DDC控制中有着显著的优点:它体积小，能做成体积极小的控制器用于一些体积不大的设备和空间存在限制的生产的全部过程、控制过程;单片机还有温度范围宽、抗干扰能力强的特点，故在强电场、强磁场的工作环境中有良好的工作性能，在温度变化范围大的恶劣条件下仍能可靠工作;过程控制应用单片机己成了不可抗拒的趋势。

  单片机的一个广泛应用领域就是过程控制。例如化工过程、冶金过程、轧钢过程、机械工艺流程、塑料成型的过程等。

  单片机在过程控制中应用的特点是以控制理论为基础的系统自动化控制。所以要有明确的系统组成结构，有较严密的数学算法和较复杂的响应过程，这还在于在过程控制中对速度、时间、精度有严格的要求，特别是对过渡过程要求是十分严格的。

  1.对系统来进行总体设计、设计，确定要实现的功能和要达到的性能指标。在此基础上对关键的部件在满足规定的要求、保证可靠性、减少相关成本的原则上做出较合适的选择。学会各电气元件的使用。

  3.在温度控制管理系统中，采用带有邻区温度补偿的模糊控制与PID控制相结合的算法对温度来控制，以提高控制精度。电动机控制管理系统中，电机起动程序中的增量PID控制算法采用MATLAB中的simulLeabharlann Baidunk仿真工具，对二阶系统来进行的阶跃跟踪仿真的根据结果得出，电机能够在合理的时间内安全起动。

  综上所述,我采用方案一用单片机来实现对螺杆挤压机的温度控制，采用本方案成本低，可靠性高，抗干扰性强但对于系统的动态性能与稳态性能要求比较高的场合是不合适的；而我们在基于PID控制原理给出了积分分离PID控制器的具体实现方法。其基本设计思想是将积分分离和PID控制结合起来，发挥两者的优点。

  随着电子技术、微电子技术的快速的提升，微型计算机发展非常迅速，单片机作为计算机的一个独特的分支，以其体积小、功能强、性能价格比高等优点大范围的应用于诸多领域，如工业控制管理系统、智能化仪表、数据采集系统等。

  在单片机的选型上，考虑单片机本身的性能以及本设计的需要，选用MCS-51系列单片机AT89C51。

  挤压机在工作时，主要的控制变量是各区的温度和机头压力。模口处物料的温度(简称料温)对食品结构如蛋白质变性、淀粉糊化、脂肪的挥发起着及其重要的作用，控制料温是保证膨化产品质量的关键(文东辉、徐克非、郝文杰等，1999)。模口压力对生产效率、产品质量和系统稳定性有着重要的影响。在挤压食品过程中这些变量是否被控制在给定值附近，将直接影响挤压食品的质量。其控制精度越高，食品的质量就越有保障。所以实现对温度和压力实时采集与控制，对挤压食品的质量有着重要的意义。

  在这个系统中，反映炉温的热电偶电势经冷端补偿放大成1~10 V的标准信号，再经A/D转换电路之后进入单片机，单片机依据输入的各种命令进行智能算法得到控制量输出脉冲触发信号，通过过零触发电路驱动双向可控硅，单片机通过I/O口改变控制脉冲宽度，也即改变了可控硅在一个固定控制周期Tc内的导通时间，这样电阻炉的温度就随着电阻炉的平均输入功率改变而变化，也即达到了控温目的。另外，此智能控制器还包括与上位机的通讯接口，故障检验测试电路，多个方面数据显示电路等。