发布时间 : 星期三 文章基于PLC的舞台机械控制系统的研究与设计更新完毕开始阅读1dd785ebaeaad1f346933f0f
基于PLC的舞台机械控制
杆控制系统中。
1.3 研究的主要内容
本文主要研究PLC组成的集散式控制系统在现代舞台吊杆控制技术中的应用。具体研究内容或要达到的主要功能如下：
在台仓两侧、侧台两侧、总监室、设备层两侧各装一个紧急停止按钮，信号分别进入PLC，做紧急停止控制；台仓两侧紧急停止按钮停止台面设备运行；设备层两侧紧急停止按钮停止台上设备运行；侧台两侧、总监室紧急停止按钮停止所有设备运行。
（1）吊杆控制要分别考虑过流过载保护、松绳保护、上下运动互锁等条件。 （2）定位吊杆、灯光吊杆的速度为0.3m/s，编码器每个脉冲对应2mm。 （3）调速吊杆的调速范围0～50HZ。 （4）变频调速用端子控制。
（5）计算机控制还应具有编程功能，就是将整个剧目需要运行的设备设置成多个场次，通过时间和位置控制，编成程序，在上位机监控下，按单场／全场两种方式运行。
为此应建立过程数据库，用来储存输入的数字量、模拟量、数字输出、模拟输出或者计算块、功能块等过程控制的指令代码，通过应用程序来完成一个控制或监视。拟要解决的关键问题,控制系统必须达到较高的可靠性，具体的措施有：
(1)采取自动控制和手动控制两套系统，互为备份；
(2)采用分散控制，集中管理的模式。上位机仅起管理、监控、显示、编辑、保存等作用，控制功能由可靠性较高的可编程控制器控制，而且每道吊杆由各自独立的PLC控制，相互不影响。
2、定位精度——吊杆的定位精度必须满足演出要求，但精度也不是越高越好，一般为5mm即可。要达到这个精度，必须采用高速计数方式。
3、界面友好性——这是任何系统都应具备的条件，吊杆控制系统也不例外。
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2.系统概述
2.1舞台机械设备的功能与特点
舞台机械种类繁多，运动形式变化多样，结构庞大，且无统一标准，设备运行速度、空间位置变化丰富多彩，推、拉、升、降各种组合变化灵活。按舞台机械在舞台中的空间位置可将舞台机械分为台上部分和台面部分。台上部分主要是防火大幕、对开大幕、假台口、灯光渡桥、灯光吊笼、吊杆类、吊挂类和幕类机械，实现升降和水平运动；台面设备包括主升降台、侧车台、后车台、大转台、车台、车台补台、微动补台、升降乐池和栏杆车台等，主要完成平移、转动、和升降运动。
下面将各种舞台机械简要介绍：
(1)幕类机械
大幕是舞台上使用最频繁的设备之一，采用无级调速控制，使大幕的运动随剧情需要，可随时变化速度，起到烘托艺术氛围的作用，均有伸缩式的开合可使幕布在运动中呈现均匀折叠，美观大方。起落对开大幕实现二维运动，丝杠式卷筒驱动对开，起落对开均为无极调速，可随时控制快、慢、启、停，运动灵活。
电动对开二道幕是剧场演出时换景、换场的重要设备，起分割演出区域的作用。采用电动对开，还可以随吊杆升降，并可安装在任何一道吊杆上。此外，还有前沿幕、吸音幕、防火隔离幕等幕类装置。
(2)吊挂类机械
活动假台口具有改变台口尺寸、安装各种灯具、适当调节音响效果、进行特技摄影等功能。活动假台口有电动曳引式升降片和电动左右侧片组成，三片均可上人操作。灯光渡桥是用于舞台上部布置顶灯灯具的主要设备。它可将舞台两侧的一层天桥通过码头连接起来，工作人员可在其上方便地调节灯光。采用电动曳引带配重的方式驱动。灯光吊笼是舞台上布置侧光灯具的设备。为框架结构，有二层上人平台，可操作灯光，备有伸缩梯可供操作人员上下。按不同的要求实现电动垂直升降、台深平移和台心平移及任意组合运动(三维)。灯光排架是布置顶光的机械设备，采用电动曳引驱动。
还有吸音体、活动灯光墙和声反射罩等。 (3)吊杆类机械
电动、手动两用吊杆采用曳引式带配重的驱动方式。具有电动吊杆易操作、易管理、省力的特点，也具有手动吊杆“跟戏好”，便于应急的特点。电动、手动切换容易。此外，还有电动吊杆、手动复式吊杆、手动单式吊杆和垂直吊杆等。
(4)台类机械
大型多层多块升降台是以液压驱动，由计算机实现实时分时控制的多功能升降设备。各块、各层均可单独运动或同步联动，构成各种不同高度的台阶，组成大型立体道具。大型组合旋转台可以实现转中有升降、转中有台阶、转动中有转动的运动运动效果。设备采用浮动式自压紧摩擦驱动装置驱动。利用计算机控制、实现转台、反可逆旋转及无级调速。操作方便，定位准确，运行平稳。大型机械车台是实现舞台大面积大行程平移的机械设备。可根据剧情参加演出，能迅速准确地实现按场，换景等。采用有效的导向系统，使车台在移动过程中与固定台的间隙小，运行平稳。速度能实现无级变化，使演出更加逼
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真。液压升降乐池是乐队演出的场所，利用乐池升降机可扩大观众厅，扩大舞台，延伸表演区。采用液压技术，升降平稳，噪音低。并通过剪插结构使行程放大。组合式升降乐池采用丝杠传动实现垂直升降。在乐池台面下组合台能伸缩并补平的机械装置。乐池升起后，伸缩台向观众厅伸出并补平台面。补平台、伸缩台先后复位后，可降至观众厅和乐池面．主要用于传统戏剧、时装表演和乐队演奏。
（5）吊杆简介
吊杆是一种悬吊装置，装在舞台上空，用它提升景片、挂设幕布、悬吊灯具等。它的数量多、使用频繁，是舞台上必备的设备。它与起重卷扬机的构造基本相同，其不同之处在于它通过杆体吊起景物、灯具或幕布等，杆体较长，故吊点较多，一般为4～6个吊点。单台吊杆的主要技术参数有：吊重4000N～8000N，速度O～0．8m／s，行程18～20 m。吊杆的控制主要为控制速度、位置(行程)，使操作者能方便、可靠地实现预定的运行速度和位置精度。同时，还应具备单根吊杆的单控功能，多根吊杆的组控功能。
2.2原理框图
系统原理框图如图2.2所示。
图2.2
2.3方案的论证与选择 2.3.1工业控制概况
可编程逻辑控制器（Programmable Logical Controller）简称为PLC。
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是继电器逻辑控制系统与微机相结合的产物。在工厂自动化中有广泛应用。
PLC的功能
条件控制、定时控制、计数控制、顺序控制、数据处理、通信与连网功能等。
PLC的特点
可靠性高、编程容易、组合灵活、输入/输出功能模块齐全、安装方便、运行速度快等。
PLC广泛用于工厂自动化系统，由于其成本低，性能可靠，目前是工厂里应用最广泛的逻辑器件。单片机顾名思义实际上就是一个一片IC就是一个最简单的计算机，自己可以往里写程序，用途也非常广泛，主要用于一些智能化的仪表，家电等，体积小。DCS是前几年比较流行的计算机离散控制系统，主要用于过程控制，比如化工冶金等行业，近几年时髦起来的FCS叫现场总线，说是DCS的替代，但是有的地方还不是很成熟，在相当一段时间里这两种系统会共存。
2.3.2 方案的选择
单片机的编程麻烦，可读性差，实时控制不太占优势，但是他的成本低，控制方式比较灵活，单片机技术含量高，使用灵活但是工作量很大的，对于抗干扰、模块化要求低，成本低廉，应用广泛。特别适合于开发消费电子、商业应用的电子、玩具、家电等等。
PLC对于实时控制来说就比较优越，他的编程方式简单，可以用指令或是梯形图来进行编程，易学易懂，但是成本较高，适合用于工业控制。优势为高可靠性和稳定性。 缺陷是PLC的体系结构是封闭的，各PLC厂家的硬件体系互不兼容， 编程语言及指令系统也各异，当用户选择了一种PLC产品后，必须选择与其相应的控制规程，并且学习特定的编程语言。 PLC是专为工业自动化设计的，在控制电路这一块，功能的强大是前两者无法比拟的，通过多种多样的扩展模块，使外部接线量小、内部工作性能的可靠性高，易学易懂，虽然单个CPU贵，但性价比是最高的目前工控机的劣势
尽管工控机与普通的商用计算机机相比，具有得天独厚的优势，但其劣势也是非常明显的--数据处理能力差，具体如下：
(1) 配置硬盘容量小； (2) 数据安全性低； (3) 存储选择性小。
综合比较单片机、可编程控制器（PLC）、工控机等的优缺点和控制系统所要实现的控制要求，确定由可编程控制器来实现对系统功能的实现。
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