结晶器热电偶温度采集系统设计论文

1、.本科毕业设计说明（毕业论文）脱模预测热电偶温度数据采集系统设计摘要在连铸生产过程中，漏钢是一场灾难性的事故。它损坏设备，降低运转率，破坏生产组织的平衡。为了及时预测漏料，以便操作人员及时处理，最大限度地减少甚至防止泄漏，世界上许多国家和公司都投入了大量的时间和金钱来开发模具漏料预测系统。本文从连铸工艺的角度详细介绍了漏钢的原因和危害。突破预测系统模型得到进一步充分论证。建立了基于热电偶测温的脱模预测系统。设计了一种单片机与PC机之间的串行通信系统。以组态王为开发工具，设计了一个简单的监控界面，详细介绍了程序主要功能的实现。实现了MCU与组态王之间的实时动态数据交换。从而达到热电偶采集温度并致

2、给上位机监控的目的。关键词：突破；单片机；热电偶；组态王；数据采集脱模预测热电偶温度数据采集系统设计摘 要在连铸过程中，漏钢是一场灾难性的事故。损坏设备，降低开工率，破坏生产平衡。为了及时预测断头，使操作人员能够及时处理，最大限度地减少甚至防止断头，世界上许多国家和公司都投入了大量的时间、资金来研发模具断头预测系统。本文从连铸过程中分析了漏钢的原因、危害。突破预测方案作进一步论证。建立了基于热电偶测温原理的脱模预测系统。用组态王设计单片机和PC机串口通讯系统，为开发工具，设计了一个简单的监控界面，详细介绍了程序主要功能的实现。实现了单片机与单片机之间的实时动态数据交换。从而实现对热电偶温度的采

3、集，并致到上位机进行监控。关键词：漏钢；单片机；热电偶；配置;数据采集目录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc327381355 摘要 PAGEREF _Toc327381355 h 我 HYPERLINK l _Toc327381356 摘要 PAGEREF _Toc327381356 h 二 HYPERLINK l _Toc327381357 第 1 章 引言 PAGEREF _Toc327381357 h 1 HYPERLINK l _Toc327381358 1.1连铸技术介绍 PAGEREF _Toc327381358 h 1 HYPERLINK l _T

4、oc327381359 1.2断钢原因分析 PAGEREF _Toc327381359 h 1 HYPERLINK l _Toc327381360 1.3常见突破的几种形式及危害 PAGEREF _Toc327381360 h 4 HYPERLINK l _Toc327381361 1.3.1开铸突破 PAGEREF _Toc327381361 h 5 HYPERLINK l _Toc327381362 1.3.2暂停突破 PAGEREF _Toc327381362 h 5 HYPERLINK l _Toc327381363 1.3.3裂缝突破 PAGEREF _Toc327381363 h

5、5 HYPERLINK l _Toc327381364 1.3.4突围中涉及的异物 PAGEREF _Toc327381364 h 7 HYPERLINK l _Toc327381365 1.3.5夹渣漏钢 PAGEREF _Toc327381365 h 9 HYPERLINK l _Toc327381366 1.4减少突破的一般措施 PAGEREF _Toc327381366 h 13 HYPERLINK l _Toc327381367 第2章常见突破预测系统模型分析 PAGEREF _Toc327381367 h 15 HYPERLINK l _Toc327381368 2.1热电偶测温预

6、测漏电预测、检测及工作原理 PAGEREF _Toc327381368 h 15 HYPERLINK l _Toc327381369 2.1.1突破预测原理 PAGEREF _Toc327381369 h 15 HYPERLINK l _Toc327381370 2.1.2粘钢的检测及操作原理 PAGEREF _Toc327381370 h 15 HYPERLINK l _Toc327381371 2.2基于结晶器热流分析的预测方法 PAGEREF _Toc327381371 h 17 HYPERLINK l _Toc327381372 2.3摩擦力测量方法 PAGEREF _Toc32738

7、1372 h 18 HYPERLINK l _Toc327381373 第 3 章 热电偶数据采集系统的设计用于突破预测 PAGEREF _Toc327381373 h 20 HYPERLINK l _Toc327381374 3.1仪器选择 PAGEREF _Toc327381374 h 20 HYPERLINK l _Toc327381375 3.2热电偶的合理埋设方法 PAGEREF _Toc327381375 h 25 HYPERLINK l _Toc327381376 3.3基于微控制器的温度采集系统 PAGEREF _Toc327381376 h 27 HYPERLINK l _T

8、oc327381377 第四章 数据采集系统监控界面设计 PAGEREF _Toc327381377 h 30 HYPERLINK l _Toc327381378 4.1基于组态王 PAGEREF _Toc327381378 h 30的监控画面 HYPERLINK l _Toc327381379 4.2 MCU与组态王 PAGEREF _Toc327381379 h 33的通信 HYPERLINK l _Toc327381380 总结 PAGEREF _Toc327381380 h 42 HYPERLINK l _Toc327381381 参考文献 PAGEREF _Toc327381381

9、h 43 HYPERLINK l _Toc327381382 附录A ： PAGEREF _Toc327381382 h 45 HYPERLINK l _Toc327381383 附录B : PAGEREF _Toc327381383 h 46 HYPERLINK l _Toc327381384 至 PAGEREF _Toc327381384 h 58第一章介绍1.1连铸技术简介连铸技术，简称连铸，是钢水连续通过水冷结晶器，凝固成硬壳，并从结晶器下方的出料口连续拉出的铸造工艺。如图 1.1 所示。连铸具有流程短、金属收率高、能耗低、铸件质量好、品种多、生产过程机械化、自动化程度高等优点。它的应

10、用彻底改变了铸造车间的生产流程和物流控制。连续化、自动化、信息化技术的应用为大幅度改善环境、提高产品质量提供了条件1 。图1.1 连铸全过程1.2 断钢原因分析在灾难连铸生产过程中，如果结晶器内形成的凝固壳由于某种原因发生破裂，在铸坯断面拉出结晶器前，裂纹无法重新凝固愈合，结晶器和模具会发生。板坯中未凝固的钢水突然泄漏的事故称为漏钢。(1)钢水的成分和温度当钢水中碳含量在0.08%0.16%之间时，属于包晶钢。钢水凝固过程中发生包晶反应-，该过程热收缩剧烈，并伴有较大的体积收缩和相变应力。如果在这种围护结构内浇注，板坯对裂缝的敏感性强，容易造成渗漏，即裂缝渗漏。如今，CSP 生产线在钢种设计和

11、后续钢种开发中避免了包晶区。当钢水中w S的含量增加时，钢的热塑性不断降低，同时形成低熔点的FeS，热脆化易导致裂纹爆裂。但当钢水wMn含量增加时，其热延性不断提高，高热延性有利于减少裂纹的发生。线形分布在奥氏体中，可提高钢的塑性。此外，当w Mn/ w S比值增大时，其热延展性也逐渐增大。根据经验，当w Mn/ w S 60时，裂纹的发生率较低，由于裂纹断裂的几率也降低了。钢水温度是整个浇注过程中的一个重要因素。钢水过热度高，结晶器凝固时热流高，初壳相对薄弱。当模具被拉出时，它不能抵抗钢水。在静压的作用下，会在薄弱处断裂，导致突破；反之，钢水过热度低，钢水粘稠，易架桥。(2)牵引速度众所周知

12、，薄板坯生产具有铸坯厚度薄、拉拔速度快的特点。在其他连铸工艺条件不变的情况下，提高提拉速度，缩短钢水在结晶器内的停留时间，减少单位重量钢水带走的潜热，使凝固体的厚度增加。壳减少，模具热流增加。随着纵向裂纹发生率的增加，裂纹爆发的概率也随之增加。另外，提拉速度提高时，模渣下渣量减少，渣膜变薄不均匀，易发生局部粘结，造成粘结断裂。(3)成型渣由于薄板坯连铸具有板坯较薄、拉制速度快、结晶器空间窄等特点，要求连铸用保护渣液渣层厚度足够稳定、传热控制能力强、吸收夹杂物的能力。 .，对于那些对裂纹不太敏感的钢种，人们通常使用传热较好、碱度B1.0的炉渣；对于钢种，使用低热通量和碱度B 1.0的炉渣。同时，

13、根据不同的铜板厚度，使用不同热流密度的保护渣，即如果铜板厚度较薄（厚度小于18mm），则使用热流较低的保护渣；如果铜板厚度较厚（厚度大于18mm），则热通量较高，渣。(4)液位波动薄板坯连铸由于通过钢量大，熔池小，液位波动较大，波高一般在20-25毫米左右。较大的波高对铸坯初始凝固条件的均匀性产生不利影响，同时阻止液态熔渣均匀地流入铸坯与结晶器的间隙中，导致润滑不良和形成气隙，导致传热不均匀并形成裂纹。(5)喷嘴的裂纹或穿孔（SEN）和喷嘴的形状当水口因钢水冲刷或其他原因出现裂纹或孔洞时，可见模具表面翻转剧烈，模具液面波动较大，极易造成漏渣。如图1.2 （a）所示，图片为 2006 年 4 月

14、因水口穿孔而发生的一次钢爆破。浸入式水口内钢水射流的冲击和扰动是影响结晶器熔池液位波动的主要因素，稳定的熔池液对于薄板坯连铸的高速铸造过程尤为重要。爆破等生产事故与剧烈的熔池液位波动密切相关。因此，我们于2006年10月至2006年12月在连铸机上进行了高通量四孔浸没式水口的工业试验，并于2007年2月开始批量使用。四孔喷嘴与旧喷嘴不同。旧水口出钢量为3.5t/min，新水口出钢量为3.8t/min（浇注断面1500mm 72mm，提拉速度4.54.6m/min）。此外，我们对高通量水口试验中熔池液位波动的测量数据进行了统计分析，其中中碳钢和低碳钢的铸造断面分别为1540mm72mm和1310

15、mm 72mm，数据采集时间为几个小时。与原来的喷嘴相比，使用高通量喷嘴的熔池液位稳定性显着提高，主要表现1 mm为大于的波动大大减小，小于的波动1 mm相应增大。 1.0mm%，而原来的喷嘴在50%到图1.2a(6)铜板表面质量当铜板表面出现较大的划痕、裂纹或变形时，可能会导致保护渣流入不均匀，渣层厚度会发生变化，导致润滑性和耐热性变差。模具熔剂的转移能力，导致粘附或“渗出”。类型突破。如图1.2 （b）所示，铜板弯月面处有很多裂纹，导致铜板传热不良造成漏钢。图1.2 (b)铜板表面质量图(7)设备问题如果格栅和扇形托辊错位，长时间未更换，或润滑油注入不足，死辊会增加拉拔阻力，也会导致拉拔泄

16、漏。(8)流程与操作换袋时，要求操作人员保证换袋迅速，大袋不含渣，因为在浇注过程中，中袋钢水保持在60t左右。正常换袋时，中袋一般为45t。结果，中间包液位低（约30 t），当开一新钢水包时，中间包内的熔渣会随着钢流的涌入而卷入水口区域，进入模具，导致熔渣漏出。 .同时，模渣应少加多加；挑渣时，要慢而轻。常见突破的危害漏钢是连铸生产中最严重的事故之一，漏钢造成的直接经济损失对生产组织的有序性影响巨大。因此，降低漏钢频率成为连铸技术人员关注的重点之一。冶金工作者通过借鉴以往的大量破模经验，结合数学模型，形成了一套基于各种原理的破模预测体系。经过不断改进，目前的漏钢预测系统已广泛应用于连铸生产2-

17、3 。在连铸生产过程中，漏钢不仅会影响连铸生产，增加维修量和维修成本，还会损坏机械设备。常见的断口形式有：露天断口、悬空断口、裂纹断口、熔渣断口、切割断口和粘合断口。1.3.1露天突破开铸脱模是指铸锭头一从模具下口拉出即脱模。主要原因是：堵锭头时，冷料加入过多或过少，杂质或油污过多，锭头与模具壁之间的缝隙堵得不严密，出线时间短，钢流量过大，冷料分散等；设备原因包括模具与扇形之间的弧度不准确等，很容易产生开铸漏钢4 。1.3.2悬挂突破模具一次壳与模具铜板的型腔或角缝部分挂接，或因钢材原因造成壳体与模具上沿的挂接造成断钢。通常，吊钢的断线是由于模具角缝过大和模具铜板型腔表面变形造成的。1.3.3

18、裂缝突破(1)裂纹形成机理在模具中产生坯料表面的纵向裂纹。由于热流分布不均匀，坯壳的生长厚度不均匀，薄壳内出现应力集中。静压随着坯壳向下运动而线性增加，静压使坯壳向外凸出，表面裂纹进一步扩大，导致纵向裂纹爆发。（2）裂纹和漏钢的原因影响连铸板坯表面裂纹的形成和发展的因素有很多。这些影响一般可以分为三个因素：化学成分、工艺和设备。1）钢水中的硫对铸坯表面的横向和纵向裂纹影响很大，铌、钒、钛、铬、镍、钴等合金元素对铸坯表面的裂纹影响很大。板的角落裂缝。2) 连铸机拉速、连铸温度、板坯断面尺寸、结晶器冷却、保护渣、二冷配置、浸入式水口设计、插入深度、液位波动和铸流单轧或不规则轧等工艺条件对钢坯表面裂

19、纹的影响。3）模具渣线附近镀层脱落或模具铜板水冷槽内有异物，模具冷却水流量波动大，使模具铜板冷却水冷过程中不均匀。 , 坯壳间产生应力，薄处产生裂纹或振痕槽处产生裂纹，脱模后产生纵向裂纹。（3）开裂钢坯壳的特点由连铸机 沿 板坯 的 纵向1.3.1.通过纵向裂纹爆发位置分析，裂纹多发生在宽面中心线左右1/4区域，即距弯月面100100150mm宽度为5mm 2min，每次变化的幅度= 0.2m/min，避免模具钢水液位出现较大波动。4）针对不同的钢种和断面选择不同的浸入式水口和模渣，保证模具的热流和合理的渣层结构。5）适当调整模具宽面和中镶件的水量，加大两边圆弧的锥度，增加两边圆弧的热流，保证

20、角壳均匀凝固。6）配合中间包连续测温，加强中间包温度调节，降低中间包钢水过热度。7）优化双浇段匹配，改进二冷水嘴布置，脚辊区采用喷水冷却，保证脚辊开口和板坯冷却均匀。1.3.4涉及突破的异物(1)异物卷入爆破的原因1）中间包耐火材料剥落，脱模粉形成渣条，夹杂大颗粒氧化物（主要是Al 2 O 3 ）是异物卷入的直接原因。2）浸入式水口的角度、结晶器液面的波动幅度和连铸坯的轧制形式对异物的卷入影响很大。(2)外来物爆破的机理流出的钢水直接撞击窄面，分为上流和下流，即铸流在结晶器内滚动。吐出孔冲出，撞到窄面，被下流带到熔池深处，会形成一些夹杂物；在窄面坯壳下形成皮下夹杂物，使异物包埋在坯壳表面。由于

21、异物的导热系数和凝固系数与钢水不同，异物与坯壳的温差大，产生较大的热应力，产生异物和坯壳。周围产生裂纹，影响坯壳的均匀生长，造成局部坯壳过薄。坯壳出模后，如果坯壳的厚度不足以抵抗钢水的静压，就会发生爆钢事故。(3)破坯坯壳内卷入异物特征脱壳70mm后脱壳部位一般可以看到明显的结渣，清理外壳后有明显的不规则孔（ 50mm铬； tltcr （代表温度变化率） ；2）温度变化的顺序应从左到右到左或从右到左到右交替。3）热电偶正常工作时，到最近相邻热电偶温度变化的时间t2 =（l0 -2l）/（0.7V拉速.ctga）或/（0.7V拉2l速.ctga）（l是可变的，且0ll0)交替，t的间隔为0 t2

22、 1.2% / m ） ，会增加模具铜管与坯壳之间的摩擦力。当阻力超过钢坯拉力和钢水静压时，就会引起断头；反锥度太小（ 粘钢检验值，T-宽面=TC-检验值-TC-M（公式1）其中：T-宽脸：宽脸温差TC - 检查值：检查点的热电偶温度TC-M：半月板温度TS-M钢棒偏差极限，TS-M=TC-M(now)-TC-M(before)/time(now)-time(before)(公式2)其中： TS-M：弯月面温度梯度TC-M（现在）：弯月面热电偶实际温度TC-M（以前）：弯液面热电偶上次检测到的温度如果弯月面以下的热电偶满足以上两个条件，则标记为“bonded steel ON”，每个宽2.1.

23、1面粘钢检测原理每个宽“粘钢柜台”都会增加。如果宽面上“Stick ON”热电偶的总和 = Stick Predictive Count Limit，将生成一个 Stick 警报。粘钢报警计数限值和粘钢报警计数限值由工艺工程师在屏幕上手动设置。一、窄面粘钢检测原理窄面粘钢检测原理与宽面检测原理类似，只是前三行与其他行进行温度比较。前三行的功能与宽曲面算法中的弯月面功能相同。比较每列前三行热点偶的温度值Y，然后看是否存在与粘钢特性相反的温升，如下图2.1.2所示。图2.1.2窄面粘钢检测原理T-窄面 10, T-窄面=TC-Y-TC-X（公式3其中：T-窄面：窄面温差TC-Y：热电偶 Y 温度T

24、C-X：热电偶 X 温度TS-窄面粘结钢偏差极限，TS-窄面=TC-X(now)-TC-X(previous)/time(now)-time(previous)(公式4)其中 TS-Narrow face：窄面温度梯度TC-X（现在）：热电偶 X 实际温度每列 X 从 1 变化到 3，而 Y 从 X+1 变化到 X+6。如果同一列上的两个不相邻的热电偶满足上述条件。例如 (K=1, Y=3) (X=1, Y=4)2、局部热点检测及工作原理对于热电偶某点判断是否局部过热，应2.1.3如下图所示进行检查：图2.1.3局部热点检测原理TC-梯度(X,Y)(now)=TC-temperature(X,

25、Y)-TC-temperature(X,Y)(previous)/time(now-time(previous)(等式5)其中：TC-Temp(X,Y)（现在）：热电偶的实际温度 (X,Y)TC-Temp(X,Y) (previous): 热电偶 (X,Y) 在上一个循环中的温度对于两个连续的循环，当温度梯度大于突破偏差限制时，即（TC-gradient(X,Y)（现在）突破偏差限制），而（TC-gradient(X,Y)（之前）断线偏差限制），表示热电偶检测到热点，如果相邻的两个热电偶检测到热点，就会产生断线报警信号。2.2 基于结晶器热流分析的预测方法当坯壳爆裂或在模具部分形成表面缺陷时，

26、坯壳表面会形成热点，即坯壳温度较高且较薄，钢水留在模具中比正常的铸造要多。因此，发生断线时，结晶器铜板的热流比正常铸造时要少，如图2.2.1所示。结晶器通过冷却水带走热量，因此可以通过监控结晶器两侧的冷却水来进行监控。图2.2.1爆破时模具热流变化进出料温差可直接监测是否有断钢现象。但希普曼认为，应监测结晶器铜板的热流，并与该钢连铸生产的历史数据进行比较。基于没有破裂的最小外壳厚度，所需的总传热至关重要。当测得的热流低于临界值时，即可确定突破。该图显示了牵引速度与最小传热之间的关系。2.2.2拉丝2.2.2速度和最小流量早在 1950 年代就有关于这种方法的理论报道，但直到 1970 年，应用

27、热交换法分析和检测漏孔才成为现实。该预测方法在中型板坯连铸中具有一定的优势，但预测方法的准确性相对较低，在连铸领域主要用作辅助判据。2.3 摩擦力测量方法在结晶器的弯月面区，钢水进入结晶器后在强制冷却的作用下凝固收缩。随着结晶器的振动，熔融液态结晶渣进入型壳冷却收缩形成的气隙，从而形成结晶器铜板热面与结晶器结晶渣之间有两个接触面，结晶器炉渣和坯壳。当钢坯在拉矫直杆的作用下运动时，这两个接触面之间形成摩擦力，统称为型铜板。与坯壳的摩擦力13 。摩擦力的大小受保护渣性能、钢种、钢水纯度、拉速、模具倒锥度、模具振动等因素的影响。研究人员普遍认为，结晶器与坯壳之间的摩擦力对铸件的质量有着决定性的影响。

28、润滑不足引起的大摩擦力会导致坯料与模具之间产生强烈的粘连。使它们成为有凝聚力的焊缝。通过现场实际观察，发生粘结时，摩擦力突然增大，变得极不稳定，这是粘结的一个重要征兆，以此来判断断钢情况。基于人工智能和热成像的脱模预测系统是可行的。王旭东和Man等人在摩擦异常分析的基础上，研究开发了一种基于人工神经网络的摩擦异常分析软件。线下预测结果基本符合现场钢爆等异常记录，有一定的提前量。在突破预测方面显示出良好的应用前景。但该方法总体上仍处于探索阶段，尚未在连铸现场广泛应用，通过监测摩擦来预测爆破的报道也相对较少。主要原因是：摩擦力变化机理研究不完善；未能开发出实用的连续在线监测摩擦力的方法； 现有摩擦

29、检测方法监测到的摩擦变化信息有时会被隐藏；无法检测到模具零件的局部摩擦场。Elming曾经分析过摩擦法，指出这种方法的工况比较差，安装比较复杂。影响检测结果的因素有十几个，目前这种方法只适合作为其他预测方法的辅助判断14 。对比上述方案的实现，选择热电偶方式。第三章热电偶数据采集系统的漏损预测设计本文采用热点对采集温度系统，组态王作为监控屏，单片机采集温度，与PC机连接。其结构如下图 3.1 所示。图 3.1热电偶采集温度系统框图3.1 仪器选择1.热电偶本文使用热电偶型号：分度号：K/E 引线长度：1.5 米安装螺纹：M12*1.5 温度范围：0 -热电偶是一种温度传感元件，它将温度信号转换

30、成热电动势信号，并通过电气仪表将其转换成被测介质的温度。热电偶测温的基本原理是两个不同成分的同质导体形成一个闭合回路。当两端有温度梯度时，就会有电流流过环路。这时，两端之间就有一个塞贝克电动势热电动势。 ，这就是所谓的塞贝克效应。两种不同成分的均质导体为热电极，温度较高端为工作端，温度较低端为自由端，自由端通常处于恒温状态。根据热电动势与温度的函数关系，制作了热电偶分度表；分度表是0 在自由端温度为10000的条件下得到的，不同的热电偶有不同的分度表。当第三种金属材料连接到热电偶回路时，只要材料的两个结的温度相同，热电偶产生的热电势将保持不变，即不受第三种金属的影响。金属被连接到回路。因此，当

31、热电偶在测量温度时，可以连接测量仪表，通过测量热电动势就可以知道被测介质的温度。2.STC 5289C微控制器STC 89C52 是一款低压、高性能 CMOS 8 位微处理器，具有 4K 字节的闪存可编程和可擦除只读存储器（FPEROM 闪存可编程和可擦除只读存储器）。 STC 的 STC 89C52 是一款高效微控制器，由于将多功能 8 位 CPU 和闪存组合在一个芯片中，引脚3.1.1如图所示。（一）主要特点与 MCS-51 兼容4K字节可编程闪存使用寿命：1000 次写入/擦除周期数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz 三级程序内存锁128*8位内存32 条可编程 I/O 线

32、两个 16 位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗空闲和掉电模式 片上振荡器和时钟电路(2) 引脚说明：VCC：电源电压。GND：接地。P0 口：P0 口为 8 位开漏双向 I/O 口，每个引脚可吸收 8TTL 栅极电流。当端口 P1 的管脚第一次写 1 时，定义为高阻输入。 P0 可用作外部程序数据存储器，可定义为数据/地址的第 8 位。在 FIASH 编程中，P0 端口用作原始代码输入端口。 FIASH 验证时，P0 输出原始码。这时P0的外部必须拉高。P1 端口：P1 端口是一个 8 位双向 I/O 端口，提供上拉电阻。 P1端口缓冲器可以接收和输出4TTL栅极电流。 P1端口引

33、脚写1后上拉高电平，可作为输入使用。当P1端口被外部拉低到低电平时，它会输出电流，这是由于该部分的上拉。在 FLASH 编程和验证过程中，接收 P1 端口作为第八个地址。P2 端口：P2 端口是一个带有上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。 P2 端口缓冲器可以接收和输出 4 个 TTL 栅极电流。当 P2 端口写“”1”时，其引脚被上拉电阻上拉。拉高，并用作输入。因此，当用作输入时，端口 P2 的引脚被外部拉低并输出电流。这是由于外部上拉，P2端口用于外部程序存储器或16位地址外部数据访问存储器时，P2端口输出地址的高8位。当给定地址时1”，它利用部分上拉的. 读写外部八位地址数据存储器时,

34、 P2口输出特殊功能寄存器. 内容. P2口在P3口：P3口引脚为8个双向I/O口，带上拉电阻，可接收和输出4路TTL门极电流。当 P3 端口写入 1”时，它们被上拉为高电平并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，因此 P3 端口将输出电流（ILLP3口也可以作为89CAT 52的一些特殊功能口使用。P3.0 RXD（串行输入端口）P3.1 TXD（串行输出端口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（定时器 0 外部输入）P3.5 T1（定时器1的外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）端口 3

35、 同时接收一些用于 flash 编程和编程验证的控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，将 RST 引脚保持高电平两个机器周期。ALE/PROG：地址锁存使能输出电平用于在访问外部存储器时锁存地址的状态字节。在 FLASH 编程期间，该引脚用于输入编程脉冲。正常情况下，ALE 端输出一个频率周期恒定的正脉冲信号，为振荡器频率的 1/6。因此它可以用作外部输出的脉冲或用于定时目的。但请注意，当用作外部数据存储器时，将跳过 ALE 脉冲。要禁用 ALE 的输出，请将 SFR8EH 地址设置为 0。此时ALE只在执行MOVX时有效，MOVC指令为ALE。此外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在

36、外部执行状态 ALE 禁用，则设置无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在从外部程序存储器取指期间，/PSEN 每个机器周期有效两次。但是在访问外部数据存储器时，这两个有效的/PSEN 信号不会出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），无论是否有程序存储器。注意当加密模式为1时，/EA会被锁定为RESET；当 /EA 端保持高电平时，程序存储器将存储在这里。在 FLASH 编程期间，该引脚也用于施加 12V 编程电源 (VPP)。XTAL1：反向振荡放大器的输入，部分时钟工作电路的输入。XTAL2：反相振荡器的输出。(3) 振荡器特性：

37、XTAL1 和 XTAL2 分别是反相放大器的输入和输出。反相放大器可以配置为芯片振荡器。石晶振和瓷振都可以。如果使用外部时钟源驱动器件，则不应连接 XTAL2。输入到外部时钟信号的剩余部分要经过一个2分频触发器，所以对外部时钟信号的脉冲宽度没有要求，但是脉冲的高低电平要求的宽度必须得到保证。(4) 芯片擦除：整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可以通过正确组合控制信号并将 ALE 引脚保持低电平 10 毫秒来完成。在芯片擦除操作中，代码阵列被“全部写入” 1”图3.1.1STC 89C52 MCU 引脚此外，stc 89C52 具有稳态逻辑，在低到零频率下可以是静态逻辑，并支持两种软件

38、可选择的掉电模式。在空闲模式下，CPU 停止工作。但 RAM、定时器、计数器、串行端口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，RAM 容量被保存，振荡器被冻结，其他使用的芯片功能被禁用，直到下一次硬件复位。其引脚如图 2.5 所示。3.max6675本文选用芯片型号：MAX6675ISA 封装：SOP-8 批号：2011+MAX6675是一款复杂的热电偶数字转换器，内置12位模数转换器模数转换器(ADC)。 MAX6675还包含用于检测和校正的冷端补偿、数字控制器以及与相关控制逻辑的SPI兼容接口。Maxim新推出的MAX6675是一款集成热电偶放大器。冷端补偿。用于热电偶放大器和数字化仪的 A/

39、D转换器和 SPI 串行。 MAX6675的主要特点如下1.简单的SPI串口温度值输出2.0温度测量范围3.芯片冷端补偿4.高阻抗差分输入5 、热电偶断线检测6 、单5V电源电压7.低功耗8.工作温度范围-209. 2000V ESD信号该器件采用 8 引脚 SO 贴片封装。引脚排列3.1.2如图所示，图3.1.2max6675管脚图(1)温度变化MAX6675 器件具有信号调理放大器，可将热电偶信号转换为与 ADC 输入通道兼容的电压。 T、T-输入端接低噪声放大器A1，保证检测输入的高精度，同时热电偶接导线和干扰源。隔离。热电偶输出的热电势经低噪声放大器A1放大，再经电压跟随器A2缓冲后送

40、至ADC的输入端。在将温度电压值转换为等效温度值之前，需要对热电偶冷端的温度进行补偿，即0MAX6675周围温度与实际参考值的差值。对于K型热电偶，电压变化率为41V/ ，电压可近似为线性公式Vout=(41V/ )(tR-tAMB)。上式中，Vout为热电偶输出电压（mV），tR为测量点温度； tAMB 是环境温度。 (2)冷端补偿热电偶的作用是检测热量。冷端的温差，热电偶热端的温度可以0左右变化。1023.75冷端是安装MAX6675的电路板周围的温度，具体温度变化范围-20为 85。当冷端温度发生波动时，MAX6675仍能准确检测热端温度变化。 (3)热补偿在测温应用中，芯片的自发热会降

41、低MAX6675的测温精度，误差的大小取决于(4)提高测量精度热电偶系统的测量精度可以通过以下预防措施来提高： 尽量使用不能从测量区域散热的大截面导线； 如果必须使用小截面导线，只能在测量区域使用。并在无温度变化率的区域使用延长线； 避免能量张拉线材的机械挤压和振动； 热电偶距离较远时，应采用双绞线作为热电偶连接； 在额定温度避免温度急剧变化； 在恶劣环境下，使用合适的保护套来保证热电偶引线； 仅在低温和变化率小的区域使用延长线； 保持热电偶记录和连续记录电阻的事件。3.2 热电偶的合理埋设方式将热电偶埋在模具上，即热电偶测温距离是否与发生内聚爆破时壳体破裂的传播速度相匹配，对于预报系统的及时

42、报警具有重要意义。1 裂缝扩展速度模型设连铸机当前拉速为V c ，断壳线横向扩张速度为V x ，断壳线下落速度为V z ，下落速度V z与牵引速度V c为a（经验值为0.550.90） ，其中V x =aV c ；嵌入模具铜板上的热电偶横向间距为W x ，纵向间距为W z 。其示意图如图3.2.1所示。图3.2.1粘结裂纹扩展示意图一个测温区间内壳破裂线横向和纵向膨胀的时间分别为t x和t z ，则横向传播时间t x = W x tan /a V c = W x / V x （公式 1）纵向传播时间t z = W z / V c = W z / V z （公式 2）。, b 为壳体破裂线与水平

43、线的夹角。 b 的值有两种计算方法。一种是从残留在模具中的壳的破裂部分获得的测量值。取值为30 1.6m50 ；另一种方法是使用实验值t x和t z从方程 (1) 和 (2)求解V x和V z ，从以下方程b=tan -1 ( V z /V x ) = tan -1 (W ztx / W xtz ) (公式3) 计算b值，大约为20 45。例如，当模具铜板上热电偶的横向间距为 W x = 200mm，纵向间距为 W z =100mm时，计算内聚爆裂裂纹的横向和纵向传播时间之差。此时，间距横向传播的时间t x = 200tanb/a V c ，间距 纵向传播的时间t Z = 100 tanb/a

44、 V c ，当30 100 ，所以总有t x t Z 。这说明根据热电偶的埋设方式，粘结时，断裂预测系统总是首先检测粘结断裂线在纵向上的扩展。数据分析结果表明，这一理论结论与实际预测系统的检测结果是一致的。2、热电偶埋地法，水平和垂直同时测温以往的连铸漏钢逻辑预报系统，预报过程是热电偶纵向测温报警，水平方向同一组热电偶的温度信号不识别，即当上排热电偶报警。 ，并立即检测同组下排热电偶的温度。这种测温方法实际上忽略了横向裂纹扩展检测。为提高系统报警的准确性，应同时检测水平方向热电偶的温度信号进行报警，以防止漏报或误报的发生。为了充分利用双向温度检测并尽快报警，热电偶的横向和纵向间距应安排得使裂纹

45、在两个方向上扩展一个间距的时间大致相等。 ，即t x = t Z 。根据公式（1）和（2），有关系：W x =W x tanb (3)模具热电偶横向间距W x = 100mm，纵向间距可由上式（3）计算（取50 b 70）。根据结构的需要，取Wz 200mm= 。3.3 基于单片机的温度采集系统3.3.1硬件设计使用单片机采集温度更容易驱动max6675。 C语言比较成熟，移植性好。另一方面，单片机与组态王之间的通信也具有很好的实用性。本文采用单片机采集温度，从而通过串口向上位机致数据，达到监控的目的。单片机温度采集系统原理如下图所示3.3.1。图3.3.1单片机温度采集系统示意图3.3.2软

46、件设计MAX6675的输出数据为16位，其中D15始终无用，始终为零，D14D3对应热电偶模拟输入电压的数字转换，D2用于检测热电偶是否断开（D2为1表示热电偶断开。），D1为MAX6675的标识符，D0为三态。转换结果与对应的温度值有很好的线性关系：温度值=1023.75转换十进制数/4096。温度信号读取程序如下所示。程序中定义的 ADH 和 ADL 分别对应转换后数据的高 4 位和低 8 位。程序中还有一个扫描D2位的子程序。如果为1，则flag标志置1，并返回相应的错误码，表明哪条路径坏了。这降低了热电偶维护的难度。具体采样和AD转换源码程序如下：uint Read_6675()uch

47、ar i=0;单位温度=0；浮动 dat6675=0；单位缓冲区；/初始化接口CS=1；SCK=0；delay_us(10);/CS=0;delay_us(10);/获取16位数据对于(i=0;i16;i+)SCK=1；温度=温度1；如果（SO=1）温度=温度|0 x01；SCK=0；delay_us(10);CS=1；/取出12位温度数据温度=温度4；dat6675=温度；/buf=dat6675；返回缓冲区；第四章数据采集系统监控界面设计4.1 基于组态王的监控画面一、组态王简介组态王软件是一款通用的工业监控软件。它集过程控制设计、现场操作和工厂资源管理于一体。优化管理。它基于Micros

48、oft Windows XP/NT/2000操作系统，用户可以实时获取企业网络各个层次和位置的系统信息。使用组态王软件开发工业监控项目，可以大大增强用户的生产控制能力，提高工厂的生产力和效率，提高产品质量，降低成本和原材料消耗。适用于单台设备的生产运营管理和故障诊断，适用于分布式网络结构的大型集中监控管理系统的开发。2.登录界面在组态王系统中，为了保证操作系统的安全运行，在屏幕上设置图形对象。图 4.1 脱模预测系统登录界面示意图访问权限，同时为操作员分配访问优先级和安全区域。只有当操作员的优先级大于对象的优先级并且操作员的安全区域在对象的安全区域内时才能访问，否则不能在屏幕上访问。图形对象。

49、用户登录界面是专门设置来区分用户权限的。只有管理员登录后，才能对系统中的参数、按钮等进行修改和查看。本文只设置一个账户，如下图4.1所示。3.监控主界面主监控界面是操作人员操作和观察的主界面。该界面显示所有热电偶的当前温度实时数据。同时，操作者还可以按不同的按键进行实时曲线、历史曲线、报警画面与报警画面的切换，更直观的查看是否有漏钢现象。报警。以便及时采取有效措施减少损失。主屏幕如下图 4.2 所示。图 4.2 脱模预测系统主监控画面4.实时曲线实时曲线与实时数据是一一对应的关系，实时曲线是专门设置的，方便操作者观察。本文展示的实时曲线如下图4.3所示。图 4.3 脱模预测系统实时曲线监控画面

50、5. 历史曲线以Active X控件的形式提供了从组态王数据库中的数据绘制历史曲线和从ODBC数据库中绘制数据的工具。通过该控件，不仅可以实现历史曲线的绘制，还可以实现对ODBC数据库中数据记录的曲线绘制，并且在运行状态下，在线动态增/减/隐藏曲线，无级缩放曲线图和动态比较、曲线打印等功能。曲线控制最多可绘制16条曲线。历史曲线监控画面如下图 4.4 所示。图 4.4 历史数据监控界面6.报警画面为了确保工业现场的安全生产，警报和事件的生成和记录是必不可少的。 “配置王”提供了强大的报警和事件系统。组态王中的报警和事件主要包括变量报警事件、操作事件、用户登录事件和工作站事件。通过这些报警和事件

51、，用户可以方便地记录和查看系统的报警和各个工作站的运行情况。当告警和事件发生时，会根据告警窗口中设置的过滤条件实时显示。为了对产生的告警和事件进行分类显示，可以将告警和事件划分为不同的告警组，并在指定的告警窗口中显示告警和事件信息。报警画面如下图 4.5 所示。图 4.5 组态王报警窗口4.2 MCU与组态王的通信目前组态王与单片机之间的通信大多采用动态数据交换或自研通信驱动的方式进行。动态数据交换（ DDE ）是Windows平台上一个完整的通信协议，通过DDE，应用程序可以相互交换数据和致指令。但是使用DDE会带来一些额外的开销，比如降低系统的实时性，增加系统的不可靠性等等，对开发者的要求

52、也更高。但是，自己开发通信驱动比较困难，增加了开发周期和成本。本文详细介绍了组态王与#%单片机直接通讯的方法，并给出了源程序。这种方法比其他方法更快、更可靠，减少了开发者的工作量和开发难度，具有很大的实用性。价值。1.通讯口设置通讯方式： RS-232、RS-485、RS-422可选。波特率：由微控制器决定（2400、4800、9600 和 19200bps）。字节数据格式：由单片机决定。起始位数据位检查数字停止位注意：组态王中设置的波特率、数据位、停止位、奇偶校验等通讯参数必须与单片机编程中的通讯参数保持一致。2、组态王中定义设备地址格式格式：。 #.前两个字符是设备地址，范围从0到255。

53、这个地址是单片机的地址，由单片机中的程序决定。对于打包，一旦用户在定义设备时确定了打包，组态王就会在读取下位机变量时进行数据打包。3.组态王中定义的寄存器格式注册名称dd上限dd下限数据类型X dd655350浮点数/字节/单位斜体字dd代表数据地址，对应单片机的数据地址。注意：组态王中定义变量时，一个X寄存器根据选择的数据类型（BYTE、UINT、FLOAT）分别占用1、2或4个字节。要定义不同的数据类型，请注意以下寄存器。地址，同一数据区不能交叉定义不同数据类型的变量。为了提高通信速度，建议用户使用连续数据区。(1) 在单片机中，定义一个从地址0开始数据类型为BYTE的变量。那么组态王中定

54、义对应变量的寄存器为X0、X1、X2、X3、X4 ，数据类型为BYTE，每个变量占用一个字节。(2 ) 、在单片机中，将从地址100开始的数据类型变量定义为UINT类型。那么组态王中定义对应变量的寄存器为X100、X102、X104、X106、X108 ，数据类型为UINT，每个变量占用两个字节。(3)、在单片机中定义一个从地址200开始数据类型为FLOAT的变量。那么在组态王中，定义对应变量的寄存器为X200、X204、X208、X212 ，数据类型为FLOAT，每个变量占用四个字节。3、组态王与MCU通讯的命令格式：读写格式（除前缀和后缀外的所有字节均为ASCII码）字首设备地址标识数据地

55、址数据字节数据异或铬标头： 1字节1 ASCII 码，40H。设备地址：1 个字节和2 个ASCII 码，0 - 255（即 0 0 x0ffH ）。标志： 1字节2个ASCII码， bit 0 bit 7， bit 0 = 0：读， bit 0 = 1：写。 b it1=0 ：不打包。 bit3bit2 = 00，数据类型为字节。 bit3bit2 = 0 1 ，数据类型为字。 bit3bit2 = 1 x，数据类型为浮点数。数据地址：2字节4位ASCII码， 0 x00000 xffff 。数据字节数：1字节， 2个ASCII码， 1-100 ，实际读写的数据字节数。数据：将实际数据转换为

56、ASCII码，数字为字节数乘以2。XOR：从设备地址到XOR字节的XOR，XOR值转换成2个ASCII码CR： 0 x0d 。4.组态王通讯数据传输格式格式一、组态王致地址请求格式：（此时校验位为1）ENQ站EOTCRC格式二、MCU响应地址格式：（此时校验位为0）确认站ETXCRC格式3.组态王读取数据请求格式：（此时校验位为0）ENQR数据类型数据地址数据编号EOTCRC格式4、单片机响应读取的数据格式（正确）：（此时校验位为0）确认数据龙数据。ETXCRC格式5、单片机响应读取的数据格式（错误）：（此时校验位为0）纳克错误代码ETXCRC格式6.组态王写数据请求格式：（此时校验位为0）E

57、NQW数据类型数据地址数据。EOTCRC格式7. MCU响应写入数据格式（正确）：（此时校验位为0）确认错误代码ETXCRC协议详情如下：ENQ( header ) ： H05 ，查询，请求帧的起始码；ACK( header ) ： H06 ，确认， ACK响应帧的起始码；NAK( header ) ： H15 ，负数， NAK响应帧的起始码；EoT( tail ) ： H04，正文结束，请求帧结束的ASCII码；ETX( tail ) ： H03 ，结束文本，结束响应帧的ASCII码；数据传输：所有数据均为十六进制数：Sta ：设备地址， 1字节，组态王设备地址范围为0-255 。该地址是微

58、控制器的地址。由微控制器中的程序确定；R ：读取标志。 1个字节（0 x52） ；W ：写标志， 1字节（0 X 57） ；DataType ：要交换的数据类型， l字节。 in。“ l ”代表字节。 “2”代表字”，3DataNum ：读取数据的个数， l字节；DataAddr ：数据偏移地址， 2字节。低字节在前，高字节在后；Data ：实际传输的数据，低字节在前，高字节在后；DataLong ：单片机返回的Data字节数， 2字节，低字节在前，高字节在后：CRC ：是从第一个字节到CRC的所有字节的 XOR 值，1个字节；错误代码：错误代码。 0”代表正确响应， l代表数据类型错误。2”

59、代表数据边界溢出。 ”5、单片机通信程序设计本程序采用C51语言设计，数据收发部分采用中断方式，协议处理采用查询方式。本程序支持字节和字两种数据类型的处理。(1) 数据定义#define uchar unsigned char/定义无符号字符类型#define uint unsigned int /#define MyAddr 0 x01/定义地址为1#define Start 0 x40/定义头部#define End 0 x0d /定义后缀CR，一个ASC JI。 /#define Read 0 x00/ 电脑读/#define Write 0 x01 /主机写/uchar dat10=1

60、,2,3,4,5,6,7,8;/,/中间数据缓冲区/uchar recbuf20;/接收数据数组/uchar sendbuf10=0 x40,0 x30,0 x31,0 x30,0 x31,0,0,0,0,0 x0d;/致组态王读取数据/uchar Answer8=0 x40,0 x30,0 x30,0,0,0,0,0 x0d;/下位机响应信息帧数组/uchar count=0,sendtemp;/接收开始到结束t之间的数据个数/uchar flag=0;/ MCU接收头标志/bit recok=0;/ 消息帧接收结束/bit startrec=0;/ 开始接收消息帧/(2) 串口初始化程序通