自动往返电动玩具车控制系统设计.docx

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自动往返电动玩具车控制系统设计

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第1章绪论

1.1电动玩具车前景

从电动车行业看来，儿童电动车市场技术、安全标准比较高，目前国内生产标准儿童电动车的专业厂家比较少，永康地区比较多，但是大都供应出口需求，主打国际市场。

调查显示儿童户外活动用的电动童车、电动自行车销量呈稳中有升的状态。

消费者对儿童电动车是有需求的。

很多生产厂家没有童车系列产品，导致想经营儿童电动车的经销商，也苦于没有稳定的货源，只能放弃。

儿童消费品市场的规模效应可以促进童车的发展。

中国是世界著名的玩具生产及出口地，1/3的世界玩具产量均来自国内。

仅1998年，玩具生产的产值便达到500亿元，出口达到54亿美元。

据统计，国内的玩具出口产品中，80%以上属加工贸易。

目前，全国约有6，000家玩具制造商，雇用人数超过1300万名。

大部分玩具制造商均集中于沿海各省；单是广东已有大约4，000家玩具厂，其中绝大多数由港商投资开设。

现时，国外厂商每年生产玩具多达15万种，其中新产品为5，000至6，000种，而国内企业所生产的玩具制造商的竞争，主要是集中在中低档产品方面。

然而，国内部份玩具企业亦有创立自己的品牌。

如广东奥迪玩具生产的[四驱车迷]系列及广东东莞生产的智高（CHICCO）玩具以及上海、福州等地生产的遥控车、仿真车、仿真摩托车及仿真飞机，均深受消费者青睐。

其他国产玩具产品牌包括嘉菲牌毛绒玩具、威龙拼图、百利威玩具模型和可高建造玩具等等。

据调查，目前世界著名的玩具企业都在国内设有分厂或国内厂家合作生产玩具。

像生产[电子宠物]的日本万代公司，历史悠久的玩具芭比娃娃，都在国内设有多家分厂。

其他在国内流行的外国品牌则包括米奇老鼠和乐高等等。

因进口关税问题，国外生产的玩具在内地市场的售价普遍昂贵，加上传统文化不同，进口玩具在国内市场上的份额仍然较少。

不过，若外商采取合资经营的方式，把国外的设计和原料运到国内进行加工，对渗透内地市场应该大有帮助，因为这些企业大多有良好的分销网络。

中国玩具出口已经成为轻工业的一大支柱产业，日本和东南亚仍是中国玩具出口的主要市场，品种以长绒玩具和电动汽车模型为主。

从1998年下半年开始，中国玩具已成功开拓美国和欧洲市场，出口产品仍以长绒玩具为主。

新加坡玩具市场多年来一直是日本、美国、韩国、香港和台湾等地区知名品牌产品的世界，但一般消费者都知道，市场上的玩具基本是中国制造的。

自1999年以来，我国玩具产品逐渐被消费者所认同，一些自有品牌的中国玩具尽管目前并不引人注目，地位也微乎其微，但已在本地市场上初露头脚，这不失为一个良好的开端。

新加坡业内人士认为，中国自有品牌的玩具与日本、美国品牌的玩具分庭抗礼是完全有可能的，只是时间早晚的问题。

仅就数量和价额而言，“中国制造”的玩具早已经在新加坡市场上占有绝对的优势。

新加坡市场上的玩具几乎一半是由我国制造出口的。

我国加工生产的玩具质量已经达到国际一流的标准。

虽然如此，我国自有品牌的玩具却难登大雅之堂，原因是我自有品牌玩具在设计上仍然跟不上时代的潮流，难以打造出自己的名牌。

所以，我国目前大量出口的玩具仍为OEM方式下的国际知名品牌。

据调查，新加坡市场上新款玩具的平均寿命期只有三个月左右。

自1999年起，“中国制造”的玩具在本地，乃至东南亚市场开始逐渐被消费者认同，并逐步提高知名度，但“中国制造”的中国自有品牌玩具尚为少见。

玩具发展到现在，已经不再停留在普通的毛绒、木制玩具系列，具有各种功能的电动玩具日益增多。

其核心部件——电机，俗称“马达”是这类电动玩具的重要制动装置，作用可以和电脑的中央处理器相提并论。

在中高档电动玩具市场需求比例日益增大的今天，玩具商对电机质量和数量要求也越来越高。

1.2设计的目的和意义

科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。

然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时代发展的需要。

目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。

为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的发展趋势。

自主创新，重点跨越，支撑发展，引领未来。

自主创新，就是从增强国家创新能力出发，加强原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新。

重点跨越，就是坚持有所为、有所不为，选择具有一定基础和优势、关系国计民生和国家安全的关键领域，集中力量、重点突破，实现跨越式发展。

支撑发展，就是从现实的紧迫需求出发，着力突破重大关键、共性技术，支撑经济社会的持续协调发展。

引领未来，就是着眼长远，超前部署前沿技术和基础研究，创造新的市场需求，培育新兴产业，引领未来经济社会的发展。

这一方针是我国半个多世纪科技发展实践经验的概括总结，是面向未来、实现中华民族伟大复兴的重要抉择。

科技人才是提高自主创新能力的关键所在。

要把创造良好环境和条件，培养和凝聚各类科技人才特别是优秀拔尖人才，充分调动广大科技人员的积极性和创造性，作为科技工作的首要任务，努力开创人才辈出、人尽其才、才尽其用的良好局面，努力建设一支与经济社会发展和国防建设相适应的规模宏大、结构合理的高素质科技人才队伍，为我国科学技术发展提供充分的人才支撑和智力保证。

第2章控制系统的选择

为了实现对电动玩具车的自动往返精密控制并且做到物美价廉，所以选择PLC控制系统来设计自动往返电动玩具车，目前PLC类型很多，例如三菱PLC、西门子PLC、FAUNCPLC、欧姆龙PLC、基恩士PLC等，下面就以三菱FX系列PLC为例设计自动往返电动玩具车控制系统。

2.1PLC控制系统前景

我们已经知道有的FCS是由PLC发展而来，而有的FCS是由DCS发展而来，那么，今天FCS已走向实用化，PLC与DCS前景又将如何。

PLC于60年代末期在美国首先出现，目的是用来取代继电器，执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能，建立柔性程序控制系统。

1976年正式命名，并给予定义：

PLC是一种数字控制专用电子计算机，它使用了可编程序存储器储存指令，执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过模拟和数字输入、输出等组件，控制各种机械或工作程序。

经过30多年的发展，PLC已十分成熟与完善，并开发了模拟量闭环控制功能。

PLC在FCS系统中的地位似乎已被确定并无多少争论。

PLC作为一个站挂在高速总线上。

充分发挥PLC在处理开关量方面的优势。

另外，火力发电厂辅助车间，例如补给水处理车间、循环水车间、除灰除渣车间、输煤车间等，在这些车间的工艺过程多以顺序控制为主。

PLC对于顺序控制有其独特的优势。

编者以为，辅助车间的控制系统应以遵循现场总线通讯协议的PLC或能与FCS进行通讯交换信息的PLC为优选对象。

自1973年提出第一台以微处理器为基础的控制器以来，它逐步完善，并最终形成功能齐全、安全可靠的数字式分散控制系统DCS。

它的性能大大优于以住任何一种控制系统。

可以满足火电厂DAS、MCS、SCS和APS各系统的各种要求，目前还可以通过工业以太网建立管理层网络，以满足火电厂呼声越来越高的加强管理的要求。

可以这样说，DCS系统的监控可以复盖大型火电机组的工艺全过程。

但是，自从有了FCS，并于90年代走向实用化以来，不断有如下论点在公开刊物上发表，即：

“从现在起，新的现场总线控制系统FCS将逐步取代传统的DCS”；“当调节功能下放到现场去以后，传统的DCS就没有存在的必要而会自动消失”；“今后十年，传统的4~20mA模拟信号制将逐步被双向数字通信现场总线信号制所取代，模拟与数字的分散型控制系统DCS将更新换代为全数字现场总线控制系统FCS”……。

这些论点归纳为一句话：

FCS将取代DCS，DCS从此将消亡。

上述论点皆出自于权威专家之口，确实不无道理。

数字通讯是一种趋势，它代表了技术进步，是任何人阻挡不了的。

双向数字通信现场总线信号制以及由它而产生的巨大的推动力，加速现场装置与控制仪表的变革，开发出越来越多的功能完善的数字智能现场装置。

这些都是DCS系统所不具备的，而由此产生的优越性以及给火电厂的设计、配置、组态、运行、维护、管理等方面带来的效益也是DCS系统所不及的。

再则，FCS是由DCS以及PLC发展而来，它保留了DCS的特点，或者说FCS吸收了DCS多年开发研究以及现场实践的经验，当然也包括教训。

由此而得出结论，“FCS将取代DCS”，似乎也是顺理成章之事。

同时我们也应看到，DCS系统发展也近30年，在火电厂的应用如此广泛。

它的设计思想、组态配置、功能匹配等已达十分完善的程度（当然，DCS也存在进一步发展的需求，例如高级软件开发，以满足信息集成的要求），已渗透到火电厂控制系统的各个领域，并且在FCS系统中也有些体现。

从这个角度来看，DCS系统似乎不能说从此消亡。

再则，从前面的章节叙述中已经谈到，对那些FCS系统不能充分发挥其特点及优越性的领域，DCS系统仍有用武之地。

我们似乎没有必要在文字上做过多的争论，一定要强调谁取代谁。

正如目前的DCS与新型的PLC，由于多年的开发研究，在各自保留自身原有的特点外，又相互补充，形成新的系统，现在的DCS已不是当初的DCS，同样如此，新型的PLC也不是开发初期的PLC。

我们能够说是DCS取代了PLC或者说是PLC取代了DCS，显然都是不合适的。

2.2FX系列可编程序控制器特点

FX系列可编程控制器是当前国内外最新、最具特色、最具代表性的的微型PLC。

它由日本三菱机电公司研制开发的。

在FX系列PLC中，除基本的指令表编程方式外，还可采用梯形图编程以及应机械动作流程进行顺控设计的顺序功能图编程，而且这些程序可互相转换。

在FX系列PLC中设置了高速计数器，对来自特定的输入继电器的高频脉冲进行中断处理，扩大了PLC的应用领域。

FX系列PLC基于“基本功能、高速处理、便于使用”的研发理念，使其具有数据传送与比较、四则运算与逻辑运算、数据循环与移动等应用指令系统。

除此之外，还具有输入输出刷新、中断、高速计数器比较指令、高速脉冲输出等高速处理指令，以及在SFC控制方面，将机械控制的标准动作封装化的状态初始化指令等，使功能大大增强。

FX系列PLC在特殊控制方面不但具备模拟量输入输出控制，而且具有定位控制及PID系统控制。

在通信方面，能够方便地与PLC计算机链接实现数据交换与管理。

三菱PLC以其高性能，低价格应和了中国工控行业的需要，在国内得到了广泛的应用。

三菱PLC产品系列十分丰富，可以广泛的满足不同用户的需要。

三菱电机公司的PLC产品主要有以下几个系列：

FX1S系列三菱PLC是一种集成型小型单元式PLC。

且具有完整的性能和通讯功能等扩展性。

如果考虑安装空间和成本是一种理想的选择。

三菱PLCFX1N系列是三菱电机推出的功能强大的普及型PLC。

具有扩展输入输出，模拟量控制和通讯、链接功能等扩展性。

三菱PLCFX1N系列是一款广泛应用于一般的顺序控制PLC。

FX2N系列是三菱PLC是FX家族中最先进的系列。

三菱PLC具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。

FX3U是三菱电机公司新近推出的新型第三代三菱PLC,可能称得上是小型至尊产品。

基本性能大幅提升，晶体管输出型的基本单元内置了3轴独立最高100kHz的定位功能，并且增加了新的定位指令，从而使三菱PLCFX3U得定位控制功能更加强大，使用更为方便。

FX1NCFX2NCFX3UC三菱PLC，在保持了原有强大功能的基础上实现了极为可观的规模缩小I/O型接线接口降低了接线成本，并大大节省了时间。

Q系列三菱PLC是三菱机公司推出的大型PLC,CPU类型有基本型CPU，高性能型CPU，