基于数控超高压水射流切割机床的高压系统的设计与实现

摘要

水射流技术是一项近年来迅速崛起的新技术、新工艺，它具有许多传统切割技术所不具有的优势。近年来随着大型化、智能化、专用化装备的发展，使得水射流技术的应用领域不断的扩大。完善、丰富水射流技术研究与应用已成为现代工业研究的热点。
　　高压系统作为水射流技术的动力输出系统，其重要性不言而喻。但传统的水射流高压系统存在着结构复杂、成本过高、动能不稳、智能化程度不高等诸多问题，严重制约了水射流技术的高速发展。基于以上背景，结合南京某水射流切割机床生产企业的实际应用需求对基于数控超高压水射流切割机床的高压系统进行了相关研究和设计。
　　系统分为增压系统和监控系统两部分。增压系统主要负责赋予普通水流300MPa以上的稳定高压以供给水射流切割机床。该系统选用台达 DVP-20EH系列 PLC作为逻辑控制中心，配合相关电机等搭建起整个系统。传感器的选择经综合比较之后采用了变送器、磁浮子液位计等完成增压系统运行参数的采集。PLC通过外接模拟量模块实现A/D转换，并通过Modbus协议与监控系统通信。
　　监控系统则搭载了以ARM Cortex-M3为内核的STM32F103ZET6微处理器芯片，并裁剪移植μC/OS作为操作系统，通过FATFS模块搭建起文件系统，结合GSM/GPRS模块和GPS模块等完成系统的设计。采用单缓冲设计及DMA收发方式来提高系统的可靠性与实时性。通过中断机制来提高系统的响应。监控系统负责实时接收并显示增压系统运行信息，当参数异常时立即向指定手机报警并与监控电脑进行TCP连接以传输报警信息，之后开启内部定时器以完成远程操作的功能。
　　经过测试，设计的高压系统有效的解决了该系统长期存在的结构复杂、成本过高、动能不稳、智能化程度不高等几大问题，实现了设计之初在解决问题的同时提高效率的目标。增压系统输出压力稳定，监控系统能够实时显示重要参数信息并能在参数异常时实现报警和远程控制的功能。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 论文章节安排

第二章 相关协议和技术

2.1 Modbus总线协议

2.2 NMEA-0183协议

2.3 SPI总线协议

2.4μC/OS操作系统

2.5 FATFS文件系统

2.6 本章小结

第三章 系统的整体设计及硬件设计方案

3.1 系统整体设计方案

3.2 监控系统整体硬件电路设计

3.3 增压系统整体控制电路设计

3.4 本章小结

第四章 高压系统的软件实现方案

4.1 软件设计概述

4.2 开发环境简介

4.3 MCU初始化

4.4μC/OS移植

4.5 FATFS文件系统移植

4.6 负载外设驱动程序设计

4.7 监控系统主控制中心程序设计

4.8 增压系统可编程控制器程序设计

4.9 本章小结

第五章 高压系统测试与分析

5.1 软硬件调试

5.2 系统联合调试

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间发表论文