【正文】 1. 2016年3月19日～3月31日：閱讀相關(guān)文獻(xiàn)、準(zhǔn)備開(kāi)題報(bào)告。**大學(xué)本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 *** 班級(jí)學(xué)號(hào) **** 指導(dǎo)教師 ** 二零*年五月30 / 41**本科畢業(yè)論文數(shù)控胎架控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)Design of the NC Mould Bed Control System**大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 學(xué)院名稱：機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： * 學(xué) 號(hào)： 1* 指導(dǎo)教師： * 職 稱： * 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：數(shù)控胎架控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容及要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、達(dá)到的指標(biāo)和應(yīng)做的實(shí)驗(yàn)等） 提供條件： 數(shù)控胎架使用工況與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則。提交開(kāi)題報(bào)告、外文文獻(xiàn)翻譯。5. 5月21日～5月31日：總結(jié)前期研究工作，撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，提交指導(dǎo)老師審閱，并準(zhǔn)備答辯材料。胎架的使用保證了船體每個(gè)分段外板線型的一致性，為后期焊接和裝配提供了有力的保障。本文對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。最后著重介紹了控制程序中幾個(gè)比較典型的控制程序原理。目 錄第一章 緒論 1 引言 1 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 1 2 本課題的主要研究?jī)?nèi)容 2第二章 數(shù)控胎架控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 3 背景 3 支柱式胎架內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理 3 控制系統(tǒng)概述 4 控制系統(tǒng)的分類 4 控制系統(tǒng)的選擇 4 數(shù)控胎架控制系統(tǒng)的技術(shù)要求 5 控制系統(tǒng)的總體控制流程及方案 5 胎架控制系統(tǒng)的控制流程 8 本章小結(jié) 8第三章 數(shù)控胎架控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 9 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其分類 9 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選型及其基本參數(shù) 9 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選型 10 絲杠上升高度與脈沖數(shù)之間的關(guān)系 10 可編程邏輯控制器（PLC）簡(jiǎn)介 12 可編程邏輯控制器（PLC）及其工作原理 12 PLC的選型確定及其特點(diǎn) 14 PLC驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 14 PLC使用環(huán)境中需要注意的問(wèn)題 14 壓力傳感器的選型確定及基本參數(shù) 15 FX2n4AD特殊模塊 15 本章小結(jié) 17第四章 數(shù)控胎架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 GX Developer軟件介紹 18 外部接線圖 19 I/O輸入輸出點(diǎn)地址分配 20 數(shù)字控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 21 21 胎架自動(dòng)復(fù)位控制程序 22 手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)控制程序 22 FX2n4AD特殊模塊的初始化和數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)程序 23 壓力比較自動(dòng)控制程序 24 上位機(jī)交互界面設(shè)計(jì) 25 GT Designer軟件介紹 25 用戶交互界面設(shè)計(jì) 25 本章小結(jié) 26第五章 總結(jié)與展望 27 總結(jié) 27 展望 27致謝 28參考文獻(xiàn) 29第一章 緒論 引言作為全球最大的發(fā)展中國(guó)家，中國(guó)的海洋運(yùn)輸業(yè)一直相當(dāng)繁榮，船舶也在民用和商業(yè)運(yùn)輸中起到至關(guān)重要的作用。分段制造過(guò)程直接影響船舶產(chǎn)品的質(zhì)量、制造周期、制造成本和企業(yè)形象[2]。對(duì)后續(xù)船舶總體的焊接和裝配工藝起至關(guān)重要的作用。因此，胎架必須要具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛性以及穩(wěn)定性。國(guó)內(nèi)最早關(guān)于多點(diǎn)成形的研究是李明哲教授從日本歸國(guó)后在吉林大學(xué)展開(kāi)的。柔性胎架系統(tǒng)[12]適用于大中型船廠，為船舶建造提供了一種高效的工裝設(shè)備與生產(chǎn)方法?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)不僅實(shí)現(xiàn)了鋼板的動(dòng)態(tài)智能支撐，而且實(shí)現(xiàn)鋼板水火加工與鋼板曲面檢測(cè)的有機(jī)結(jié)合，從而將從總體上提高水火彎板的效率，為整個(gè)生產(chǎn)加工過(guò)程提供了便利。目前造船行業(yè)主流的檢測(cè)方法是對(duì)船體外板單次加工后的板形進(jìn)行檢測(cè)[8]。圖21 支柱式胎架的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，蝸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)由蝸輪蝸桿換向組換向，轉(zhuǎn)換成蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，由于蝸輪內(nèi)圈有和螺紋絲杠配合的螺紋，運(yùn)動(dòng)傳遞到絲杠，帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)。而自動(dòng)模式則是由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)經(jīng)帶傳動(dòng)傳遞到蝸桿。 控制系統(tǒng)概述控制系統(tǒng)是指按照所希望的方式改變或保持機(jī)器或其他設(shè)備中感興趣的量或狀態(tài)的一種系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類有多種方法。根據(jù)上述控制系統(tǒng)按系統(tǒng)原理類型和輸入量的分類，胎架需要通過(guò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化自動(dòng)控制，顯然液壓控制方案和氣動(dòng)控制方案均不可行，選擇電氣控制作為胎架的控制方法。因此，胎架的控制系統(tǒng)需要按照以下設(shè)計(jì)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)：（1）能控制每個(gè)胎架支柱的型值調(diào)節(jié)；（2）能控制絲杠進(jìn)行豎直方向上的升降運(yùn)動(dòng)；（3）能精確控制絲杠的行程，不失步，每個(gè)脈沖都必須得到執(zhí)行；（4）對(duì)控制系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間要求不高，不需要快速響應(yīng)；（5）對(duì)絲杠的運(yùn)動(dòng)速度要求不高，不需要反復(fù)加速或減速； 控制系統(tǒng)的總體控制流程及方案控制系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)有自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種模式。自動(dòng)復(fù)位環(huán)節(jié)需要通過(guò)安裝在胎架上的下限位開(kāi)關(guān)確保胎架的復(fù)位結(jié)束。當(dāng)壓力測(cè)量值大于（或等于）設(shè)定值時(shí)，說(shuō)明胎架支撐到位，絲杠應(yīng)立即停止運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)方法如圖25所示。三者以PLC為中心相互連接在一起。圖28 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 本章小結(jié)本章主要簡(jiǎn)單介紹了目前造船行業(yè)數(shù)控胎架的研究背景，隨后展示了本課題用到的支柱式通用胎架的三維模型以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)控制系統(tǒng)做了簡(jiǎn)要概述，然后根據(jù)控制系統(tǒng)的技術(shù)要求，提出了基于PLC可編程邏輯控制器的控制系統(tǒng)總體方案。用計(jì)算機(jī)很容易實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)數(shù)字控制。（2）反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，一般為三相，但噪聲和振動(dòng)都很大。其基本參數(shù)見(jiàn)表31。cm2）相電感（mH）相電阻（Ω）重量（kg） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選型選用的驅(qū)動(dòng)器為M415B驅(qū)動(dòng)器。通過(guò)絲杠在豎直方向上的直線運(yùn)動(dòng)，可以改變胎架支柱的型值，使其到達(dá)所需的工作曲面。各運(yùn)動(dòng)件具體參數(shù)如下：。式中z1表示蝸桿頭數(shù)，z2表示蝸輪齒數(shù)。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和蝸桿的傳動(dòng)比為1，所以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一周。至此得出控制器脈沖數(shù)與絲杠位移量之間的線性關(guān)系： （32）式中S（mm）為絲杠縱向位移量，n為控制器發(fā)射脈沖數(shù)。是一種基于數(shù)字技術(shù)、繼電器控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的自動(dòng)控制設(shè)備。這個(gè)過(guò)程包括內(nèi)部處理、通信操作、輸入掃描處理、執(zhí)行用戶程序、輸出處理等五個(gè)階段。CPU檢查主機(jī)硬件，檢查所有的輸入輸出模塊等，在運(yùn)行模式下，還要檢查用戶程序存儲(chǔ)器。PLC中的用戶程序是按順序存放的。圖32 PLC的掃描過(guò)程 PLC的選型確定及其特點(diǎn)結(jié)合第二章對(duì)控制系統(tǒng)的要求，本課題選用型號(hào)為FX3U64MT的PLC控制器。FX3U除了之前的FX系列的定位指令A(yù)BS/ZRN/PLSV/DRVI/DRVA外，還增加了TBL（表格定位），DVIT（中斷定位），DSZR（帶DOG搜索的原點(diǎn)回歸）等指令。按A—AC—C—CB—B—BA—A依次導(dǎo)通、斷開(kāi)時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。如果使用環(huán)境存在不可避免的震動(dòng)時(shí)，必須采取減震措施，如采用減震膠等。（5）電源：電源線也會(huì)對(duì)PLC的使用造成一定的干擾。其具體參數(shù)見(jiàn)表34。線性關(guān)系如圖34所示。方便在后續(xù)通訊編寫(xiě)時(shí)的壓力換算。對(duì)PLC控制過(guò)程中信號(hào)干擾來(lái)源進(jìn)行分析。船體外板在支柱式胎架組上的加工精確度和效率直接取決于系統(tǒng)軟件的性能。如圖41。支持程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫(xiě)PLC程序的功能。 I/O輸入輸出點(diǎn)地址分配輸入點(diǎn)地址分配如表41所示。圖43 自動(dòng)/手動(dòng)控制模式選擇程序如圖所示，程序中設(shè)置有互鎖保護(hù)方式，在自動(dòng)模式和手動(dòng)模式選擇中，只能出現(xiàn)一種操作模式。這樣，每次選擇模式時(shí)只需按下模式選擇按鈕后松開(kāi)即可，不需要長(zhǎng)按。當(dāng)下降到初始位置，碰到下限位開(kāi)關(guān)時(shí)，利用下限位開(kāi)關(guān)停止脈沖輸出指令即可。手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)操作就是滿足這種工作情況。這樣既保證了工作效率，有保證了支撐現(xiàn)場(chǎng)的安全。具體程序梯形圖如圖46所示。然后用CMP指令比較D4寄存器中的數(shù)據(jù)與模塊對(duì)應(yīng)機(jī)器碼2010是否一致，并將結(jié)果保存在PLC內(nèi)部繼電器M3～M5中。PLC確認(rèn)機(jī)器碼無(wú)誤后，M4觸點(diǎn)閉合。其中第一位數(shù)字，即M7對(duì)應(yīng)的內(nèi)部繼電器若為關(guān)閉狀態(tài)，則表示A/D模塊各通道當(dāng)前無(wú)錯(cuò)誤；第11位數(shù)字，即M17對(duì)應(yīng)的內(nèi)部繼電器若為關(guān)閉狀態(tài)，則表示A/D模塊數(shù)值量輸出值無(wú)錯(cuò)誤。具體程序梯形圖如圖47所示。圖47 壓力比較自動(dòng)控制程序 上位機(jī)交互界面設(shè)計(jì) GT Designer軟件介紹GT Designer是三菱公司出品的觸摸屏編程軟件。 圖48 監(jiān)測(cè)界面交互界面可以顯示每根胎架的壓力檢測(cè)值和當(dāng)前的上升高度。其次對(duì)控制程序中比較重要的程序段做了闡述和分析，包括FX2n4AD特