数控胎架控制系统的设计(附件)【字数：10116】
摘 要摘 要目前造船行业通用的制造工艺是对船体进行分段制造、焊接和装配。这些工艺都需要工艺装备来保证精度和效率。胎架的使用保证了船体每个分段外板线型的一致性，为后期焊接和装配提供了有力的保障。本文主要针对支柱式胎架的功能和作用，完成对数控胎架控制系统的设计，来实现胎架支撑的自动化，减少人力成本，保证造船精度，提高效率。本文首先分析了目前造船行业对数控胎架的功能需求，参考了国内外相关研究和报道，对现有的各类数控胎架的结构及工作方式做了总结，提出了符合现代化造船装备要求的胎架。在上述研究的基础上，研发设计了一套基于PLC的胎架控制系统，对胎架目前自动化程度低的问题给出了一种解决方案。本文对控制系统进行了设计。设计分为硬件平台搭建和控制程序编写。硬件平台包括步进电动机，PLC控制器，模数转换模块的选型确定。软件设计主要包括程序梯形图的编写。最后着重介绍了控制程序中几个比较典型的控制程序原理。关键词数控胎架；自动化；PLC可编程逻辑控制器；
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外的研究现状 1
1.3课题的目的 2
1.4 本课题的主要研究内容 2
第二章 数控胎架控制系统总体方案设计 3
2.1 背景 3
2.2 支柱式胎架内部结构原理 3
2.3 控制系统概述 4
2.3.1 控制系统的分类 4
2.3.2 控制系统的选择 4
2.4 数控胎架控制系统的技术要求 5
2.5 控制系统的总体控制流程及方案 5
2.6 胎架控制系统的控制流程 8
2.7 本章小结 8
第三章 数控胎架控制系统的硬件设计 9
3.1 步进电动机及其分类 9
3.1.1 步进电动机的选型及其基本参数 9
3.1.2 步进电动机驱动器的选型 10
3.1.3 丝杠上升高度与脉冲数之间的关系 10
3.2 可编程逻辑控制器（PLC）简介 12
3.2.1 可编程逻辑控制器（PLC）及其工作原理 12
3.2.2 PLC的选型确定及其特点 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外的研究现状 1
1.3课题的目的 2
1.4 本课题的主要研究内容 2
第二章 数控胎架控制系统总体方案设计 3
2.1 背景 3
2.2 支柱式胎架内部结构原理 3
2.3 控制系统概述 4
2.3.1 控制系统的分类 4
2.3.2 控制系统的选择 4
2.4 数控胎架控制系统的技术要求 5
2.5 控制系统的总体控制流程及方案 5
2.6 胎架控制系统的控制流程 8
2.7 本章小结 8
第三章 数控胎架控制系统的硬件设计 9
3.1 步进电动机及其分类 9
3.1.1 步进电动机的选型及其基本参数 9
3.1.2 步进电动机驱动器的选型 10
3.1.3 丝杠上升高度与脉冲数之间的关系 10
3.2 可编程逻辑控制器（PLC）简介 12
3.2.1 可编程逻辑控制器（PLC）及其工作原理 12
3.2.2 PLC的选型确定及其特点 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
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14
3.2.3 PLC驱动步进电动机 14
3.2.4 PLC使用环境中需要注意的问题 14
3.3 压力传感器的选型确定及基本参数 15
3.4 FX2n4AD特殊模块 15
3.5 本章小结 17
第四章 数控胎架控制系统设计 18
4.1 GX Developer软件介绍 18
4.2 外部接线图 19
4.3 I/O输入输出点地址分配 20
4.4 数字控制系统程序设计 21
4.4.1自动/手动控制模式选择程序 21
4.4.2 胎架自动复位控制程序 22
4.4.3 手动点动控制程序 22
4.4.4 FX2n4AD特殊模块的初始化和数据采集存储程序 23
4.4.5 压力比较自动控制程序 24
4.5 上位机交互界面设计 25
4.5.1 GT Designer软件介绍 25
4.5.2 用户交互界面设计 25
4.6 本章小结 26
第五章 总结与展望 27
5.1 总结 27
5.2 展望 27
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1 引言
作为全球最大的发展中国家，中国的海洋运输业一直相当繁荣，船舶也在民用和商业运输中起到至关重要的作用。而造船业是为水上交通、海洋开发和国防建设等行业提供技术装备的现代综合性产业，也是劳动、资金、技术密集型产业，对机电、钢铁、化工、航运、海洋资源勘采等上、下游产业发展具有较强带动作用，对促进劳动力就业、发展出口贸易和保障海防安全意义重大。
随着数字化技术的发展，数控技术己经运用到造船生产中[1]。在船舶制造方面，目前最常用的方法是分段制造。分段制造过程直接影响船舶产品的质量、制造周期、制造成本和企业形象[2]。分段制造过程中最重要的工艺装备就是胎架。胎架是根据船体分段有关部位的线型制造，用以承托建造船体分段并保证其外形正确性的专用工艺装备[34]。胎架直接影响船体分段的质量和精度。对后续船舶总体的焊接和装配工艺起至关重要的作用。
1.2 国内外的研究现状
在建造大型船舶过程中，分段制造是船舶建造的基础，将两个或多个分段组合在一起，形成总段，再将总段合拢形成整个船体。在分段建造和合拢过程中，一般都需要胎架。胎架[5]是船体分段建造及焊接的一种专用工艺装备，其作用是保证分段在装配、焊接时具有良好的作业条件，保证船体曲面分段的准确线型，并具有控制焊接变形的作用。因此，胎架必须要具有足够的结构强度、刚性以及稳定性。
传动的模板胎架[6]是按照船体分段形状设计制造的，各型船各个分段都有专门的胎架制造图。在胎架上建造船体分段，可以保证分段的外板线型，继而保证总段、整个船体的外板的线型，因此制造合格、适用度高的胎架是保证建造优质舰船的关键之一。
柔性胎架[7]的概念基于“多点成形”，20世纪中后期，最早由日本人提出。国内最早关于多点成形的研究是李明哲教授从日本归国后在吉林大学展开的。1990年，李教授[8]筹建无模成形技术中心，主要从事多点成形技术与柔性胎架系统的研究。
2008年，江苏科技大学佘建国[1011]教授，基于生产中心制造船模式，提出选用柔性胎架来支撑船体反造时的分段，以保证其船体分段的形线。该系统不仅可以按固定的轨道进行整体移动，而且还通过滑块和丝杠对单个胎架进行纵向或者横向的调节，将船舶生产流水化。柔性胎架系统[12]适用于大中型船厂，为船舶建造提供了一种高效的工装设备与生产方法。
目前，柔性胎架[13]主要一下有三个特点：首先，胎架的高度可以根据需要，自由调节，以满足不同船型的的外板型值；其次，胎架可以滑动，改变的位置，以适应不同的船体型值；第三，当需要移动场地时，只需要将胎架按照固定的轨道进行移动，有利于分段船体的套造。
1.3课题的目的
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