【摘 要】 西門子PLC控制系統(tǒng)由于具有控制精度高、可靠性好、使用簡便等優(yōu)點(diǎn)，在舞臺(tái)機(jī)械行業(yè)中已被廣泛的應(yīng)用。下面簡單介紹PLC控制系統(tǒng)，以及其在舞臺(tái)機(jī)械行業(yè)中的具體應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】 PLC控制系統(tǒng) 舞臺(tái)機(jī)械行業(yè) 應(yīng)用
舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備是主要用于舞臺(tái)演出、服務(wù)于舞臺(tái)美術(shù)和表演藝術(shù)的專用機(jī)械設(shè)備，它使五彩斑斕的文化藝術(shù)表演的表現(xiàn)形式更加新穎，更加迷人，更加完美。這樣使得演出的表現(xiàn)力與感染力大大增強(qiáng)，深受觀眾的喜愛，為演出的成功創(chuàng)造了有力的條件，舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備在現(xiàn)代化大型影劇院、綜合性多功能會(huì)議廳、演播廳以及體育館等表演場所中是必需的設(shè)備。自從進(jìn)入20世紀(jì)以來，隨著先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)械化舞臺(tái)的發(fā)展也進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)代，通過機(jī)—電—液技術(shù)的運(yùn)用，使舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備具備以下優(yōu)點(diǎn)：即運(yùn)行越來越平穩(wěn)、定位越來越準(zhǔn)確、同步運(yùn)行的精度相當(dāng)高、噪音很低等，而且其運(yùn)行速度和空間位置的變化越來越豐富，在操作時(shí)，也比較靈活、方便，靈活、快捷地實(shí)現(xiàn)了推、拉、升、降、轉(zhuǎn)等各種功能的組合變化，使機(jī)械與藝術(shù)完美地結(jié)合起來。
傳統(tǒng)的舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)都是利用繼電器、接觸器進(jìn)行控制的，這種控制方式存在著很多不足：舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備的數(shù)量太多、控制系統(tǒng)電子元器件的數(shù)量也太多、接線比較復(fù)雜、電路的可靠性不高、控制系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)問題，不方便維修，并且準(zhǔn)確自動(dòng)定位和管理的難度大大增加，不利于演出的成功。而用PLC開發(fā)的舞臺(tái)吊桿控制系統(tǒng)，可以消除這些不足。在實(shí)際的舞臺(tái)機(jī)械控制系統(tǒng)中，當(dāng)輸入輸出變量的邏輯管理與控制的數(shù)量比較多時(shí)，通過可編程控制器的使用可以取得良好的效果，能把設(shè)備的功能完美無缺地發(fā)揮出來，使產(chǎn)品的檔次提高、內(nèi)耗降低，也提高了舞臺(tái)工作系統(tǒng)的可靠性與安全性。舞臺(tái)控制系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶的實(shí)際需求舞臺(tái)控制系統(tǒng)，對PLC程序進(jìn)行修改，使聯(lián)鎖、互鎖以及組合功能發(fā)生改變，對控制系統(tǒng)的控制功能與流程進(jìn)行調(diào)整，對任何硬件與接線都不需要更改，使維修改造越來越簡便，更加安全可靠，還可以節(jié)省成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。除此之外，利用PLC所固有的通訊功能，為劇場舞臺(tái)機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)微機(jī)聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)造了有利條件。
1 舞臺(tái)基本的機(jī)械設(shè)備
一套完美的舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備必須要包括兩個(gè)部分：（1）臺(tái)上機(jī)械：寬銀幕架，無級調(diào)速大幕機(jī)，活動(dòng)假臺(tái)口，電動(dòng)吊桿，燈光吊籠，燈光吊桿，對開二道幕，單點(diǎn)吊機(jī)，防火隔離幕等。（2）臺(tái)下機(jī)器：升降欄桿，樂池升降臺(tái)，機(jī)械車臺(tái)，機(jī)械升降臺(tái)等。對于完美的舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備不可缺少以上部分。
2 西門子PLC控制系統(tǒng)硬件組成
可以說，舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備決定著舞臺(tái)表現(xiàn)效果，因此，一定要確保舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)的安全性，可靠性，操作方便性，同時(shí)還要提高其控制精度，下面是上述舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，其原理是采用西門子S7-300可編程控制器，通過以太網(wǎng)與上位機(jī)相聯(lián)。
1臺(tái)上位主控計(jì)算機(jī)與1臺(tái)可移動(dòng)式計(jì)算機(jī)共同組成了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其中上位主控計(jì)算機(jī)的主要任務(wù)是為設(shè)備的正常運(yùn)行提供全功能控制欲操作，主要包括單體設(shè)備的控制、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、設(shè)備連鎖、預(yù)選擇設(shè)備、編組運(yùn)行、設(shè)定運(yùn)動(dòng)參數(shù)、場景序列、場景記憶、故障診斷等等；而移動(dòng)式計(jì)算機(jī)的任務(wù)有所不同，它只有運(yùn)行操作的功能，因?yàn)橹骺赜?jì)算機(jī)控制其權(quán)限，使系統(tǒng)的操作安全有保障。西門子人機(jī)界面運(yùn)用的是觸摸屏，在通過編程組態(tài)之后，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)故障、檢修或設(shè)備簡化控制時(shí)控制和管理舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行，主要功能如下：單體設(shè)備的控制、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、設(shè)備連鎖、預(yù)選擇設(shè)備、編組運(yùn)行、設(shè)定運(yùn)動(dòng)參數(shù)等。
S7-300的模塊組成了1號主站和2號主站，其中的模塊主要包括：CPU、開關(guān)量輸入/輸出模塊、電源模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、模擬量輸入/輸出模塊等。
3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)
舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)的程序如圖1：
可以看出該系統(tǒng)運(yùn)用漢子菜單提示，圖形按鈕選擇方式，相關(guān)操作是在程序的提示下完成的，這樣用戶使用起來比較方便。根據(jù)用戶的具體需求，菜單一般有如下選項(xiàng)：參數(shù)設(shè)置、模擬顯示、裝臺(tái)、幫助信息、運(yùn)行、退出等等。
運(yùn)行環(huán)境：軟件基于Windows 計(jì)算機(jī)操作平臺(tái)，此平臺(tái)具有安全可靠的特點(diǎn)，面向操作人員的界面與工程組態(tài)都是中文版的舞臺(tái)控制系統(tǒng)，這樣使操作人員使用起來更方便。
4 PLC控制系統(tǒng)在舞臺(tái)機(jī)械行業(yè)中的具體應(yīng)用
下面對PLC控制系統(tǒng)在舞臺(tái)吊桿中的應(yīng)用作具體分析。
舞臺(tái)吊桿在演出場館和劇場中得到了廣泛的應(yīng)用，因?yàn)槠涔δ荦R全，且利用率很高，吊桿控制方式一般為繼電器、接觸器進(jìn)行控制。在每個(gè)劇場中吊桿的數(shù)目都比較多，接線復(fù)雜，容易出現(xiàn)故障，運(yùn)用PLC控制系統(tǒng)可以解決以上問題。
可編程控制器是由傳統(tǒng)繼電器控制方式與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而形成的。它具有很多優(yōu)點(diǎn)，功能比較齊全，還具有報(bào)警、診斷、監(jiān)控等功能，可以和多種通訊接口及模塊相搭配，和其他PLC、計(jì)算機(jī)共同組成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，PLC的應(yīng)用是相當(dāng)靈活的，它具有模塊化的軟件設(shè)計(jì)，又具有“積木”式硬件結(jié)構(gòu)，適應(yīng)各種各樣的控制要求，可靠性高，具有良好的抗干擾性能。
控制系統(tǒng)的要求：
（1）舞臺(tái)吊桿主要用來懸掛幕布。在表演時(shí)，通過不斷地變換表演背景，同時(shí)利用燈光的變幻，可以大大增強(qiáng)舞臺(tái)效果和藝術(shù)魅力，因?yàn)榈鯒U的換景都是在場間黑場的間隔進(jìn)行的，這就要保證吊桿的控制高“智能化”，設(shè)備平穩(wěn)地運(yùn)行并且定位要準(zhǔn)確，控制系統(tǒng)具備場次管理的性能。綜合考慮各種因素，控制系統(tǒng)必須要具備以下特點(diǎn)：在惡劣環(huán)境中仍能正常運(yùn)行，具有良好的穩(wěn)定性以及較強(qiáng)的抗干擾能力，而PLC具備這些功能。
（2）舞臺(tái)吊桿的數(shù)量往往很多，這樣，PLC需要管理的開關(guān)量、模擬量等也比較多，所以，系統(tǒng)的PLC控制器要具備擴(kuò)容能力、高效率的運(yùn)算能力和管理能力以及足夠大的存儲(chǔ)空間。
（3）為了使舞臺(tái)吊桿的控制正常實(shí)現(xiàn)，要把軟件因素和硬件因素綜合起來考慮，已達(dá)到最佳效果，把研華工業(yè)控制機(jī)作為上位管理機(jī)，SLC5/05系統(tǒng)作為下位PLC，都采用太網(wǎng)通訊，傳輸?shù)乃俾蕿?0Mbp/s，這樣完全適應(yīng)控制的需求。控制系統(tǒng)圖如下：
下位PLC硬件的設(shè)計(jì)如圖2。
依據(jù)吊桿系統(tǒng)的具體要求，位置反饋、變頻器故障、手動(dòng)操作信號等控制余點(diǎn)組成了吊桿控制開關(guān)量輸入信號，PLC是通過1746-IB32模塊來實(shí)現(xiàn)的，而吊桿的速度最快可以達(dá)到0.8m/s，也就是說每秒鐘編碼器都會(huì)輸出800個(gè)脈沖信號，HSCE2的計(jì)數(shù)頻率為50KHZ，完全可以實(shí)現(xiàn)高精度。
控制系統(tǒng)要求吊桿能夠準(zhǔn)確定位，且無極變速，而SLC5/05配置了相關(guān)的輸出模塊，這樣變頻器的調(diào)速控制可以方便地進(jìn)行。上位機(jī)網(wǎng)卡型號為3COM Ether Link III ISA，下位機(jī)自身配有太網(wǎng)接口。效率如此高的通訊手段為上下位機(jī)的同步操作性能以及精度的控制提供了保障。
軟件設(shè)計(jì)分為上位機(jī)和下位機(jī)：
上位操作系統(tǒng)是通過Rsview32開發(fā)的，其工作平臺(tái)為WINDOWS95。系統(tǒng)可以對吊桿的升降情況和操作按鈕進(jìn)行仿真。對吊桿的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，相應(yīng)的B3：XX文件在“按鈕”被觸發(fā)時(shí)被激活，此文件被置入數(shù)據(jù)，且被送到下位機(jī)，同樣，設(shè)備運(yùn)行時(shí)被賦予對應(yīng)的N7：XX文件并被送到上位機(jī)。這樣就實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的監(jiān)控功能。
下位機(jī)PLC軟件是RSLogix500編寫的.工作平臺(tái)是Windows95，具有以下優(yōu)點(diǎn)：程序結(jié)構(gòu)清晰、很容易調(diào)試等。
5 結(jié)語
總之，西門子PLC控制系統(tǒng)由于其控制精度高、使用簡便、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，在舞臺(tái)機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。
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