基于PLC的舞臺(tái)控制系統(tǒng)1引言隨著人們文化生活水平的提高對(duì)舞臺(tái)演出節(jié)目的質(zhì)量要求越來越高舞臺(tái)的現(xiàn)代化智能化是必然的發(fā)展趨勢(shì)國(guó)內(nèi)雖有部分舞臺(tái)參照了國(guó)外的舞臺(tái)形式但整體的技術(shù)水平較低不能滿足舞臺(tái)使用的各種功能要求針對(duì)劇院包括電視臺(tái)演播廳舞臺(tái)的臺(tái)面固定造型風(fēng)格單一舞美總體效果達(dá)不到表演要求的現(xiàn)狀依據(jù)舞臺(tái)建造時(shí)的總體工藝方案氣瓶 現(xiàn)場(chǎng)處置方案 .pdf氣瓶 現(xiàn)場(chǎng)處置方案舞臺(tái)控制系統(tǒng).doc見習(xí)基地管理方案舞臺(tái)控制系統(tǒng).doc關(guān)于群訪事件的化解方案建筑工地?fù)P塵治理專項(xiàng)方案下載設(shè)計(jì)通過PLC控制及機(jī)電液一體化技術(shù)使通信系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)上位計(jì)算機(jī)PLC以及現(xiàn)場(chǎng)智能儀器之間良好快速的通信從而完成了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示與控制實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)的升降移動(dòng)升降旋轉(zhuǎn)升降旋轉(zhuǎn)伸縮伸縮升降等運(yùn)動(dòng)從而達(dá)到舞臺(tái)與舞美演員場(chǎng)景燈光等協(xié)調(diào)變化功能使精彩紛呈的演出更加豐富多彩變幻無窮智能舞臺(tái)一次投資建成后由于其多種舞臺(tái)的組合變化形式可滿足各種演出節(jié)目的要求故可免去許多原來須根據(jù)不同演出搭建不同舞臺(tái)的重復(fù)搭建演出舞臺(tái)的弊端并且還增加了演出的場(chǎng)景變化豐富了演出效果本文以某廣播電視中心800m2演播廳智能舞臺(tái)的設(shè)計(jì)安裝與調(diào)試為研究背景說明關(guān)于失聯(lián)黨員情況說明崗位說明總經(jīng)理崗位說明書會(huì)計(jì)崗位說明書行政主管崗位說明書s7-200[1]在舞臺(tái)的臺(tái)面控制中的應(yīng)用2智能舞臺(tái)控制系統(tǒng)構(gòu)成21舞臺(tái)臺(tái)面組成舞臺(tái)臺(tái)面運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)的升降移動(dòng)升降旋轉(zhuǎn)升降旋轉(zhuǎn)伸縮伸縮升降等運(yùn)動(dòng)舞臺(tái)的基礎(chǔ)變化將達(dá)到數(shù)十到近百種從而達(dá)到舞臺(tái)與舞美演員場(chǎng)景燈光等協(xié)調(diào)變化功能避免了傳統(tǒng)的為一次性使用而反復(fù)搭建基礎(chǔ)舞臺(tái)造成的人力物力財(cái)力的浪費(fèi)縮短了節(jié)目舞臺(tái)準(zhǔn)備周期使精彩紛呈的演出更加豐富多彩變幻無窮智能舞臺(tái)臺(tái)面控制系統(tǒng)主要針對(duì)單元舞臺(tái)臺(tái)面運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制圖1為某廣播電視中心800m2演播廳智能舞臺(tái)臺(tái)面結(jié)構(gòu)包括5個(gè)升降臺(tái)面一個(gè)通道臺(tái)面一個(gè)旋轉(zhuǎn)臺(tái)面和一個(gè)T型臺(tái)面其中15為升降臺(tái)6為通道臺(tái)7為旋轉(zhuǎn)臺(tái)8為帶伸縮功能
的T型臺(tái)8塊活動(dòng)臺(tái)面均有現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)和自動(dòng)工作方式選擇當(dāng)選擇工作方式時(shí)其所有動(dòng)作均由PLC完成通過上位機(jī)監(jiān)控計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)整體舞臺(tái)活動(dòng)臺(tái)面的監(jiān)視和控制圖1舞臺(tái)臺(tái)面構(gòu)成22臺(tái)面運(yùn)動(dòng)控制原理以升降臺(tái)面控制系統(tǒng)為例說明升降臺(tái)面控制回路工作原理[2]如圖2所示舞臺(tái)的臺(tái)面運(yùn)動(dòng)部分由單元舞臺(tái)臺(tái)面叉臂升降和液壓傳動(dòng)結(jié)構(gòu)組成而臺(tái)面監(jiān)控部分由上位監(jiān)控機(jī)和PLC組成泵站提供液壓源系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)由上位機(jī)下達(dá)舞臺(tái)臺(tái)面運(yùn)動(dòng)量的指令PLC接受指令判斷決策然后向泵站電流及液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)出命令泵站開始工作液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中油缸活塞推動(dòng)叉臂機(jī)構(gòu)按輸入要求帶動(dòng)升降舞臺(tái)進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)此時(shí)安裝在叉臂移動(dòng)滾輪上的編碼器開始旋轉(zhuǎn)記錄行程它隨時(shí)檢測(cè)升降臺(tái)的升降高度系統(tǒng)中采用型號(hào)為KSJ1200編碼器其旋轉(zhuǎn)速度為08圈秒在整個(gè)1200mm行程上編碼器約旋轉(zhuǎn)5圈每圈產(chǎn)生500個(gè)脈沖共產(chǎn)生5×5002500個(gè)脈沖平均1個(gè)脈沖代表1200250005mm這樣控制精度可控制在±1mm各升降舞臺(tái)既可獨(dú)立運(yùn)行也可同步運(yùn)行根據(jù)各個(gè)舞臺(tái)的不同要求組合成各種不同尺寸不同形狀及不同面積不同功能的舞臺(tái)同理伸縮舞臺(tái)控制系統(tǒng)的工作原理大致相同圖2升降臺(tái)臺(tái)面控制回路示意圖23臺(tái)面運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)配置如圖3所示舞臺(tái)臺(tái)面控制系統(tǒng)主要由四大部分組成分別是操作臺(tái)PLC控制柜液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和各活動(dòng)單元舞臺(tái)臺(tái)面圖3臺(tái)面運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖1操作臺(tái)操作臺(tái)主要完成系統(tǒng)的操作任務(wù)觸摸屏和工控機(jī)各自獨(dú)立工作在觸摸屏操作界面上可以完成系統(tǒng)的操作任務(wù)具體就是單元舞臺(tái)的各種動(dòng)作在IPC編程界面上可以完成系統(tǒng)的編程2ADAM4520亞當(dāng)姆塊為通訊接口將上位機(jī)與PLC的通信協(xié)議轉(zhuǎn)
換為RS-422RS-485串行通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)起通訊作用3控制柜控制部分由PLC柜和電源控制柜組成PLC柜主要完成系統(tǒng)的控制任務(wù)包括PLC主機(jī)通信模塊輸入模塊輸出模塊等PLC主機(jī)接收到給定值及反饋值信號(hào)后根據(jù)其內(nèi)部的程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算按設(shè)計(jì)要求控制各個(gè)輸出點(diǎn)由執(zhí)行元件實(shí)施具體的動(dòng)作電源控制柜主要完成系統(tǒng)供電保護(hù)系統(tǒng)供電和液壓系統(tǒng)泵站電機(jī)的供電任務(wù)包括斷路器缺相檢測(cè)單元和電機(jī)保護(hù)設(shè)備等組成當(dāng)操作員發(fā)出啟動(dòng)油泵后程序邏輯控制器PLC就給泵站主變頻電機(jī)的接觸器的線圈KM上電主油泵電機(jī)工作油壓上升到設(shè)計(jì)要求后自動(dòng)通知操作員然后操作員可選擇舞臺(tái)效果如按上升命令時(shí)舞臺(tái)上升若所選擇的單元舞臺(tái)上升到位后就給程序邏輯控制器PLC發(fā)出一個(gè)信號(hào)程序邏輯控制器PLC接到此信號(hào)后啟動(dòng)維持正常油壓的維持油泵電機(jī)當(dāng)維持油泵電機(jī)正常工作后切斷主油泵電機(jī)主油泵電機(jī)停止工作這樣主油泵電機(jī)僅在單元舞臺(tái)上升和下降時(shí)工作油壓的維持靠維持電機(jī)來實(shí)現(xiàn)既減少了噪音同時(shí)起到節(jié)能的作用油泵電機(jī)控制流程圖見圖4所示圖4油泵電機(jī)控制流程圖24臺(tái)面運(yùn)動(dòng)控制回路的組成舞臺(tái)臺(tái)面控制回路是由臺(tái)面叉臂傳動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)[4]液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)[3]PLC上位監(jiān)控機(jī)[5]等部分組成其控制回路原理圖參見圖5操作人員通過人機(jī)界面向PLC發(fā)出給定指令測(cè)量裝置對(duì)舞臺(tái)升降及旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)檢測(cè)值與給定值比較PLC經(jīng)邏輯運(yùn)算命令執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)舞臺(tái)升降或旋轉(zhuǎn)圖5臺(tái)面控制回路原理圖3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)31臺(tái)面尺寸115升降臺(tái)位于舞臺(tái)后部尺寸為3700mm×3000mm主臺(tái)面凈升降高度1200mm臺(tái)面閉合高度600mm單元舞臺(tái)組合成單排五列布置安裝在地平面上26
通道臺(tái)位于旋轉(zhuǎn)升降臺(tái)與臺(tái)階升降臺(tái)之間為方便演員在演出過程中順利地從升降臺(tái)到旋轉(zhuǎn)臺(tái)而設(shè)計(jì)當(dāng)演員登上旋轉(zhuǎn)臺(tái)時(shí)通道臺(tái)落到與地面齊平臺(tái)面尺寸為1800mm×940mm臺(tái)面凈升降高度1200mm臺(tái)面閉合高度600mm臺(tái)階升降臺(tái)的靜載300kgm2動(dòng)載150kgm2升降速度2400mmmin旋轉(zhuǎn)臺(tái)面及通道升降臺(tái)面用有機(jī)玻璃裝修而成通道升降臺(tái)與旋轉(zhuǎn)升降臺(tái)組成互動(dòng)升降使旋轉(zhuǎn)升降臺(tái)形成多種立體藝術(shù)效果37旋轉(zhuǎn)臺(tái)位于智能舞臺(tái)中部臺(tái)面尺寸Φ3600mm靜載400kgm2動(dòng)載為150kgm2凈升降高度1200mm升降速度2400mmmin旋轉(zhuǎn)速度6004000mmmin可調(diào)最低高度600mm臺(tái)面可正反向旋轉(zhuǎn)4智能化舞臺(tái)的前部有1個(gè)單元伸縮升降舞臺(tái)[6]也就是8臺(tái)伸縮活動(dòng)舞臺(tái)臺(tái)面尺寸為3700mm×5400mm由3個(gè)3700mm×1800mm臺(tái)面組成伸縮距離分別為1800mm3600mm5400mm伸縮舞臺(tái)基礎(chǔ)高度為450mm舞臺(tái)上3個(gè)升降臺(tái)其臺(tái)面尺寸為3700mm×1800mm升降高度150mm左右與固定臺(tái)補(bǔ)平伸縮臺(tái)靜載為300kgm2伸縮速度2000mmmin固定舞臺(tái)大小面積為20000mm×9600mm高度為600mm載荷為500kgm2由鋼框架及木板制成臺(tái)口臺(tái)階尺寸3700mm×300mm×150mm靜載為300kgm232控制程序流程在控制系統(tǒng)中單元舞臺(tái)臺(tái)面是一個(gè)非常特殊控制對(duì)象與液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相比它質(zhì)量大從幾噸到幾十噸都有臺(tái)面運(yùn)動(dòng)與叉臂運(yùn)動(dòng)是一致的其傳遞函數(shù)近似地看成是一個(gè)比例環(huán)節(jié)液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)間常數(shù)不大所以這里采取邏輯控制策略因?yàn)樯炜s升降臺(tái)和旋轉(zhuǎn)臺(tái)決策原理同升降臺(tái)一樣以升降臺(tái)為例說明其控制原理
根據(jù)廣電中心演播廳的現(xiàn)場(chǎng)要求及技術(shù)指標(biāo)要求5個(gè)升降臺(tái)閉合高度為600mm凈升降高度為1200mm整個(gè)升降高度共分四個(gè)階段完成每一階段高度為300mm每個(gè)升降臺(tái)既可以一次性升降到指定高度后停止也可以分階段升降即每次只升降300mm停止多次升降到指定高度五個(gè)升降臺(tái)可以同步進(jìn)行升降到指定高度值臺(tái)面高度給定值i按照分四個(gè)階段共有五個(gè)高度值分別賦值給五個(gè)變量imax1200imid900imid-600imin300i0下面以1升降單元舞臺(tái)為例闡述其具體的工作過程程序流程如圖6所示圖6PLC網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖33控制系統(tǒng)硬件設(shè)備800m2演播廳智能化舞臺(tái)主要由前區(qū)伸縮T形臺(tái)中區(qū)旋轉(zhuǎn)升降臺(tái)及通道升降臺(tái)固定臺(tái)后區(qū)臺(tái)階升降臺(tái)電氣驅(qū)動(dòng)及液壓傳動(dòng)系統(tǒng)智能化控制系統(tǒng)及軟件等部分組成控制系統(tǒng)硬件設(shè)備如附表附表基本配置表34控制系統(tǒng)監(jiān)控點(diǎn)統(tǒng)計(jì)針對(duì)本文所描述的廣電中心800m2演播廳單元舞臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求共需要監(jiān)控點(diǎn)96個(gè)其中輸入點(diǎn)57個(gè)輸出點(diǎn)39個(gè)根據(jù)廣電中心800m2演播廳活動(dòng)舞臺(tái)設(shè)計(jì)要求采用一臺(tái)PLCS7-200其配置如下1CPU2261個(gè)主機(jī)2EM2233個(gè)擴(kuò)展模塊3EM2321個(gè)擴(kuò)展模塊其中CPU226控制泵站電機(jī)變頻器13泵站及旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)動(dòng)作1EM223輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)15升降臺(tái)升降運(yùn)動(dòng)2EM223輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)升降及通道臺(tái)升降運(yùn)動(dòng)3EM223輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)伸縮T形臺(tái)伸縮及升降運(yùn)動(dòng)EM232作備用PLC網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖7所示圖71舞臺(tái)升降程序流程示意圖4控制系統(tǒng)的監(jiān)控舞臺(tái)臺(tái)面運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)系統(tǒng)監(jiān)控變得簡(jiǎn)單方便有兩種操作方式可以對(duì)舞臺(tái)臺(tái)面運(yùn)動(dòng)進(jìn)行
控制一種是通過觸摸屏另一種是用上位機(jī)組態(tài)軟件進(jìn)行監(jiān)控操作基于Windows平臺(tái)是一個(gè)集成的人機(jī)界面系統(tǒng)和監(jiān)控管理組態(tài)軟件系統(tǒng)可完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理報(bào)警安全機(jī)制流程控制動(dòng)畫顯示趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)智能舞臺(tái)臺(tái)面運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件采用工控組態(tài)軟件采用西門子PPI通訊協(xié)議和RS-232485轉(zhuǎn)換器與S7-200方便快速的通訊針對(duì)舞臺(tái)運(yùn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)要求本文設(shè)計(jì)了顯示系統(tǒng)主畫面實(shí)時(shí)記錄主要參數(shù)的變化及趨勢(shì)并方便地對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置提高監(jiān)控方式安全性能能夠完整記錄報(bào)警時(shí)間報(bào)警類型等使工作人員查錯(cuò)方便以上介紹是對(duì)PLC與工控機(jī)中的組態(tài)軟件的連接而言的在單元舞臺(tái)控制系統(tǒng)中上位機(jī)還有上節(jié)介紹的由臺(tái)灣生產(chǎn)的臺(tái)達(dá)觸摸屏兩套控制系統(tǒng)功能相同但適用性不同觸摸屏的點(diǎn)動(dòng)功能是對(duì)預(yù)置程序功能即時(shí)編程功能隨機(jī)手控功能的一種補(bǔ)充舞臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)主畫面是在管理員輸入密碼進(jìn)入舞臺(tái)監(jiān)控畫面的第一個(gè)畫面在主畫面中的各子畫面名稱與對(duì)應(yīng)的子畫面動(dòng)態(tài)連接如圖8所示圖8監(jiān)控系統(tǒng)主畫面以主升降臺(tái)畫面為例說明主升降臺(tái)控制界面包括五個(gè)升降臺(tái)操作畫面這五個(gè)升降臺(tái)位于舞臺(tái)臺(tái)面后部在此畫面中可以監(jiān)視五個(gè)升降臺(tái)各自運(yùn)動(dòng)狀態(tài)它能準(zhǔn)確地反映每一個(gè)升降臺(tái)的升降方向升降高度的變化同時(shí)精確的顯示升降高度數(shù)還可以進(jìn)行五個(gè)升降臺(tái)的聯(lián)動(dòng)操作主升降臺(tái)畫面如圖9所示圖9主升降臺(tái)畫面5結(jié)束語通過對(duì)智能舞臺(tái)臺(tái)面運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)利用西門子S7-200進(jìn)行了臺(tái)面運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滿足了演出節(jié)目的要求增加了演出的場(chǎng)景變化豐富了演出效果具有明顯的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明該設(shè)計(jì)方案控制效果良好
