【正文】 而引領(lǐng)觀眾進(jìn)入更深的藝術(shù)境界而采用的各類機(jī)械裝置的總稱，是藝術(shù)創(chuàng)作必不可少的科學(xué)技術(shù)結(jié)晶。由于采用了先進(jìn)的技術(shù)，因此 控制精度可以達(dá)到很高，平穩(wěn)性、寧?kù)o度、全性等也均能滿足使用要求，令演出成為更加絢麗多彩的舞臺(tái)藝術(shù)，滿足基于 PLC 的舞臺(tái)機(jī)械控制 4 人們高尚的精神需要。舞臺(tái)設(shè)備只有少量的木制器具，還算不上真正的舞臺(tái)機(jī)械。大都用人力推動(dòng)絞盤驅(qū)動(dòng)，通過(guò)復(fù)雜的滑車?yán)K索系統(tǒng)傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)其動(dòng)作。 1896年，電力 驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)出現(xiàn)于德國(guó)慕尼黑地方劇院。從 18世紀(jì)末到 19世紀(jì)卡玎的近百年間，歐洲的舞臺(tái)機(jī)及其控制技術(shù)隨著舞臺(tái)藝術(shù)和 1：業(yè)技術(shù)的發(fā)展而空前發(fā)展。有人說(shuō)，存西方高新技術(shù)應(yīng)用得最集中的，除了軍事部門，就是藝術(shù)娛樂(lè)業(yè)了。如美國(guó)百老匯的 音樂(lè)劇，法國(guó)麗都、紅磨坊的歌舞，這類商業(yè)性演出以及迪斯尼、拉斯維加斯、好萊塢等娛樂(lè)場(chǎng)所，更是充分運(yùn)用資金優(yōu)勢(shì)，刻意標(biāo)新立異，用盡一切高新技術(shù)手段?？傊?，國(guó)外在舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、尤其是控制系統(tǒng)運(yùn)用了更多的高新技術(shù)成果：如計(jì)算機(jī)技術(shù)．?dāng)?shù)控技術(shù)，液壓技術(shù)，傳感反饋技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)， DCS技術(shù)等等，這些新技術(shù)的應(yīng)用使得機(jī)械設(shè)各的運(yùn)行速度，空間位置變化豐富多彩，使推，拉，升，降，轉(zhuǎn)各種功能的組合變化更加靈活，舞臺(tái)藝術(shù)更完美 、更逼真。所以你們也應(yīng)該不會(huì)感到意外，美國(guó)舞臺(tái)在 1 19世紀(jì)引進(jìn)并模仿了很多英國(guó)的舞臺(tái)技術(shù)。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀對(duì)比 (1)整體工藝配置：在舞臺(tái)工藝設(shè)置的研究、設(shè)備選型、設(shè)備技術(shù)參數(shù)的正確、合理確定方面，我國(guó)的工程技術(shù)人員相對(duì)經(jīng)驗(yàn)不足，在決定使用功能 這個(gè)根本問(wèn)題上與國(guó)外有一定差別。由于設(shè)計(jì)中對(duì)關(guān)鍵性的要求、對(duì)設(shè)備控制的要求不明確等原因，使得設(shè)備在整體性能上不夠理想。 (4)控制系統(tǒng)：由于對(duì)演出及演出中機(jī)械設(shè)備的作用理解不夠， 造成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在滿足舞臺(tái)表演的特殊要求方面有一定欠缺，如；可靠性、安全性考慮較好。在多變性 (重復(fù)、插入、修改等 )的差距較大，采用的電器元器件的質(zhì)量壽命也有一定的差距，歐洲舞臺(tái)機(jī)械控制系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是滿足DINVl9250第 5級(jí)安全標(biāo)準(zhǔn)；軸控制器和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)為亢余配置；采用 10Mbil／ S總線傳輸數(shù)據(jù)：電器硬件基于工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；軟件是各公司為舞臺(tái)專門開(kāi)發(fā)；基于 PLC 的舞臺(tái)機(jī)械控制 5 兼有電磁兼容 (EMC)設(shè)計(jì)；具有場(chǎng)景運(yùn)行、記憶運(yùn)行、手動(dòng)運(yùn)行、輔助運(yùn)行、手動(dòng)介入和應(yīng)急控制等功能。國(guó)內(nèi)外一些改造劇場(chǎng)的情況表明，機(jī)械本體的投資往往是一次性的，能用上幾十年甚至上百年，而多年以后重新改造的往往是電器控制系統(tǒng)。由于舞臺(tái)上吊桿數(shù)量眾多，相應(yīng)地所需繼電器和接觸器的數(shù)量非?？捎^，接線也非常復(fù)雜，再加上繼電器 —— 接觸器控制是有觸點(diǎn)控制，使得控制系統(tǒng)的可靠性較差。 隨 著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，使得舞臺(tái)吊桿的定位控制、參數(shù)控制成為可能。以單片機(jī)為核心的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)小型、價(jià)格低廉，因此廣泛應(yīng)用于智能儀器、儀表和小規(guī)模的測(cè)控系統(tǒng)中妲 1。目前在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用最多的是各種智能顯示調(diào)節(jié)儀表和智能變換器。隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的 PLC也具備了模擬量控制功能。早期應(yīng)用中，系統(tǒng)是以 PC機(jī)為核心，設(shè)計(jì)人員根據(jù)需要設(shè)計(jì)好系統(tǒng)需要的 I／ O接口電路，將其插入 PC的擴(kuò)展槽中，再利用 C等通用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。 I／ O接口電路，獨(dú)立開(kāi)發(fā)系統(tǒng)軟件。更重要的是，為了使三種控制技術(shù)發(fā)揮各自所長(zhǎng)，許多智能儀表和 PLC都開(kāi)發(fā)了與 IPC通信的通信模塊。在這樣的系統(tǒng)中，智能儀表和 PLC完成信號(hào)的前沿檢測(cè)和控制功能， IPC和組態(tài)軟件則用于系統(tǒng)的監(jiān)控。這也是目前舞臺(tái)機(jī)械 (包括舞臺(tái)吊桿 )控制系統(tǒng)研究開(kāi)發(fā)的趨勢(shì)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也經(jīng)歷了單片機(jī)控制到 PLC控制。 近年來(lái)，由于組態(tài)技術(shù)的發(fā)展，基于通用組態(tài)軟件，以 IPC為上位監(jiān)控機(jī)，以 PLC為數(shù)據(jù)采集和控制機(jī)而構(gòu)成的集散式 (分布式 )控制系統(tǒng)是豐流方向。 研究的主要內(nèi)容 本文主要研究 PLC組成的集散式控制系統(tǒng)在現(xiàn)代舞臺(tái)吊桿控制技術(shù)中的應(yīng)用。 （ 1）吊桿控制要分別考慮過(guò)流過(guò)載保護(hù)、松繩保護(hù)、上下運(yùn)動(dòng)互鎖等條件。 （ 3）調(diào)速吊桿的調(diào)速范圍 0～ 50HZ。 （ 5） 計(jì) 算機(jī)控制還應(yīng)具有編程功能，就是將整個(gè)劇目需要運(yùn)行的設(shè)備設(shè)置成多個(gè)場(chǎng)次，通過(guò)時(shí)間和位置控制，編成程序，在上位機(jī)監(jiān)控下，按單場(chǎng)／全場(chǎng)兩種方式運(yùn)行。 擬要解決的關(guān)鍵問(wèn)題 ,控制系統(tǒng)必須達(dá)到較高的可靠性，具體的措施有： (1)采取自動(dòng)控制和手動(dòng)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。 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。 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。按舞臺(tái)機(jī)械在舞臺(tái)中的空間位置可將舞臺(tái)機(jī)械分為臺(tái)上部分和臺(tái)面部分。 下面將各種舞臺(tái)機(jī)械簡(jiǎn)要介紹： (1)幕類機(jī)械 大幕是舞臺(tái)上使用最頻繁的設(shè)備之一，采用無(wú)級(jí)調(diào)速控制，使大幕的運(yùn)動(dòng)隨劇情需要，可隨時(shí)變化速度，起到烘托藝術(shù)氛圍的作用，均有伸縮式的開(kāi)合可使幕布在運(yùn)動(dòng)中呈現(xiàn)均勻折疊，美觀大方。 電動(dòng)對(duì)開(kāi)二道幕是劇場(chǎng)演出時(shí)換景、換場(chǎng)的重要設(shè)備，起分割演出區(qū)域的作用。此外，還有前沿幕、吸音幕、防火隔離幕等幕類裝 置?；顒?dòng)假臺(tái)口有電動(dòng)曳引式升降片和電動(dòng)左右側(cè)片組成，三片均可上人操作。它可將舞臺(tái)兩側(cè)的一層天橋通過(guò)碼頭連接起來(lái)，工作人員可在其上方便地調(diào)節(jié)燈光。燈光吊籠是舞臺(tái)上布置側(cè)光燈具的設(shè)備。按不同的要求實(shí)現(xiàn)電動(dòng)垂直升降、臺(tái)深平移和臺(tái)心平移及任意組合運(yùn)動(dòng) (三維 )。 還有吸音體、活動(dòng)燈光墻和聲反射罩等。具有電動(dòng)吊桿易操作、易管理、省力的特點(diǎn)，也具有手動(dòng)吊桿“跟戲好”，便于應(yīng)急的特點(diǎn)。此外，還有電動(dòng)吊桿、手動(dòng)復(fù)式吊桿、手動(dòng)單式吊桿和垂直吊桿等。各塊、各層均可單獨(dú)運(yùn)動(dòng)或同步聯(lián)動(dòng)，構(gòu)成各種不同高度的臺(tái)階，組成大型立體道具。設(shè)備采用浮動(dòng)式自壓緊摩擦驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)。操作方便，定位準(zhǔn)確，運(yùn)行平穩(wěn)?？筛鶕?jù)劇情參加演出，能迅速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)按場(chǎng)，換景等。速度能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變化，使演出更加逼基于 PLC 的舞臺(tái)機(jī)械控制 8 真。采用液壓技術(shù)，升降平穩(wěn)，噪音低。組合式升降樂(lè)池采用絲杠傳動(dòng)實(shí) 現(xiàn)垂直升降。樂(lè)池升起后，伸縮臺(tái)向觀眾廳伸出并補(bǔ)平臺(tái)面。 （ 5）吊桿簡(jiǎn)介 吊桿是一種懸吊裝置，裝在舞臺(tái)上空，用它提升景片、掛設(shè)幕布、懸吊燈具等。它與起重卷?yè)P(yáng)機(jī)的構(gòu)造基本相同，其不同之處在于它通過(guò)桿體吊起景物、燈具或幕布等，桿體較長(zhǎng)，故吊點(diǎn)較多，一般為 4～ 6個(gè)吊點(diǎn)。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(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)行速度和位置精度。 原理框圖 系統(tǒng)原理框圖如圖 所示。基于 PLC 的舞臺(tái)機(jī)械控制 9 是繼電器邏輯控制系統(tǒng)與微機(jī)相結(jié)合的產(chǎn)物。 PLC 的功能 條件控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制、順序控制、數(shù)據(jù)處理、通信與連網(wǎng)功能等。 PLC 廣泛用于工廠自動(dòng)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。 DCS 是前幾年比較流行的計(jì)算機(jī)離散控制系統(tǒng)，主要用于過(guò)程控制，比如化工冶金等行業(yè)，近幾年時(shí)髦起來(lái)的 FCS 叫現(xiàn)場(chǎng)總線，說(shuō)是 DCS 的替代，但是有的地方還不是很成熟，在相當(dāng)一段時(shí)間里這兩種系統(tǒng)會(huì)共存。特別適合于開(kāi)發(fā)消費(fèi)電子、商業(yè)應(yīng)用的電 子、玩具、家電等等。優(yōu)勢(shì)為高可靠性和穩(wěn)定性。 PLC 是專為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的，在控制電路這一塊，功能的強(qiáng)大是前兩者無(wú)法比擬的，通過(guò)多種多樣的擴(kuò)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(gè)CPU 貴，但性價(jià)比是最高的 目前工控機(jī)的劣勢(shì) 盡管工控機(jī)與普通的商用計(jì)算機(jī)機(jī)相比，具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，但其劣勢(shì)也是非常明顯的 數(shù)據(jù)處理能力差，具體如下： (1) 配置硬盤容量小； (2) 數(shù)據(jù)安全性低； (3) 存儲(chǔ)選擇性小。 基于 PLC 的舞臺(tái)機(jī)械控制 10 硬件設(shè)計(jì) 可編程控制器（ PLC）概述 可編程控制器（ Programmable controler 簡(jiǎn)稱 PC），早期稱為可編程序邏輯控制器（ Programmable Logic controler 簡(jiǎn)稱 PLC），是專門為工業(yè)自動(dòng)控制而設(shè)計(jì)的一種控制裝置。 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。 (1)定時(shí) /計(jì)數(shù)控制功能。 (2)順序控制功能。 (3)數(shù)據(jù)處理功能。 (4)A/D與 D/A轉(zhuǎn)換功能。 (5)運(yùn)動(dòng)控制功能。 (6)過(guò)程控制功能。 (7)擴(kuò)展功能。 (8)遠(yuǎn)程控制功能。 (9)通信聯(lián)網(wǎng)功能。 (10)監(jiān)控功能。 可編程控制器的基本性能指標(biāo) 輸入輸出點(diǎn)數(shù)（ I/O 點(diǎn)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(xiàng)非常重要的技術(shù)指標(biāo)，常用 I/O 點(diǎn)數(shù)來(lái)表征 PLC 的規(guī)模。 (2)內(nèi)存數(shù)量 一般指 PLC 存儲(chǔ)用戶程序的多少。 (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(gè)指標(biāo)。常用的高功能模塊有： A/D 模塊、 D/A 模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、位置控制模塊、通信模塊、高級(jí)語(yǔ)言編輯模塊等等。 PLC 型號(hào)的選擇 目前， PLC在國(guó)際市場(chǎng)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(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為世界潮流。歐洲有德國(guó)的西門子（ SIEMENS）公司，法國(guó)的 TE 公司等。中國(guó)從 20世紀(jì) 70年代后期相繼引進(jìn)了 PLC控制系統(tǒng)和 PLC生產(chǎn)線，進(jìn)入90 年代， PLC 的應(yīng)用已滲透到了國(guó)名經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門和工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)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(guó)外 12 個(gè)廠家 30 多種機(jī)型，共計(jì) 600 多臺(tái) PLC。 德國(guó)西門子公司的可編程控制器 SIMATIC S5 系列產(chǎn)品在中國(guó)較早形成市場(chǎng)，在大部分工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制領(lǐng)域，都得到過(guò)成功的應(yīng)用，并開(kāi)發(fā)了占有市場(chǎng)的一些標(biāo)準(zhǔn)的硬件和軟件。 PLC 模塊選擇 本系統(tǒng)選擇西門子 S7300 系列 PLC 進(jìn)行設(shè)計(jì)。 S7300 基于模塊化、無(wú)風(fēng)扇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用 DIN 標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝，配置靈活、安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)容易、擴(kuò)展方便，各種模塊可以進(jìn)行廣泛的組合和擴(kuò)展。 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。CPU313 以上產(chǎn)品還配有微存儲(chǔ)器（ MMC）（用于在斷電時(shí)保存用戶程序及數(shù)據(jù)）。緊湊型 CPU 還集成有數(shù)字量和模擬量 I/O 通道。 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(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)關(guān)、二線制接近開(kāi)關(guān)（ BERO）等數(shù)字量（或開(kāi)關(guān)量）輸出器件。 基于 PLC 的舞臺(tái)機(jī)械控制 12 SM321 數(shù)字量輸入模塊有兩種基本的信號(hào)類型：直流信號(hào)輸入和交流信號(hào)輸入。 SM 321（ DI 16 24 VDC 帶硬件和診斷中斷的數(shù)字量輸入模板）具有以下顯著特性： 16 個(gè)輸入點(diǎn)，帶隔離， 16 點(diǎn)為一組 額定輸入電壓 24 VDC 輸入特性曲線符合 IEC 61131，類型 2 適用于開(kāi)關(guān)和 2/3/4 線 BERO(接近開(kāi)關(guān) ) 2 個(gè)防短路的傳感器電源 對(duì)傳感器可適用外部冗余電源 “ Sensor supply (Vs) .” (傳感器電源 (Vs) .)狀態(tài)指示燈 LED 組故障 LED 在“ RUN”模式下可修改參數(shù) 可編程 的診斷 可編程的診斷中斷 可編程的硬件中斷 可編程的輸入延時(shí) SM322 數(shù)字量輸出模塊 SM322數(shù)字量輸出模塊用于將 S7300PLC內(nèi)部的信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)所需要的外部信號(hào)電平，其內(nèi)部均有電隔離電路及功率驅(qū)動(dòng)電路，可直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、小功率電動(dòng)機(jī)、指示燈及電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器等負(fù)載。 SM322 數(shù)字量輸出模塊按功率驅(qū)動(dòng)器件和負(fù)載回路電源的類型可分為：直流電源驅(qū)動(dòng)的晶體管輸出型、交流電源驅(qū)動(dòng)的晶體管輸出型、交 /直流電源驅(qū)動(dòng)的晶體管輸出型。 DO 32 x AC 120/230 V/1 A 的屬性： 32 點(diǎn)輸出，帶保險(xiǎn)絲，電氣隔離為 8 組 輸出電流為 A 額定負(fù)載電壓 120/230 VAC 每組有保險(xiǎn)絲熔斷指示器 適用于 AC 電磁閥、接觸器、啟動(dòng)器、 FHP 電機(jī)和信號(hào)燈 組錯(cuò)誤顯示 (SF) SM331 模擬量輸入模塊 SM331 模擬量 輸入模塊用于將現(xiàn)場(chǎng)各種模擬量測(cè)量傳感器輸出的直流電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為 PLC內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(hào)。 基于 PLC 的舞臺(tái)機(jī)械控制 13 SM 331 SM331 模擬量輸入模塊 ( AI 8 x 13 位 )的特性： 8 點(diǎn)輸入測(cè)量值精度 12 位 + 符號(hào)。 電源模塊（ PS307 5A） S7300 有多種電源模塊可供選擇，其中的 PS307 為戶外型電源模塊，采用直 流供電，輸出 DC 24V； PS307 采用 AC120/230V 供電，輸出為 DC 24V,比較適合大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合。所有模塊出額定輸出電流不同外，其工作原理即對(duì)應(yīng)端子完全一樣。 西門子 PLC 對(duì)于 CPU 313 以上的模塊，需安裝微存儲(chǔ)器（ MMC）才能使系統(tǒng)正常工作。 選擇微存儲(chǔ)卡的容量前，必須先估算系統(tǒng)程序及數(shù)據(jù)所占用的內(nèi)存空間大小，統(tǒng)計(jì)出所有程序及數(shù)據(jù)所占內(nèi)存空間的大小后，考慮一定的裕量，即是所需微存