2.2.3继电器 15

2.2.4可视操作界面 16

2.3本章小结 17

第三章控制系统软件程序设计 18

3.1控制系统软件结构 18

3.2电路设计 19

3.3人机界面设计 23

3.4PLC程序开发 24

3.4.1PLC程序运行系统流程图 24

3.4.2PLC各指令说明 25

3.5本章小结 27

结论 28

致谢 29

参考文献 30

第一章绪论

1.1课题研究的背景及意义

随着陆地资源的不断减少和跨洋贸易日益频繁，人们加快了对海洋航道的利用和海底能源的开发，用于海洋运输和海底开发的轮船、海底石油管道、钻井平台等越来越多。由于海况复杂等因素，这些构件经常会被腐蚀或者损坏。在维修海洋工程结构物时，必须考虑到对损坏件的回收与修复，其中最重要的便是水下的切割[1,2]。如何解决这些环境下的切割，是全世界各国工程技术人员所面临的难题。

本文所采用的水下熔化极电弧热切割方法因为其设备较为简单、安全性高、灵活性好，方便实现半自动化以及自动化切割，切割效率快，具有较好的工程应用前景。目前水下切割工作多由焊工完成，人工切割的水平与技术工人的工作经验有关。为了适应复杂情况下的自动化切割、改善切割质量、提高效率、实现资源合理的利用[3]，采用自动化水下切割小车进行远程控制是大势所趋。

目前实验室中的水下切割小车使用的是单轴控制，小车可以直线行走并进行了模拟200m水深下的切割。但是目前小车局限性比较大，只能进行直线切割，小车转向时需要人为控制。因此，本文根据现有的设备着手，选择硬件设备，搭建电气控制系统，改进控制算法与指令，以实现新型水下切割小车的自动化运行。

1.2水下自动化方法

工业生产的自动化是目前制造业的方向，自动化控制广泛应用于化工、机械、航天、能源、建筑以及电子等行业。伴随着科学技术的快速发展，焊接工程也逐渐从简单的修修补补，发展成为一种精加工方法。各式的自动化机器人活跃在汽车厂、机械加工厂、手机装配厂等科技前沿，其核心在于实现自动化的系统控制。将焊接自动化和水下机器人利用一套可靠性强的电气控制系统结合起来，能够为我国海洋工业的发展添砖加瓦。

1.2.1焊接自动化的现状与发展趋势

1.2.2水下机器人的现状与发展趋势

1.3水下切割技术

1.3.1水下切割技术分类

1.3.2水下切割国内外研究现状

1.4本课题研究目的及内容

1.4.1研究目的

水下切割所采用的切割技术和参数与陆上有很大不同[3]。这次设计所采用的水下熔化极电弧热切割方法因为其设备较为简单、安全性高、灵活性好、切割效率快。但之前多采用半自动式的焊接方法，使用现有的设备很难在复杂环境下依旧保持良好的自动切割效果。而且目前水下切割工作多由焊工完成，人工切割的水平与技术工人的工作经验有关，且水下切割不仅仅需要其拥有过硬的切割技术，而且对其潜水能力亦有要求。水下切割过程中焊工对于切割速度以及导电嘴到工件之间的距离等的控制不如在自动化小车好[4]。另一方面，人体的生理条件亦决定了，由于水下切割环境非常恶劣，切割时产生的电磁辐射与弧光等必然对工人们的身体造成损害，如果使用水下切割小车，只需在切割开始前，由潜水员下水固定好位置，远程操作自动化切割小车便可，这将大大改善工人的工作环境[4]。本文的目的是试图实现水下切割的高适应性自动化，即可以利用电气控制系统使小车能够做到爬坡、转弯等复杂操作，以提高如今水下切割技术的自动化程度。

1.4.2研究内容