自动往返电动玩具车控制系统设计

1、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。

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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。2.1 PLC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

9、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

10、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

11、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420mA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

12、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

13、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。2.2 FX系列可编程序控制器

14、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

15、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

16、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。FX1NC FX2NC FX3UC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

17、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，过程控制CPU,运动控制CPU, 冗余CPU等。可以满足各种复杂的控制需求。三菱PLC中国事业的快速发展，为了更好地满足国内用户对三菱PLCQ系列产品高性能、低成本的要求，三菱电机自动化特推出经济型QUTE SET型PLC，即一款以自带64点高密度混合单元的5槽Q00JCOU SET；另一款三菱PLC自带2块16点开关量输入及2块16点开关量输出的8槽Q00JCPU-S8 SET，其性能指标与Q00J完全兼容，也完全支持GX-Developer等软件，故具有

18、极佳的性价比。2.3 FX系列PLC的编程软件2.3.1 PLC基本指令LD是指常开触点逻辑运算起始，LDI是指常闭触点逻辑运算起始，OUT是指线圈驱动。 LD、LDI指令用于将触点接到母线上，另外，与后述的ANB指令组合，在分支起点处也可使用 OUT指令是对输出继电器、辅助继电器、状态继电器、定时器、计数器的线圈的驱动指令，对于输入继电器不能使用， 并行输出指令可多次使用 操作元件：X输入继电器；Y输出继电器；M内部辅助继电器；S状态继电器；T时间继电器；C计数器 定时器、计数器的程序对定时器的定时线圈或计数线圈，在OUT指令后必须设定常数K点串联指令（AND、ANI） AND是制常开触点串

19、联连接，ANI是指常闭触点串连接。 用AND、ANI指令，可进行触点的串联连接。串联触点的个数没有限制，指令可重复使用。 OUT指令后，通过触点对其他线圈使用OUT指令称为纵接输出。这种纵接输出，如果顺序不错，可以多次重复。 串接触点的饿数目和纵接的次数虽然没有限制，但因图形编程器和打印机的功能有限制，所以建议尽量做到一行不超过10个触点和一个线圈，连续输出总共不超过24行。触点并联指令（OR、ORI）OR是指常开触点并联连接，ORI是制常闭触点并联连接2.4 PLC的硬件结构可编程控制器主要由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几部分组成。

20、图 2-1 PLC的硬件结构图2.4.1 中央处理器(CPU)可编程控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型。通用微处理器有8080、8026、80826、等，单片机有8031、8096等，位片式微处理器有AM2900、AM2901、AM2903等。可编程控制器的档次越高，CPU的为数也越多，运算速度也越快，功能指令也越强，FX2系列可编程控制器使用的微处理器是16位的8096单片机。2.4.2 存储器可编程控制器配有两种储存器：系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器存放系统管理程序。用户程序存储器存放用户编制的控制程序。小型可编程控制器的存储器容量一

21、般在8K字节以下。常用的存储器有CMOS RAM和EPROM EEPROM。CMOS RAM是一种可进行读写操作的随机存储器，存放用户程序，生成用户数据区，存放在RAM中的用户程序可方便地修改。CMOS RAM存储器是一在种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池作备用电源，停电时，可以有效地保持存储的信息。锂电池的寿命一般为510年，若经常带负载可维持25年。EPROM、EEPOM都是只读存储器，往往用这些类型存储器固化系统管理程序和用户程序。EEPROM存储器又可写成EPROM，它是一种电可擦除，可编程的只读存储器，既可按字节进行擦除，又有可整片擦除的功能。2.4.3输入接口电路

22、实际生产过程中的信号电平是多种多样的，外部执行机构所需的电平也是千差万别的，而可编程控制器的CPU 所处理的信号只能是标准电平，正是通过输入输出单元实现了这些信号电平的转换。I/O单元实际上是PLC与被控制对象间传递输入输出信号的接口部件。I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。连接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。PLC的各种输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器、接触器有交流型直流型、高电压型和低电压型之分。2.4.4输出接口电路PLC的输出有三种形式，即继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。继电器输出型最常用。当PLC内部有输出时，接通或断开输出电路中继电器的线

23、圈，继电器的触点闭合或断开，通过该触点控制外部负载电路的通断，它既可以带直流负载，也可以带交流负载。很显然，继电器输出是利用了继电器的触点将PLC的内部电路与外部负载电路进行了电气隔离。晶体管输出型是通过光耦合使晶体管截止或饱和以控制外部负载电路的通和断，并同时对PLC内部电路和输出晶体管电路进行了电气隔离，它只能接直流负载。双向晶闸管输出型，采用了光触发型双向晶闸管，使PLC内部电路和外部电路进行了电气隔离，这种晶闸管输出型电路只能接交流负载。2.4.5电源PLC的供电电源是一般市电，也有用直流24V供电的。PLC对电源稳定度要求不高，一般允许电源电压额定值在+%10-%15的范围内波动。P

24、LC有一个稳定电源用于PLC的CPU单元和I/O单元供电,小型PLC电源往往和CPU单元和为一体,中大型PLC都有专门电源单元.有些PLC电源部分还有24VDC输出,用于对外部传感器供电,但电流往往是毫安级.2.4.6 编程器编程器是PLC的重要外围设备.利用编程器将用户程序送入PLC的存储器,还可以用编程器检查程序、修改程序；利用编程器还可以监视PLC的工作状态。编程器一般分简易型和智能型。小型PLC常用简易型编程器，大中型PLC多用于智能型CRT编程器。2.4.7 PLC的软件结构仅有硬件结构是不能构成可编程控制器的，没有软件的计算机什么事情也干不成。在可编程控制器中，软件分为两大部分：第

25、一部分为系统监控程序。它是每一个可编程控制器成品必须包括的部分，是由可编程控制器中的制造者编制的，用于控制可编程器本身的运行。另一部分为用户程序。它是由可编程控制器的使用者编制的，用于控制被控制装置的运行。2.4.8 PLC的外形结构可编程控制器为了便于装入工业现场，便于扩展，便于接线，其外形结构与计算机有很大的不同通常可编程控制器的结构分为单元式和模块式。但近来有将这两种形式结合起来构成叠装式的趋势。 单元式单元式结构的特点是结构紧凑，它将所有的电路集中在一个模块内，构成一个整体。它体积小、重量轻、成本低、安装方便，可直接装入机床或其设备的电控中。为了大到输入输出点数灵活配置且易于扩展的目的

26、，PLC的产品通常都有不同点数的基本单元（M）、扩展单元（E）和扩展模块三部分搭配使第3章 设计方法3.1电机的选择由于设计的是自动往返电动玩具车，所以根据它的特性选择微型直流电机。微型直流电机的种类很多，例如微型直流电机6mm系列型号 JS612M47-ZH3015K 额定功率 0.0001-0.005（kW） 额定电压 1.33V（V） 额定转速 90001500（rpm）、微型直流电机2942 HLY4525 HLY5442 电压：2.4-36.0v转速：2000-15000 功率：1.61-5.77W，HLY3832微型直流电机电压DC12V 空载电流100mA 转速3600r/min

27、 规格直流电机外径38mm 不含轴长度60mm等。下面就以微型电机6mm系列型号JS612M47-ZH3015K微型电机做为驱动电机来设计玩具车。参数：型号 JS612M47-ZH3015K 额定功率 0.0001-0.005（kW） 额定电压 3（V） 额定转速 90001500（rpm）电机的特点及应用:精密的球型轴承，钢制齿轮和铸铝外壳造就了高品质以及坚固的结构； 全寿命油脂润滑的设计提供了免维护运行；中间级斜齿轮结合钢制平行轴的设计提供最大机械效率； 密封齿轮头符合世界通用标准,可安装于狭小空间,且安装方向不受限制； 多种电动机、制动单元和速度控制器的组合满足广泛的应用； 应用 :食品

28、处理机械； 物流搬运设备； 密封和包装设备； 医疗保健器械； 搅拌器； ATM机，十字转门，点钞机； 研磨机，压榨机，木工机械； 娱乐、体育运动器械；3.2控制电路图图4-1是电动机正反转控制的主电路和继电器控制电路图，其中KM1和KM2分别是控制正转运行和反转运行的交流接触器。用KM1和KM2的主触点改变进入电动机的三相电源的相序，即可以改变电动机的旋转方向。图中的FR是热继电器，在电动机过载时，它的常闭触点断开，使KM1或KM2的线圈断电，电动机停转。（行程开关又称限位开关或位置开关。它是一种根据运动部件的行程位置而切换电路工作状态的控制电器。行程开关的动作原理与控制按钮相似，在机床设备中

29、，事先将行程开关根据工艺要求安装在一定的行程位置上，部件在运行中，装在其上撞块压下行程开关顶杆，使行程开关的触点动作而实现电路的切换，达到控制运动部件行程位置的目的）。图4-1 小车自动往复运动的继电器控制电路按下右行起动按钮SB2或左行起动按钮SB3后，要求小车在左限位开关SQ1和右限位开关SQ2之间不停地循环往返，直接按下停止按钮SB1。3.3梯形图图4-2分别是功能与图4-1所示系统相同的PLC控制系统的梯形图。各输入信号均由常开触点提供，因此继电器电路和梯形图中各触点的常开触点的常开触点和常闭触点的类型不变。如果在编程软件中用梯形图语言输入程序，可以采用与图4-1中的继电器电路完全相同

30、的结构来画梯形图。根据PLC外部接线图给出的关系，来确定梯形图中各触点的地址。转换为语句表后，会出现一条如栈指令和一条出栈指令。（设SB1I0.1，SB2I0.2，SB3I0.3，SQ1I0.4，SQ2I0.5，KM1Q0.1，KM2Q0.2）图4-2 梯形图图4-1用两个起保停电路来分别控制电动机的正转和反转。与继电器电路相比，多用了两个常闭触点，但是电路的逻辑关系比较清晰，并且不需要堆找指令。按下正转起动按钮SB2,I0.2变为NO，其常开触点接通，Q0.1的线圈“得电”并自保持，使KMI的线圈通电，电机开始正转运行。按下停止按钮SB1,I0.2变为OFF，其常闭触点断开，使Q0.1线圈“

31、失点”，电机停止运行。在梯形图中，将Q0.1和Q0.2的常闭触点分别与对方的线圈串联，可以保证它们不会同时为ON，因此KM1和KM2的线圈不会同时通电，这种安全措施在继电器电路中称为“互锁”。除此之外，为了方便操作和保证Q0.1和Q0.2不会同时为ON，在梯形图中还设置了“按钮联锁”，即将左行起动按钮控制的I0.3常闭触点与控制右行的Q0.1的线圈串联，将右行起动按钮控制的I0.2的常闭触点与控制左行的Q0.2的线圈串联。设Q0.1为ON，小车右行，这时如果想改为左行，可以不按停止按钮SB1，直接按左行起动按钮SB3，I0.3变为ON，它的常闭触点断开，使Q0.1的线圈“失电”，同时I0.3的

32、常开触点接通，使Q0.2的线圈“得电”并自保持，小车由右行变成左行。梯形图中的软件互锁和按钮联锁电路并不保险，在电机切换方向的过程中，可能原来接通的接触器的主触点的电弧还没有熄灭，另一个接触器的主触点已经闭合了，由此造成瞬时的电源相间短路，使熔断器熔断。此外，如果因主电路电流过大或接触器质量不好，某一接触器的主触点被断电时产生的电弧熔焊而被沾结，其线圈断电后主触点仍然是接通的，这时如果另一接触器的线圈通电，也会造成三相电源短路的事故。为了防止出现这种情况，应在PLC外部设置由KM1 和KM2的辅助常闭触点组成的硬件互锁电路，假设KM1的主触点被电弧熔焊，这时它与KM2线圈串联的辅助常闭触点处于

33、断开状态，因此KM2的线圈不可能得电。为使小车的运动在极限位置自动停止，将右限位开关I0.4的常闭触点与控制左行的Q0.2的线圈串联，将左限位开关I0.5的常闭触点与控制右行的Q0.1的线圈串联。为使小车自动改变运动方向，将左限位开关I0.5的常开触点与手动起动左行的I0.3的常开触点并联，将右限位开关I0.4的常开触点与手动起动右行的I0.2的常开触点并联。假设按下左行起动按钮I0.3，Q0.2变为ON，小车开始左行，碰到左限位开关时，I0.2的常闭触点断开，使Q0.2的线圈“断电”，小车停止左行。I0.2的常开触点接通，使Q0.1的线圈“通电”，开始右行。以后将这样不断地往返运动下去，直到

34、按下停止按钮I0.1。3.4语句表LD I0.2O Q0.1O I0.4AN I0.1AN I0.5AN I0.3AN Q0.2= Q0.1 LD I0.3O Q0.2O I0.5AN I0.1AN I0.4AN I0.2AN Q0.1= Q0.2第4章 硬件系统、软件软件设计4.1硬件系统在系统结构上，我们所设计实现的自动往返电动小汽车的控制系统由按下相应的按钮产生的信号通过输入单元输入中央处理器，中央处理器接受并存储从编程器键入的程序和数据，用扫描方式接收输入设备的状态或数据，并将输入状态或数据存入输入印象区或数据寄存器PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户程序，经指令解释后按指令规

35、定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路，分时、分渠道地去执行数据的存取，传送，组合，比较和变换等操作，完成程序中规定的逻辑或算术运算等任务。根据运算结果，更换有关影象区的状态和输出状态寄存器的内容，最后通过输出单元将中央处理器送出的弱电信号转换成现场需要的电平信号，驱动被控设备的执行元件,以驱动电动机拖动小车运动.4.2软件系统软件设计包括设计系统初始化程序、主程序、子程序、中断程序、故障应急措施和辅助程序等，小型开关量控制系统一般只有主程序。SWOPC-FXGP/WINC为一个可以用于FX系列可编程控制器的编程软件，可在DOS/Windows下运行。在SWOPC-FXGP/WINC

36、中，可通过线路符号、列表语言及SFC符号来创建指令程序，建立注释数据及设置寄存器数据。也可以创建顺控程序以及将其存储为文件，用打印机印出来。该程序在串行系统中可以与可编程控制器进行通信、文件传输、操作监控以及各种测试功能。设计中软件主要用与编程,编程的主要方式有梯形图、语句表等.最常用的是梯形图。第5章 安装与调试5.1安装 首先安装工作台，如图5-1在距离小车右行5米处工作台上安上挡板，在挡板上与小车车前板（小车直线运动最先碰到挡板的地方）同等高度的地方安行程开关，左行5米处也以同样的方法安上行程开关，在对程序进行模拟调试设计一个的同时，可以设计、制作控制屏，PLC之外其他硬件的安装、接线工

37、作也可以同时进行。因为PLC控制系统不能装进小车，所以将控制系统安装在工作台外，在将小车与行程开关分别与PLC控制系统进行连接。图5-15.2调试完成硬件的安装和接线后，应对硬件的功能进行检查，观察各输入点的状态变化是否能送给PLC。首先应检查各部分是否通电正常，接通电源，按下开关看小车是否能启动，如果小车启动能正常运行说明通电正常，如果小车不能就需要检查电路并检修。其次检查信号是否正确，按下SB2看小车是否右行，如果小车能右行就说明信号输入正确，如果小车左行说明线路接反，应立即改正线路。在小车行进过程中看小车能否碰到行程开关，如果不能就需要调整行程开关位置，同时也要看小车碰到行程开关是否能改

38、变方向，如果小车碰到行程开关改变了方向说明行程开关电源正常并且反馈信号正确。第6章 体会与进一步的改进设想 在设计的过程中有很多不足的地方，比如设计的距离是有限的，必定考虑到经济性和方便性，如过需要行经得更远，那就需要更长的线路，线路长不仅经济上开销大，而且很不方便，一但小车行进过程中碰到线就很容易被阻挡。如果使用无线电遥控器控制那就能使控制方便而且节约材料无线电遥控器的工作原理：无线电遥控器的分类和组成：要了解无线电遥控就必须首先知道什么是无线电遥控，无线电遥控就是利用电磁波在远距离上，按照人们的意志实现对物体对象的无线操纵和控制，这种无线控制的方式就叫做无线电遥控。无线电遥控遥控技术的诞生

39、，起源于无线电通讯技术，最初的构想是无线电电报技术的建立，真空电子管的发明使得无限电技术的应用和普及很快应用在民用和军用等各个领域。在第一次世界大战时，无线电遥控应用较多的是在军事上，将遥控装置安装在鱼雷，当鱼雷发射后利用遥控鱼雷去攻击敌方的船只和舰艇，使得鱼雷的命中率大大的提高。到了第二次世界大战时，纳粹德国又将无线电遥控系统安装在V2火箭上，对英国伦敦进行了大规模的轰炸，在那时可以说无线电遥控技术发挥到了极至。后来随着晶体管的发明和集成电路的诞生，无线电遥控技术达到了更加完善的程度，现如今我们所知道导弹、卫星、航天飞机等高科技技术都是利用无线电遥控技术的结晶，它已经不再是军事领域唯一成员，

40、我们的日常生活可以说是已经离不了无线电遥控，如：遥控监视、报警、遥控电视、遥控玩具等等。那么，无线电遥控是怎样划分的呢？又是怎样工作的呢？下面我们就来谈谈这个问题。从无线电遥控的定义上看，所有能够实现无线遥控的控制系统，都应视为无线电遥控装置，为此我们按其发射和接收波谱频率上分，有音频声控、可见光控、红外线控、射频电磁波控和载频电磁波控等；按发射和接收的传输方式上分，有再生式、超再式、外差式、超外差式、等幅、调幅式和调频式等等；如果按发射和接收的载体性质上分，有单音频式遥控、双单音频式遥控、脉冲数字式遥控等等；如果我们按发射和接收的动作类型上分，有开关式、占空比式、脉宽式、脉位式、复合式、时分

41、比例式和混合比例式等等；如果按发射和接收的通道数量上分，有单通道、双通道、四通道、八通道和十通道以上的多通道等等；如果再按发射和接收频率波长上分，有长波、中波、短波或低频、高频和甚高频等等；从发射和接收的电路组成上看，有分立元件、集成电路、模拟电路、数字电路、混合电路等等。可以说从广义上看无线电遥控技术的种类和方式多种多样，我们不能一一的详尽。为了能使大家对无线电遥控有更加深刻的了解，我们先介绍一下模型用无线电遥控设备和电路的组成。无线电遥控模型的设备一般都包括以下几个部分遥控发射机、遥控接收机、执行舵机、电子调速器组成。1. 遥控发射机就是我们所说的遥控器，它是来操控我们的车模或船模的，由于

42、它外部有一个长长的天线，遥控指令都是通过机壳外部的控制开关和按钮，经过内部电路的调制、编码，再通过高频信号放大电路由天线将电磁波发射出去。目前模型常用的遥控发射机有三种类型：一种是盒式按键手持用的小型遥控发射机；一种是便携杆式遥控发射机；另一种是手持枪式遥控发射机。前一种多为开关式模拟电路的遥控系统，为一般普通的玩具遥控车模、船模或航模使用，电路的设计和制作比较简单，动作的指令都为“开”和“关”两种，虽然通道的数量可以很多，遥控的性能和距离较低。而发射机为杆式和枪式两种通常为比例式的无线电遥控器，在动态仿真模型中是当今最为流行的遥控操作系统，由于这两种在调制、编码和电路的组成等方式的不同，其性

43、价比有很大的差异，所以在价格上也不同。比例遥控杆式发射机有两个操纵杆，左边的杆用来控制模型车的速度及刹车（前进或后退），右边的杆控制模型车的方向。枪式发射机用一个转轮（方向盘）和一个类似手枪扳机的操纵杆来分别控制方向和速度。除了这些基本功能之外，一些较高级发射机还运用了先进的电脑技术，增加了许多附加的功能，如储存多种模型车、船的调整数据，一机多用；有计时、计圈功能，方便练习和比赛；有大型液晶显示屏幕，可显示工作状态和各种功能。这两种遥控发射机的基本原理大体上是相同的，只是遥控发射机的外形和操控方式不同罢了，也许有要人问：那种类型的好？其实关键是你自己的习惯，喜欢那种操控方式，一旦你选好了类型，

44、最好不要在中途随便更换发射机的类型，这样会改变你的操控习惯。2. 遥控接收机遥控接收机是安装在车模或船模上用来接收无线电信号的。它会处理来自遥控发射机的无线电信号，将所接收的信号进行放大、整形、解码，并把接收来的控制信号转换成执行电路可以识别的音频信号或是数字脉冲信号，传输给车模上或船模上的其他电子部件，如：舵机电路、电子调速器电路等执行机构，这样一来我们的车模或船模，就会通过这些执行机构来完成我们所发出的动作指令。由于接收机是装在模型飞机上、车上或船上的，一般都尽量做得很小巧，有两个火柴合大小，重量仅几十克，但大都为具有很高的灵敏度，性能低一些的接收距离也有几百米，而好的却能接收千米外发射来

45、的无线电信号。接收机一般都要与发射机配套使用，通常使用专用的电池组或使用六伏直流电源（4节5号电池）。3. 伺服舵机舵机是把从接收机传来的信号转换为机械的动作的一种机电一体的装置，主要作用是把接收机收到的电信号转换成相应的机械动作，借此完成方向和速度的控制。伺服舵机根据不同用途又可分为普通舵机、强力舵机和微型舵机。普通舵机能满足一般使用要求；强力舵机通常被用在较大的模型或受力较大的控制机构上（如越野车的转向机构）；微型舵机则常被用于尺寸和受力都比较小的模型车模或船模上。但有的舵机也常分离成单独的个体，这种机电分离的形式常用在非比例执行的控制电路当中，早年我们常把它称作随动器或擒纵器，实际就是一

46、个齿轮减速装置，现在的一些开关型的遥控系统常采用它。比例舵机则与往常大不一样，不仅体积小而且精密，是现在比例遥控系统常用的动作执行机械。4. 电子调速器电子调速器就是我们通常所说的电调，是专门用在电动遥控模型上的动力输出控制装置，它是控制车模或船模上的电动机的转速和正转反转的一种电子控制电路。也可以说电子调速器是接收来自接收机控制信号的一种放大装置，它将所接收到的比例信号放大成电动机可直接使用的电压和电流供电动机工作。它与普通的机械式调速器相比，有体积小、寿命长、效率高、输出功率大的优点。一些高级的电子变速器还运用了数码技术，采用高频操作，有多种程式刹车、温控自动保护以及自动断电等功能。 无线

47、电遥控器的工作原理：前面我们介绍了模型无线电遥控器的组成，下面我们再介绍一下模型无线电遥控器的工作原理和控制原理，本文以一般的动态模型用四通道比例遥控设备系统为例，介绍一下它的发射机、接收机、舵机、电子调速器等部分的工作原理。无线电遥控器的外形如图l所示：它是四通道比例遥控发射机设备，外部开关和各部分名称则分别为：在发射机机壳的面板上分别有两个控制l、2通道和3、4通道动作指令的操纵杆，又称遥控杆。对应X轴与Y轴方向的两个操纵杆的两边分别相对应的是4个通道的微调装置，可分别对1、2通道和3、4的控制动作进行细致的微调。在发射机后面的电池盖下，一共设置有6个舵机或电子调速器的换向开关，分别用于变

48、换舵机摇臂的偏转方向。在左下角则是可插拔的石英晶体振荡器，用于变换遥控器的工作频率。图2所示的是接收机和舵机、电子调速器，以及接收机电源装置所组成的接收控制系统，其中接收机是用来接收从发射机传来的指令信号，经过放大、解码等处理后，指挥舵机和电子调速器作出与发射机指令相对应的动作。接收机电池是专门给接收机和舵机供电的，由4节普通5号干电池或镍氢电池串联而成。动力电池组则是给电子调速器提供工作能源，它一般采用较大容量的电池或蓄电池组成。所谓比例控制，简单说来就是当我们把发射机上的操纵杆由中立位置向某一方向偏移一角度时，与该动作相对应的舵机摇臂也同时偏移相应的角度，舵机摇臂偏转角度与发射机操纵杆偏移

49、角度成比例，如图3显示了发射机执行舵机与船模舵面的动作关系。当发射机操纵杆(或对应的 微调杆)往左、右偏转或回复中立时，执行舵机的摇臂也随之相应地往左、右偏转或回复中立，带动船模的舵面往左,右偏转或回复中立，操纵杆(或微调杆)、舵机摇臂、模型舵面偏转的角度大小成比例。船模的动力推进系统也是一样，只不过舵机换成了电子调速器，由调速器去控制推进电机的加速与减速、正转与反转，使船模达到满意的速度控制。限于文章的篇幅船模的推动系统在这里就不一一的介绍了。四通道的比例遥控设备,可以同时对模型进行四个不同动作进行比例控制。由于船模的只有方向舵和螺旋浆推进电机两个控制系统，所以一般只需两个通道就足够了，而遥

50、控航模飞机则一般须有四个通道来完成，如：发动机油门、升降舵、方向舵和副翼，当然也需要四个舵机来控制，比例控制是十分接近载人船只和飞机的操纵，也是比较理想的遥控操纵系统。下面我们在这里简要谈一谈比例遥控设备的工作原理。发射机的组成如图4所示,它基本上是由操纵器、编码电路、开关电路、高频电路所组成。操纵器与可变电位器电路连接，而可变电位器又与信号发生电路和编码器电路连接，编码器所产生的信号通过开关电路搭载在高频无线电发射器上由天线发送出去,这个过程有点像用火车运载货物,操纵者相当于货运调度员,动作指令信号相当于货物，而高频无线电波相当于火车，把“货物“搬上“火车“的这个过程称为调制，将信号调制为A

51、M称调幅，而将信号调制为FM则称调频。至于说在遥控器中标明PPM和PCM，只是编码调制的方式不同，PPM为脉位调制，而PCM则为脉宽调制，前者是在发射时将模拟信号转换为数字信号 ，而接受时再将数字信号转换为模拟信号，经放大电路驱动执行机械动作。而PCM则不同，它是一种纯数字信号输出的形式，所以信号还原好，受到的外界干扰也小，并且电路的设计和调试也相对简单。那么发射机和接收机是怎样发射和接受信号的呢？下面我们简单的介绍一下它的发射和接收原理。当遥控发射机发出的无线电波时,TaTd操纵杆用脉冲信号及Ts矩形波(共5个信号)组成一个周波，在1秒时间内大约自动重复出现30个周波，比例脉冲的宽度一般为1

52、.5ms0.5ms。 TaTd分别与和操纵杆连接的可变电位器相对应，当操纵杆运动时,TaTd的信号随之改变其时间宽度，促使与接收机连接的舵机边做出相应成比例的动作。Ts信号不是用于操纵杆的，它是一个固定的时间脉冲，它有较长的时间宽度，其作用是当接收机由于杂音信号干扰而引起信号排列紊乱时，它能自动整形使接收机能够识别。在脉冲信号之间的To是没有无线电信号的间隔期，也就是我们所说的脉冲宽度，它能使接收机可靠地区别多个连续的脉冲信号。接收机组成如：它基本上是由选频电路、放大电路、译码电路等部分组成。从接收放大电路出来的脉冲信号，通过译码电路后就能分别独立地取出由发射机发出的操纵杆动作信号TaTd，并分配到不同的译码地址输出口。这个过程有点像货物运达目的地车站后，把货物卸下来并分类送给不同的使用者。接收电路相当于接货和卸货人员，它把