基于ARM的嵌入式PLC运行系统和剪板机数控系统的研发及应用

摘要

剪板机发展到如今已成为冷成型行业的一个重要支柱产业，也是衡量一个国家基础制造业水平的重要指标之一，主要运用在船舶、汽车、飞机、拖拉机、桥梁、电器、仪表、锅炉、压力容器等板材需求量比较大的行业，其市场需求量大。但是，目前国产剪板机数控系统主要局限在中低端市场，中高端市场主要被国外垄断。本文旨在开发一款国产高端剪板机数控系统以打破国外的垄断，满足国内经济的持续增长需要。本论文的主要工作体现在以下几个方面:
　　(1)分析了剪切工艺、剪切过程、剪切变形区应力状态以及剪切断面质量，推导了剪切力和剪刃间隙理论公式。
　　(2)解释了梯形图原理，分析了解释型PLC中间代码生成方式。并在此基础上搭建了嵌入式PLC运行系统并将其运用到后续开发的剪板机数控系统上。
　　(3)基于用户和工艺控制要求设计了剪板机数控系统硬件平台，在此平台上移植了μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统，详细划分了系统任务，分析了上下层的通信原理，搭建了剪板机数控系统软件平台，并对其中的关键功能的实现进行了详细介绍，最后将所开发的剪板机数控系统运用到了闸式剪板机上，并与DAC350数控系统进行对比剪切。
　　(4)剪切断面指标建模和工艺参数寻优。运用二次正交旋转组合设计了仿真试验，建立了塌角、光亮带、撕裂带和毛刺的数学模型并基于附加权重的方法建立了评定断面质量的综合数学模型，使用遗传算法对综合模型进行寻优处理，得到了获得较好断面质量的工艺参数组合并提出了优化剪切工艺参数的一种行之有效的方法。
　　综上所述，本文研究开发了嵌入式PLC运行系统和剪板机数控系统并将其运用到闸式剪板机中，提出使用二次正交旋转组合设计建立断面质量指标的数学模型、使用遗传算法对断面质量指标综合数学模型进行寻优处理从而获得较好断面质量的工艺参数组合方法，并剪切验证。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 论文研究背景及其意义

1．2 剪板机数控系统国内外发展概况

1．3 剪切工艺国内外研究概况

1．3．1 剪切工艺国内研究现状

1．3．2 剪切工艺国外研究现状

1．4 嵌入式PLC研究现状及发展趋势

1．4．1 嵌入式PLC概述

1．4．2 PLC发展方向

1．5 课题来源及本论文研究主要内容

1．6 论文组织架构

1．7 本章小结

第二章 剪板机剪切工艺和剪切力分析

2．1 常用剪板机简介

2．1．1 常用剪板机特点及分类

2．1．2 闸式剪板机简介

2．2 板材金属成形及剪切概述

2．2．1 板材剪切模型及工艺分析

2．2．2 剪切力分析

2．3 剪切变形分析

2．3．1 剪切过程

2．3．2 变形区应力分析

2．4 剪切断面质量分析

2．5 剪刃间隙理论公式推导

2．6 本章小结

第三章 基于ARM嵌入式PLC运行系统研究

3．1 传统PLC与嵌入式PLC

3．1．1 传统PLC

3．1．2 嵌入式PLC

3．2 解释性与编译型PLC工作原理分析

3．2．1 解释性PLC

3．2．2 编译型PLC

3．3 梯形图原理解释

3．4 解释型PLC中间代码生成

3．5 嵌入式PLC运行系统

3．5．1 系统变量划分

3．5．2 系统初始化

3．5．3 指令解析

3．6 本章小结

第四章 剪板机数控系统硬件开发

4．1 控制系统需求分析

4．2 基于控制要求的ARM微处理器LPC1768介绍

4．3 剪板机数控系统硬件结构总体设计

4．4 主要硬件模块具体设计

4．4．1 输入输出模块

4．4．2 串口屏

4．4．3 伺服电机

4．4．4 键盘模块

4．4．5 通信模块

4．4．6 电源电路模块

4．4．7 复位及JTAG调试模块

4．5 本章小结

第五章 剪板机数控系统软件开发及应用

5．1 操作系统选择

5．2 μC／OS-Ⅱ关键功能介绍

5．2．1 μC／OS-Ⅱ简介

5．2．2 μC／OS-Ⅱ主要组成结构介绍

5．3 操作系统的移植

5．3．1 OS_CPU．H

5．3．2 文件OS_CPU．C的编写

5．3．3 OS_CPU_A．S文件的编写

5．4 软件系统人机交互搭建

5．5 底层控制关键技术实现

5．5．1 回零

5．5．2 加减速

5．5．3 数据结构及数据的传递与保存

5．5．4 任务划分及通信原理

5．5．5 剪刃间隙调整

5．5．6 剪切角度调整

5．6 嵌入式PLC运行系统在剪板机数控系统上的运用

5．7 剪板机数控系统在机床上的运用

5．8 本章小结

第六章 基于遗传算法剪切断面质量仿真模型预测与研究

6．1 回归正交试验设计基本理论概述

6．1．1 二次回归正交组合设计

6．1．2 二次回归正交组合设计基本步骤

6．2 二次回归正交旋转组合设计

6．3 模型分析

6．3．1 DEFORM断裂准则

6．3．2 仿真模型建立

6．3．3 数据处理与分析

6．4 遗传算法优化

6．4．1 遗传算法理论基础

6．4．2 约束条件

6．4．3 剪切断面质量优化

6．5 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 创新点和特色

7．3 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况