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海底犁式工程挖沟机控制系统设计

作　者: 李顺治
导　师: 郭黎滨
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 海底犁式挖沟机 控制系统 PAC 组态软件
分类号: TU62
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


我国对海洋资源的开发越来越多，也越来越重视对海底管道的保护。世界上为保护海底管道而研制的挖沟设备种类很多，海底犁式挖沟机就是其中的一种。海底犁式挖沟机和其他类型的挖沟设备相比，综合经济效益最高，而且非常适合目前中国国情。从技术水平上讲，我国已经具备自主研制海底犁式挖沟机的条件。本课题来源于中国海洋石油总公司“硬质土挖沟技术与装备研究”研究项目，目的是研制适合我国海洋条件的具有自主知识产权的海底犁式挖沟机。本论文主要设计海底犁式挖沟机工程样机的控制系统。论文首先论述了海底挖沟机的国内外发展现状。分析了海底犁式工程挖沟机的机械系统组成，并对各个部分的功能进行的详细分析。通过液压系统部分原理图，对海底犁式工程挖沟机的液压系统进行了详细分析。根据海底犁式挖沟机工程样机的特点提出控制系统要求并对控制系统的监测信息、控制系统组成和功能、控制设备总体布置以及海底犁式挖沟机工程样机的工作流程进行了详细分析。其次对海底犁式挖沟机工程样机的控制系统做出了详细设计。其中包括上位机系统的设计和下位机系统的设计。在下位机系统设计中，综合对比分析了几种工业常用控制器的特点后选用PAC为水下控制器，分析了其系统组成。为给水下电子设备提供一个安全可靠的工作环境，设计了水下电子仓和漏水报警电路。其中又对水下电子仓进行了稳定性计算并对其进行了仿真分析，验证了水下电子仓设计的合理性。为提高系统可靠性，对下位机系统进行了冗余设计。以挖沟机机械手为例对其控制进行了建模与仿真分析。在上位机系统设计中，主要设计了上位机控制台以及上位机组态界面。对比分析了几种常见组态软件的优缺点后，上位机组态界面利用Webaccess软件设计，并对设计的各功能界面做了详细的分析。最后通过对控制系统的调试实验、控制系统和挖沟机的联机调试实验以及挖沟机陆上挖沟实验以及实验数据的分析，验证了控制系统设计的合理性，并对实验中出现的不足做出了改进。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第1章 绪论  10-19
  1.1 引言  10
  1.2 国内外挖沟设备研究现状  10-16
    1.2.1 国外挖沟设备研究现状  10-15
    1.2.2 国内挖沟机设备研究现状  15-16
  1.3 水下电液控制系统  16-17
  1.4 课题研究的目的、意义和来源  17-18
  1.5 本论文的主要研究内容  18-19
第2章 海底犁式工程挖沟机控制系统方案设计  19-30
  2.1 机械系统分析  19-22
  2.2 液压系统分析  22-23
  2.3 控制系统方案设计  23-27
    2.3.1 控制系统要求  23-24
    2.3.2 控制系统监测信息  24
    2.3.3 控制系统组成及功能  24-26
    2.3.4 控制设备总体布置  26-27
  2.4 海底犁式挖沟机工作流程  27-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章 海底犁式工程挖沟机下位机设计  30-50
  3.1 水下控制器选择  30-32
  3.2 PAC 硬件系统组成及 I/O 分配  32-36
    3.2.1 PAC 简介  32
    3.2.2 PAC 硬件系统配置  32-34
    3.2.3 I/O 分配  34-36
  3.3 电子仓设计  36-40
    3.3.1 电子仓形状及材料  36-37
    3.3.2 电子仓的密封  37-38
    3.3.3 电子仓稳定性分析及仿真  38-40
  3.4 漏水报警电路设计  40-41
  3.5 冗余设计  41-43
  3.6 机械手控制建模与仿真  43-49
  3.7 本章小结  49-50
第4章 海底犁式工程挖沟机上位机设计  50-61
  4.1 控制台的设计  50-51
  4.2 上位机系统人机界面的设计  51-59
    4.2.1 组态软件  51-53
    4.2.2 WebAccess 与 APAX-5520KW 通讯的实现  53-54
    4.2.3 组态软件功能实现  54-59
    4.2.4 系统功能界面  59
  4.3 本章小结  59-61
第5章 海底犁式工程挖沟机控制系统调试及实验  61-69
  5.1 上位机与下位机联机调试  61-62
  5.2 控制系统与挖沟机联机调试  62-64
  5.3 挖沟机陆上挖沟实验  64-66
  5.4 实验数据分析  66-68
  5.5 本章小结  68-69
结论  69-70
参考文献  70-73
致谢  73

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑施工机械和设备 > 土工机械、挖掘机械
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