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基于Freescale-HCS12系列单片机的结晶器振动控制——振动波形发生.doc
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2023-07-10
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本文主要介绍了一种基于Freescale HCS12系列单片机的结晶器振动控制系统的实现,该系统主要用于现代钢铁企业的连铸工艺。结晶器在连铸过程中起着至关重要的作用,其振动控制直接影响到板坯的质量。传统的振动控制方法可能无法满足现代生产中的精确要求,因此,本设计采用了先进的电液伺服振动装置,能够生成多种振动波形,包括正弦波、非正弦波、方波、三角波和锯齿波。 Freescale HCS12系列单片机是设计的核心,它具有强大的处理能力和丰富的外设接口,适合作为这种复杂控制系统的控制器。通过双缓冲D/A转换电路,单片机能够生成连续平滑的波形,确保了振动的精确性。双缓冲技术可以避免数据传输过程中的中断,保证波形的连续性,这对于振动控制至关重要。 在实际应用中,结晶器的振动模式需要根据生产需求实时调整。本设计允许在线修改振动参数,提高了生产过程的灵活性。通过实时显示振动波形,操作人员可以直观地监控设备状态,及时调整控制策略,优化生产效果。此外,高度的自动化程度降低了人工干预,提升了生产效率和产品质量。 正弦波的产生是设计的重点,因为正弦波形的振动通常能够提供较好的均匀拉伸效果,有助于改善板坯的内部结构。在设计过程中,对正弦波的生成和调试进行了深入研究,确保了振动控制的精度和稳定性。通过调试,可以微调振动频率、振幅等参数,以适应不同材质和厚度的板坯铸造。 基于Freescale HCS12系列单片机的结晶器振动控制系统,结合电液伺服振动装置和双缓冲D/A转换技术,实现了高效、灵活、精确的振动控制,对于提升连铸工艺的品质和效率具有显著意义。这一设计不仅适用于钢铁行业,还为其他需要精密振动控制的领域提供了参考和借鉴。
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内蒙古科技大学毕业设计说明书(毕业论文)
基于 Freescale HCS12 系列单片机的结晶器振动控制
——振动波形发生
摘 要
在现代钢铁企业中,结晶器是连铸工艺的关键设备,为保证连铸生产的顺利进行,
需要通过一个控制装置使结晶器按一定的规律振动。目前,先进的连铸机结晶器主要采
用电液伺服振动装置,它可以方便地实现正弦波形和非正弦波形等多种振动规律、实时显
示振动波形、在线修改振动参数、自动化程度高,是连铸生产中提高板坯表面和内在质
量的先进技术。
本设计的控制系统以 Freescale HCS12 系列单片机为核心,通过双缓冲方式 D/A 转
换电路,可产生方波、三角波、锯齿波、正弦波以及非正弦波等多种波形,通过所产生
的波形可以对结晶器进行振动控制。本设计以正弦波的产生和调试为主,从而达到我们
预期的目的。
关键词:结晶器;振动控制系统;Freescale 单片机;正弦波;
内蒙古科技大学毕业设计说明书(毕业论文)
Series Vibration Control System Mold Based on the Freescale HCS12
MCU—— Mold Vibration Waveform Happen
Abstract
In the modern enterprises of the iron and steel, mold is the key equipment of the
continuous casting process, in order to ensure the smooth progress of production, through a
control device makes mold according to the definit law of vibration. At present, the advanced
mold continuous casting machines mainly use the device of the electro-hydraulic servo
vibration, it can easily achieve sine wave-shaped and non-sinusoidal waveform vibration,
show the vibration waveform in real time, on-line modify the vibration parameters,improve
the degree of automation, even is the advanced technology with improving the surface and
internal quality of billet in the production of the continuous casting.
The control system of the design is by way of the core with the Freescale HCS12 MCU,
through the double buffer mode D / A conversion circuit ,can generate square wave, triangle
wave, sawtooth, sine wave, as well as various non-sinusoidal waveforms, and through
generated waveform can be to vibration control for mold. The design with the generation and
debugging of the sine wave is mainly in order to achieve our desired objective.
Key words: mold; vibration control systems; Freescale microcontroller; sine wave;
内蒙古科技大学毕业设计说明书(毕业论文)
目 录
摘 要...........................................................................................................................................I
Abstract........................................................................................................................................II
第一章 绪论 ................................................................................................................................1
1.1 结晶器的发展背景.......................................................................................................1
1.2 研究的目的与意义.......................................................................................................2
1.2.1 研究目的............................................................................................................2
1.2.2 研究意义............................................................................................................2
第二章 结晶器简介....................................................................................................................3
2.1 结晶器的功能...............................................................................................................3
2.2 结晶器的结构...............................................................................................................3
2.3 结晶器振动规律的发展...............................................................................................4
2.4 结晶器的振动方式.......................................................................................................5
第三章 结晶器总体系统设计....................................................................................................8
3.1 设计思路.......................................................................................................................8
3.1.1 设计方案选择....................................................................................................8
3.1.2 总体系统框图....................................................................................................9
3.2 硬件设计.......................................................................................................................9
3.2.1 整体电路设计....................................................................................................9
3.2.2 嵌入式系统与 Freescale 单片机.....................................................................10
3.2.2.1 嵌入式系统介绍....................................................................................10
3.2.2.2 Freescale 单片机的发展........................................................................11
3.2.3 Freescale HCS 系列单片机简介......................................................................12
内蒙古科技大学毕业设计说明书(毕业论文)
3.2.3.1 Freescale HCS 系列单片机家族介绍...................................................12
3.2.3.2 MC9S12DG128 内部介绍 ....................................................................13
3.2.3.3MC9S12DG128 引脚介绍 .....................................................................14
3.2.3.4MC9S12DG128 外围电路介绍 .............................................................17
3.2.4 D/A 转换器 AD5660 ........................................................................................19
3.2.5 单片机串口通信..............................................................................................24
3.2.5.1RS—232 介绍.........................................................................................24
3.2.5.2MAX202E 芯片介绍..............................................................................26
3.3 软件设计.....................................................................................................................27
3.3.1 定时器中断程序模块......................................................................................28
3.3.2 D/A 转换子程序模块.......................................................................................30
3.3.3 正弦波子程序模块..........................................................................................32
3.3.4 主函数 Main 模块 ...........................................................................................33
3.3.5 系统调试..........................................................................................................34
3.3.5.1 硬件调试................................................................................................35
3.3.5.2 软件调试................................................................................................35
第四章 结论..............................................................................................................................36
参考文献....................................................................................................................................37
附录 1:设计源程序.................................................................................................................39
附录 2:电路原理图.................................................................................................................45
致谢 ............................................................................................................................................46
………………………………………………………………………………………………
内蒙古科技大学毕业设计说明书(毕业论文)
第一章 绪论
1.1 结晶器的发展背景
回顾连续铸钢的发展历史,连续浇铸的生产方式首先是从有色金属开始的。
结晶器振动技术早期也只应用于有色金属的浇铸,由于没有弄清与结晶器振动的
关系,结晶器振动的概念也经历了各种变化。
在 1913 年瑞典人皮尔逊(A·H·Pehrson)曾提出结晶器应按照一定的振幅和
频率做往复运动的想法,但真正将这一想法付诸实施的却是德国人西格弗里德容
•汉斯(S·Junghans)。1933 年现代连铸的奠基人—德国的西格弗里德容•汉斯
(Siegflied Junghans)开发了结晶器振动装置,并成功地应用于有色金属的连铸。
1949 年 S•汉斯的合作者艾尔文•罗西(Irving Rossi)获得了容汉斯振动结晶器专
利的使用权,并在美国约阿•勒德隆钢公司(Allegheng Lundlum Steel Corporation)
从 Waterbliet 厂的一台连铸试验机上采用了振动结晶器。与此同时,容汉斯振动
结晶器又被用于西德曼内斯曼(Mannesmann)公司胡金(Huckingen)厂的一台连
续铸钢试验连铸机。容汉斯振动的结晶器在这两台连铸机上的成功应用,使其在
钢连铸中迅速得到了广泛应用。从此,结晶器振动便成了连铸机的标准操作。
在连铸结晶器振动技术的发展过程中,相继出现了同步振动、负滑动振动、
正弦振动、非正弦振动等多种振动方式。但迄今为止,工业中广泛使用的仍然是
用直流电机或交流变频电机通过偏心凸轮驱动双摇杆机构实现结晶器正弦振动。
这主要是因为用偏心凸轮实现正弦波振动波形精确,而且加工容易;同时,正弦
波振动与铸坯拉速没有严格要求,即不像同步振动那样,要求结晶器下降速度与
铸坯同步,上升比拉速大三倍;也不像负滑动振动那样,结晶器上、下振动与铸
坯拉速有较严格的关系。而且,正弦振动的结晶器速度和加速度分别按正弦和余
弦规律变化,在上、下死点速度变化瞬间,冲击力不会过大,速度变化较平稳。
因此,近年来在板坯和方坯连铸机上得到了广泛应用。随着连铸和直接轧制的发
展,不仅要求铸坯质量提高,而且还要求提高铸造速度。但在高速铸造时,结晶
器和铸坯之间的保护渣润滑性能降低,易出现漏钢。因此,保护渣成了限制振速
提高的关键问题。日本钢管中央研究所和福山研究所研究发现,采用上升时间比
下降时间长的非正弦振动可以解决上述问题。但是采用机械式振动不易实现非正
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