【文章內(nèi)容簡介】 成程序，在上位機監(jiān)控下，按單場／全場兩種方式運行。 為此應(yīng)建立過程數(shù)據(jù)庫，用來儲存輸入的數(shù)字量、模擬量、數(shù)字輸出、模擬 輸出或者計算塊、功能塊等過程控制的指令代碼，通過應(yīng)用程序來完成一個控制或監(jiān)視。 擬要解決的關(guān)鍵問題 ,控制系統(tǒng)必須達到較高的可靠性，具體的措施有： (1)采取自動控制和手動控制兩套系統(tǒng)，互為備份； (2)采用分散控制，集中管理的模式。上位機僅起管理、監(jiān)控、顯示、編輯、保存等作用，控制功能由可靠性較高的可編程控制器控制，而且每道吊桿由各自獨立的 PLC控制，相互不影響。 定位精度 —— 吊桿的定位精度必須滿足演出要求，但精度也不是越高越好，一般為 5mm即可。要達到這個精度，必須采用高速計數(shù)方式。 界面友好性 —— 這是任何系統(tǒng)都應(yīng)具備的條件，吊桿控制系統(tǒng)也不例外。 基于 PLC 的舞臺機械控制 7 舞臺機械設(shè)備的功能與特點 舞臺機械種類繁多，運動形式變化多樣，結(jié)構(gòu)龐大，且無統(tǒng)一標準，設(shè)備運行速度、空間位置變化豐富多彩，推、拉、升、降各種組合變化靈活。按舞臺機械在舞臺中的空間位置可將舞臺機械分為臺上部分和臺面部分。臺上部分主要是防火大幕、對開大幕、假臺口、燈光渡橋、燈光吊籠、吊桿類、吊掛類和幕類機械，實現(xiàn)升降和水平運動；臺面設(shè)備包括主升降臺、側(cè)車臺、后車臺、大轉(zhuǎn)臺、車臺、車臺補臺、微動補臺、升降樂池和欄桿車臺等，主要完成平移、轉(zhuǎn)動 、和升降運動。 下面將各種舞臺機械簡要介紹： (1)幕類機械 大幕是舞臺上使用最頻繁的設(shè)備之一，采用無級調(diào)速控制，使大幕的運動隨劇情需要，可隨時變化速度，起到烘托藝術(shù)氛圍的作用，均有伸縮式的開合可使幕布在運動中呈現(xiàn)均勻折疊，美觀大方。起落對開大幕實現(xiàn)二維運動，絲杠式卷筒驅(qū)動對開，起落對開均為無極調(diào)速，可隨時控制快、慢、啟、停，運動靈活。 電動對開二道幕是劇場演出時換景、換場的重要設(shè)備，起分割演出區(qū)域的作用。采用電動對開，還可以隨吊桿升降，并可安裝在任何一道吊桿上。此外，還有前沿幕、吸音幕、防火隔離幕等幕類裝 置。 (2)吊掛類機械 活動假臺口具有改變臺口尺寸、安裝各種燈具、適當調(diào)節(jié)音響效果、進行特技攝影等功能?；顒蛹倥_口有電動曳引式升降片和電動左右側(cè)片組成，三片均可上人操作。燈光渡橋是用于舞臺上部布置頂燈燈具的主要設(shè)備。它可將舞臺兩側(cè)的一層天橋通過碼頭連接起來，工作人員可在其上方便地調(diào)節(jié)燈光。采用電動曳引帶配重的方式驅(qū)動。燈光吊籠是舞臺上布置側(cè)光燈具的設(shè)備。為框架結(jié)構(gòu)，有二層上人平臺，可操作燈光，備有伸縮梯可供操作人員上下。按不同的要求實現(xiàn)電動垂直升降、臺深平移和臺心平移及任意組合運動 (三維 )。燈光排架是布置頂 光的機械設(shè)備，采用電動曳引驅(qū)動。 還有吸音體、活動燈光墻和聲反射罩等。 (3)吊桿類機械 電動、手動兩用吊桿采用曳引式帶配重的驅(qū)動方式。具有電動吊桿易操作、易管理、省力的特點，也具有手動吊桿“跟戲好”，便于應(yīng)急的特點。電動、手動切換容易。此外，還有電動吊桿、手動復(fù)式吊桿、手動單式吊桿和垂直吊桿等。 (4)臺類機械 大型多層多塊升降臺是以液壓驅(qū)動，由計算機實現(xiàn)實時分時控制的多功能升降設(shè)備。各塊、各層均可單獨運動或同步聯(lián)動，構(gòu)成各種不同高度的臺階，組成大型立體道具。大型組合旋轉(zhuǎn)臺可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)中有升降、轉(zhuǎn)中有臺階、 轉(zhuǎn)動中有轉(zhuǎn)動的運動運動效果。設(shè)備采用浮動式自壓緊摩擦驅(qū)動裝置驅(qū)動。利用計算機控制、實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺、反可逆旋轉(zhuǎn)及無級調(diào)速。操作方便，定位準確，運行平穩(wěn)。大型機械車臺是實現(xiàn)舞臺大面積大行程平移的機械設(shè)備?？筛鶕?jù)劇情參加演出，能迅速準確地實現(xiàn)按場，換景等。采用有效的導(dǎo)向系統(tǒng)，使車臺在移動過程中與固定臺的間隙小，運行平穩(wěn)。速度能實現(xiàn)無級變化，使演出更加逼基于 PLC 的舞臺機械控制 8 真。液壓升降樂池是樂隊演出的場所，利用樂池升降機可擴大觀眾廳，擴大舞臺，延伸表演區(qū)。采用液壓技術(shù)，升降平穩(wěn)，噪音低。并通過剪插結(jié)構(gòu)使行程放大。組合式升降樂池采用絲杠傳動實 現(xiàn)垂直升降。在樂池臺面下組合臺能伸縮并補平的機械裝置。樂池升起后，伸縮臺向觀眾廳伸出并補平臺面。補平臺、伸縮臺先后復(fù)位后，可降至觀眾廳和樂池面．主要用于傳統(tǒng)戲劇、時裝表演和樂隊演奏。 （ 5）吊桿簡介 吊桿是一種懸吊裝置，裝在舞臺上空，用它提升景片、掛設(shè)幕布、懸吊燈具等。它的數(shù)量多、使用頻繁，是舞臺上必備的設(shè)備。它與起重卷揚機的構(gòu)造基本相同，其不同之處在于它通過桿體吊起景物、燈具或幕布等，桿體較長，故吊點較多，一般為 4～ 6個吊點。單臺吊桿的主要技術(shù)參數(shù)有：吊重 4000N～ 8000N，速度 O～ 0． 8m／ s，行程 18～ 20 m。吊桿的控制主要為控制速度、位置 (行程 )，使操作者能方便、可靠地實現(xiàn)預(yù)定的運行速度和位置精度。同時，還應(yīng)具備單根吊桿的單控功能，多根吊桿的組控功能。 原理框圖 系統(tǒng)原理框圖如圖 所示。 圖 方案的論證與選 擇 工業(yè)控制概況 可編程邏輯控制器（ Programmable Logical Controller）簡稱為 PLC?；?PLC 的舞臺機械控制 9 是繼電器邏輯控制系統(tǒng)與微機相結(jié)合的產(chǎn)物。在工廠自動化中有廣泛應(yīng)用。 PLC 的功能 條件控制、定時控制、計數(shù)控制、順序控制、數(shù)據(jù)處理、通信與連網(wǎng)功能等。 PLC 的特點 可靠性高、編程容易、組合靈活、輸入 /輸出功能模塊齊全、安裝方便、運行速度快等。 PLC 廣泛用于工廠自動化系統(tǒng)，由于其成本低，性能可靠，目前是工廠里應(yīng)用最廣泛的邏輯器件。單片機顧名思義實際上就是一個一片 IC 就是一個最簡單的計 算機，自己可以往里寫程序，用途也非常廣泛，主要用于一些智能化的儀表，家電等，體積小。 DCS 是前幾年比較流行的計算機離散控制系統(tǒng)，主要用于過程控制，比如化工冶金等行業(yè)，近幾年時髦起來的 FCS 叫現(xiàn)場總線，說是 DCS 的替代，但是有的地方還不是很成熟，在相當一段時間里這兩種系統(tǒng)會共存。 方案的選擇 單片機的編程麻煩，可讀性差，實時控制不太占優(yōu)勢，但是他的成本低，控制方式比較靈活，單片機技術(shù)含量高，使用靈活但是工作量很大的，對于抗干擾、模塊化要求低，成本低廉，應(yīng)用廣泛。特別適合于開發(fā)消費電子、商業(yè)應(yīng)用的電 子、玩具、家電等等。 PLC 對于實時控制來說就比較優(yōu)越，他的編程方式簡單，可以用指令或是梯形圖來進行編程，易學(xué)易懂，但是成本較高，適合用于工業(yè)控制。優(yōu)勢為高可靠性和穩(wěn)定性。 缺陷 是 PLC 的體系結(jié)構(gòu)是封閉的，各 PLC 廠家的硬件體系互不兼容， 編程語言及指令系統(tǒng)也各異，當用戶選擇了一種 PLC 產(chǎn)品后，必須選擇與其相應(yīng)的控制規(guī)程，并且學(xué)習(xí)特定的編程語言。 PLC 是專為工業(yè)自動化設(shè)計的，在控制電路這一塊，功能的強大是前兩者無法比擬的，通過多種多樣的擴展模塊，使外部接線量小、內(nèi)部工作性能的可靠性高，易學(xué)易懂，雖然單個CPU 貴，但性價比是最高的 目前工控機的劣勢 盡管工控機與普通的商用計算機機相比，具有得天獨厚的優(yōu)勢，但其劣勢也是非常明顯的 數(shù)據(jù)處理能力差，具體如下： (1) 配置硬盤容量??； (2) 數(shù)據(jù)安全性低； (3) 存儲選擇性小。 綜合比較單片機、可編程控制器（ PLC）、工控機等的優(yōu)缺點和控制系統(tǒng)所要實現(xiàn)的控制要求，確定由可編程控制器來實現(xiàn)對系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。 基于 PLC 的舞臺機械控制 10 硬件設(shè)計 可編程控制器（ PLC）概述 可編程控制器（ Programmable controler 簡稱 PC），早期稱為可編程序邏輯控制器（ Programmable Logic controler 簡稱 PLC），是專門為工業(yè)自動控制而設(shè)計的一種控制裝置。鑒于現(xiàn)在 PC 已成為個人計算機（ Personal Computer）的代名詞，為避免混淆，一般仍將 PLC 作為可編程控制器的簡稱。 可編程控制器的功能 可編程控制器的主要功能有： 邏輯控制功能。用 PLC 的與、或、非指令取代繼電器觸電串聯(lián)、并聯(lián)和其他邏輯連接，進行開關(guān)控制。 (1)定時 /計數(shù)控制功能。用 PLC 提供的定時器、計數(shù)器指令實現(xiàn)對某種操作的定時或記數(shù)控制。 (2)順序控制功能。用步進指令來實現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成后，才能進行下一道工序操作的控制。 (3)數(shù)據(jù)處理功能。 PLC 能進行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)值轉(zhuǎn)換、算術(shù)運算 與邏輯運算以及編碼和譯碼等操作。 (4)A/D與 D/A轉(zhuǎn)換功能。通過 A/D、 D/A模塊完成模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。 (5)運動控制功能。通過高速計數(shù)模塊和位置控制模塊等進行單軸或多軸控制。 (6)過程控制功能。通過 PLC 的 PID 控制模塊實現(xiàn)對溫度、壓力、速度、流量等物理量進行閉環(huán)控制。 (7)擴展功能。通過連接輸入輸出擴展單元（即 I/O 擴展單元）模塊來增加輸入輸出點數(shù)，也可以通過附加各種智能單元及特殊功能但原來提高 PLC 的控制能力。 (8)遠程控制功能。通過遠程 I/O 單元將分散在遠距離的各種輸入輸出設(shè)備與 PLC 主機相連接，進行遠程控制。 (9)通信聯(lián)網(wǎng)功能。通過 PLC 之間或與主控計算機的聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)較大規(guī)模的系統(tǒng)控制。 (10)監(jiān)控功能。 PLC 能構(gòu)建時系統(tǒng)運行的狀態(tài)，對異常情況進行報警、顯示、故障診斷以及自動終止其運行。 可編程控制器的基本性能指標 輸入輸出點數(shù)（ I/O 點數(shù)） 指可編程控制器外部輸入輸出端子數(shù)，這是 PLC的一項非常重要的技術(shù)指標，常用 I/O 點數(shù)來表征 PLC 的規(guī)模。 (1)掃描速度 一般只 PLC執(zhí)行一條指令的時間，單位為 us/步；有時也以執(zhí)行一千條指令的時間來計算，單位為 ms/千步。 (2)內(nèi)存數(shù)量 一般指 PLC 存儲用戶程序的多少。 指令條數(shù) 指令條數(shù)（指令種類）的多少是衡量 PLC 軟件功能強弱的主要指標。 (3)內(nèi)部寄存器 內(nèi)部寄存器的配置情況是衡量 PLC 硬件功能的一個指標。 基于 PLC 的舞臺機械控制 11 (4)高功能模塊 將高功能模塊與主模塊搭配，可實現(xiàn)一些特殊功能。常用的高功能模塊有： A/D 模塊、 D/A 模塊、高速計數(shù)模塊、位置控制模塊、通信模塊、高級語言編輯模塊等等。 另外，使用 PLC 時，還應(yīng)該考慮電源電壓、抗噪聲性能、直流輸出電壓、環(huán)境溫度、濕度、質(zhì)量和外形尺寸等性能指標。 PLC 型號的選擇 目前， PLC在國際市場上已經(jīng)成為非常暢銷的工業(yè)控制產(chǎn)品，采用 PLC設(shè)計自動控制系統(tǒng)已經(jīng)成為世界潮流。 PLC 的生產(chǎn)廠家和品種很多，其中著名的廠商有 :美國的 AB(ALLENBRADLY)公司、通用電氣公司等。歐洲有德國的西門子（ SIEMENS）公司，法國的 TE 公司等。日本有 OMREN（歐姆龍）、三菱、富士等公司。中國從 20世紀 70年代后期相繼引進了 PLC控制系統(tǒng)和 PLC生產(chǎn)線，進入90 年代， PLC 的應(yīng)用已滲透到了國名經(jīng)濟的各個部門和工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域， 例如：在上海寶鋼建設(shè)的一、二期工程中，就使用了國外 12 個廠家 30 多種機型，共計 600 多臺 PLC。目前國內(nèi)也已經(jīng)自行研制、開發(fā)、生產(chǎn)出許多小型PLC，應(yīng)用于工廠的自動化系統(tǒng)中。 德國西門子公司的可編程控制器 SIMATIC S5 系列產(chǎn)品在中國較早形成市場，在大部分工業(yè)生產(chǎn)過程自動化控制領(lǐng)域，都得到過成功的應(yīng)用，并開發(fā)了占有市場的一些標準的硬件和軟件。 1996 年 SIMENS 公司推出 SIMATIC S7 系列的 PLC，它包括小型 PLC S7200，中型 PLC S7300，大型 PLC S7400。 PLC 模塊選擇 本系統(tǒng)選擇西門子 S7300 系列 PLC 進行設(shè)計。 S7300 系列 PLC 是一種通用型 PLC，能適合自動化工程中的各種應(yīng)用場合，尤其是在生產(chǎn)制造工程中的應(yīng)用。 S7300 基于模塊化、無風扇結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用 DIN 標準導(dǎo)軌安裝，配置靈活、安裝簡單、維護容易、擴展方便，各種模塊可以進行廣泛的組合和擴展。 構(gòu)成系統(tǒng)的主要模塊有：中央處理器單元（ CPU）、信號模塊 (SM)、通行處理模塊 (CP)、功能模塊 (FM)；輔助模塊有：電源模塊 (PS)、接口模塊 (IM)；特殊模塊有：占位模塊 (DM 370)、仿真模塊 (SM 374)。 CPU S7300 系列 PLC 屬于西門子 PLC 產(chǎn)品中的中檔產(chǎn)品，擁有各種不同性能的CPU 模塊，以滿足不同的需要。標準型 CPU 單元模塊一般包括：后備電池、DC24V 連接器、模式選擇開關(guān)、狀態(tài)機故障指示器、 RS485 編程接口、 MPI。CPU313 以上產(chǎn)品還配有微存儲器（ MMC）（用于在斷電時保存用戶程序及數(shù)據(jù)）。部分 CPU 還配置有 PROFIBUS DP（現(xiàn)場總線接口）或 PtP(點對點 )串行通信接口。緊湊型 CPU 還集成有數(shù)字量和模擬量 I/O 通道。 根據(jù)控制系統(tǒng)對 CPU 的要求，同時分析其功能，確定選擇 CPU 313C 模塊。 SM321 數(shù)字量 輸入模塊 SM321 數(shù)字量輸入模塊用于連接工業(yè)現(xiàn)場的標準開關(guān)、二線制接近開關(guān)（ BERO）等數(shù)字量（或開關(guān)量）輸出器件。為了防止信號干擾模塊內(nèi)部均設(shè)有濾波器，為了將來自現(xiàn)場的數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)換成 PLC 內(nèi)部信號電平，內(nèi)部還設(shè)置了光電隔離