欧姆龙PLC在舞台机械中的应用
日期：2008-5-11 22:47:37 来源：《PLC&FA》
点击： 作者：未知
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1 引言
舞台机械设备是现代化大型影剧院、综合性多功能演播厅、会议厅和体育馆等表演场所必不可缺少的设备。在演出舞台中，以吊杆系统与升降舞台为主要设备，配合不同的情节动作，强化舞台艺术效果和增添舞台场景。早期舞台机械设备控制系统采用继电器、接触器控制方式，控制系统故障率高，维修困难，且很难准确自动定位和管理。欧姆龙plc等自动化产品组成控制系统具有结构紧凑，功能完善，可靠性高，在舞台机械控制系统中得到广泛的应用。项目以欧姆龙的plc，触摸屏，编码器为核心的舞台机械控制系统的设计方案，舞台控制方式是在舞台上使用移动触摸屏操作的近控方式与在控制台上自动变化舞台设备的程控方式相结合。舞台控制系统主要由主控制台、现场流动台，控制柜以及现场电机和传感器等部分组成，控制系统实现对舞台机械动力系统进行控制，使其可靠、稳定、连续的运行。系统对舞台机械设备的系统数据进行实时采集，并通过工业计算机触摸屏的人性化的图形界面进行数据的实时显示，使操作人员能在第一时间全面掌握整个系统的运行状况和故障报警情况，还可通过触摸屏进行参数的设定，从而实现对舞台机械全面可靠的自动控制。
2 基于欧姆龙plc的系统配置
本系统被控的舞台机械主要包括：大幕，天幕、二道幕、银幕架、二幕机、三幕机、边沿幕、灯杆和景杆。这些设备由变频器，交流异步电动机及与之配套的电机减速器驱动。其中有些电机的轴端需加装一套增量式旋转编码器。舞台机械电气控制系统通过它们对上述所有舞台机械进行全面的控制和定位，同时采集和显示系统的运行状态、故障报警信息并进行相应的设定及故障分析。舞台控制系统主要有现场触摸屏，主控触摸屏，可编程控制器，变频器和接触器等。其总体结构图如下图1所示。
图1 舞台控制系统总体结构图
2.1 现场移动触摸屏
现场触摸屏采用欧姆龙ns系列触摸屏，在舞台可以和控制室plc进行有线或无线数据传输，操纵舞台上吊杆的升降移动，适合于装台时使用。触摸屏上可以选择需要运动的控制对象，进行运动方式的选择，按下启动便可运行吊杆。触摸屏上实时显示运动对象的位置和状况，具有故障报警等功能。这种移动操作台的使用方便装台卸台，提高舞台运行效率，同时也为舞台演出时提供一个很好的监控点。
2.2 主控触摸屏
主控触摸屏具有丰富的组态图形库，可在系统中用丰富的图形界面直观地反映现场的控制情况。操作人员可以方便地通过操作台对现场的各动作机构进行控制，操作台也提供了丰富的现场舞台机械动作状态的指示，使操作人员在操作过程中一目了然。此外，对需要无级调速的电机，还可以和工控机触摸屏配合实现运行速度的调节和设定，并保存在系统中，实现需要变速场合的舞台机械控制。
监控画面生动美观，符合舞台行业习惯；包含各种图形、字符、图标和位图；实现人机图形操作的个性化界面；图形元件由基本的图形原语任意组合而成。因此，可以做到界面友好、数据分类清晰、可操作性强、操作简单可靠。从而提高舞台机械控制的质量和管理水平，加强事故处理和分析的能力，便于现场工作人员的使用。人机界面具备的基本功能如下：
（1）各种设备单独控制：可以通过十字手柄或屏幕按扭选择需控制的设备；利用 [up]、[dn]、[stop]控制电机的运行/停止和正/反转，并通过指示灯显示。
（2）设备状态监视：显示所有幕机、吊杆的当前位置、上下停止限位开关的状态，便于监视和维修。
（3）通过位置数据输入区设定各种幕、吊杆位置的设定值，以满足控制这些幕、吊杆位置的需要；实现舞台单景运行。
（4）通过速度输入区可以设定吊杆电机的运行速度，可在0-100%的范围内选择；
（5）全自动运行界面；通过预选设备，设定位置时间参数，彩排模式，场景选择，上演模式，操作管理，完成整台演出中舞台设备自动运行。
（6）报警功能：对于可包括能会对系统产生不利影响的事件，系统自动生成报警，以便及时通知工作人员采取相应措施。
（7）操作权限设定：系统管理工程师和操作人员可根据其职责及工作范围的不同给予不同的权限，防止不同级别人员越权操作，防止无关人员进入监控画面。
2.3 位置控制系统
主控制器采用欧姆龙plc，通过基架和扩展架包括：cpu、电源模块、开关量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、高速计数模块；通过基板和扩张架连接，与工控机和移动台通过以太网和无线通讯。
信号的采集采用欧姆龙npn型旋转编码器。此系列编码器可适应dc 5-24v的宽电源电压范围；编码器可对系统的电机进行脉冲闭环反馈以达到精确定位的目的。
电机的驱动使用变频器：将电机的编码器信号经运算后，由控制器输出一定的电压给变频器，控制电机的速度和吊杆的位置。这种闭环构成提高系统准确性和稳定性。
其硬件控制框图如图2所示。
图2 硬件控制结构框图
3 基于欧姆龙plc的软件开发
软件设计主要有触摸屏软件设计、工控机软件设计、plc软件设计。其中plc需要处理大量的数据，需要编制的程序具有较高的执行效率。
欧姆龙plc软件系统采用欧姆龙公司的cx-process系统软件开发，具有编程方便、模块丰富，程序结构清晰、调试方便等优点。舞台吊杆根据设定运行位置，编码器发出反馈信号, 控制器比较高速计数单元值和给定值, 通过pid 控制后, 模拟量输出控制变频器的速度给定，从而实现吊杆的变速和定位控制。同时, 控制系统设置了相应的上下限范围, 针对不同的现场信号，发出声光报警信号或自动停机, 提示用户设备故障, 从而确保设备可靠运行。控制软件流程图如图3所示。
图3 欧姆龙plc吊杆控制软件流程图
4 结束语
综上所述，在舞台设备控制系统中, 涉及大量输入输出变量的逻辑管理和控制时, 利用欧姆龙plc可编程控制器具有独特的优势和卓越的性能。能比较完美的发挥设备的功能, 提高产品档次, 降低内耗, 也使舞台控制系统工作的安全性和可靠性大大提高。
该系统在实际应用中，经历多次话剧等演出，运行可靠，具有很高的推广价值。
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1 引言
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舞台机械设备是现代化大型影剧院、综合性多功能演播厅、会议厅和体育馆等表演场所必不可缺少的设备。在演出舞台中，以吊杆系统与升降舞台为主要设备，配合不同的情节动作，强化舞台艺术效果和增添舞台场景。早期舞台机械设备控制系统采用继电器、接触器控制方式，控制系统故障率高，维修困难，且很难准确自动定位和管理。欧姆龙plc等自动化产品组成控制系统具有结构紧凑，功能完善，可靠性高，在舞台机械控制系统中得到广泛的应用。项目以欧姆龙的plc，触摸屏，编码器为核心的舞台机械控制系统的设计方案，舞台控制方式是在舞台上使用移动触摸屏操作的近控方式与在控制台上自动变化舞台设备的程控方式相结合。舞台控制系统主要由主控制台、现场流动台，控制柜以及现场电机和传感器等部分组成，控制系统实现对舞台机械动力系统进行控制，使其可靠、稳定、连续的运行。系统对舞台机械设备的系统数据进行实时采集，并通过工业计算机触摸屏的人性化的图形界面进行数据的实时显示，使操作人员能在第一时间全面掌握整个系统的运行状况和故障报警情况，还可通过触摸屏进行参数的设定，从而实现对舞台机械全面可靠的自动控制。
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2 基于欧姆龙plc的系统配置
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本系统被控的舞台机械主要包括：大幕，天幕、二道幕、银幕架、二幕机、三幕机、边沿幕、灯杆和景杆。这些设备由变频器，交流异步电动机及与之配套的电机减速器驱动。其中有些电机的轴端需加装一套增量式旋转编码器。舞台机械电气控制系统通过它们对上述所有舞台机械进行全面的控制和定位，同时采集和显示系统的运行状态、故障报警信息并进行相应的设定及故障分析。舞台控制系统主要有现场触摸屏，主控触摸屏，可编程控制器，变频器和接触器等。其总体结构图如下图1所示。
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图1 舞台控制系统总体结构图
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2.1 现场移动触摸屏
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现场触摸屏采用欧姆龙ns系列触摸屏，在舞台可以和控制室plc进行有线或无线数据传输，操纵舞台上吊杆的升降移动，适合于装台时使用。触摸屏上可以选择需要运动的控制对象，进行运动方式的选择，按下启动便可运行吊杆。触摸屏上实时显示运动对象的位置和状况，具有故障报警等功能。这种移动操作台的使用方便装台卸台，提高舞台运行效率，同时也为舞台演出时提供一个很好的监控点。
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2.2 主控触摸屏
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主控触摸屏具有丰富的组态图形库，可在系统中用丰富的图形界面直观地反映现场的控制情况。操作人员可以方便地通过操作台对现场的各动作机构进行控制，操作台也提供了丰富的现场舞台机械动作状态的指示，使操作人员在操作过程中一目了然。此外，对需要无级调速的电机，还可以和工控机触摸屏配合实现运行速度的调节和设定，并保存在系统中，实现需要变速场合的舞台机械控制。
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监控画面生动美观，符合舞台行业习惯；包含各种图形、字符、图标和位图；实现人机图形操作的个性化界面；图形元件由基本的图形原语任意组合而成。因此，可以做到界面友好、数据分类清晰、可操作性强、操作简单可靠。从而提高舞台机械控制的质量和管理水平，加强事故处理和分析的能力，便于现场工作人员的使用。人机界面具备的基本功能如下：
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（2）设备状态监视：显示所有幕机、吊杆的当前位置、上下停止限位开关的状态，便于监视和维修。
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（3）通过位置数据输入区设定各种幕、吊杆位置的设定值，以满足控制这些幕、吊杆位置的需要；实现舞台单景运行。
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（4）通过速度输入区可以设定吊杆电机的运行速度，可在0-100%的范围内选择；
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（5）全自动运行界面；通过预选设备，设定位置时间参数，彩排模式，场景选择，上演模式，操作管理，完成整台演出中舞台设备自动运行。
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（6）报警功能：对于可包括能会对系统产生不利影响的事件，系统自动生成报警，以便及时通知工作人员采取相应措施。
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2.3 位置控制系统
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主控制器采用欧姆龙plc，通过基架和扩展架包括：cpu、电源模块、开关量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、高速计数模块；通过基板和扩张架连接，与工控机和移动台通过以太网和无线通讯。
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信号的采集采用欧姆龙npn型旋转编码器。此系列编码器可适应dc 5-24v的宽电源电压范围；编码器可对系统的电机进行脉冲闭环反馈以达到精确定位的目的。
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电机的驱动使用变频器：将电机的编码器信号经运算后，由控制器输出一定的电压给变频器，控制电机的速度和吊杆的位置。这种闭环构成提高系统准确性和稳定性。
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其硬件控制框图如图2所示。
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图2 硬件控制结构框图
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软件设计主要有触摸屏软件设计、工控机软件设计、plc软件设计。其中plc需要处理大量的数据，需要编制的程序具有较高的执行效率。
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欧姆龙plc软件系统采用欧姆龙公司的cx-process系统软件开发，具有编程方便、模块丰富，程序结构清晰、调试方便等优点。舞台吊杆根据设定运行位置，编码器发出反馈信号, 控制器比较高速计数单元值和给定值, 通过pid 控制后, 模拟量输出控制变频器的速度给定，从而实现吊杆的变速和定位控制。同时, 控制系统设置了相应的上下限范围, 针对不同的现场信号，发出声光报警信号或自动停机, 提示用户设备故障, 从而确保设备可靠运行。控制软件流程图如图3所示。
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4 结束语
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综上所述，在舞台设备控制系统中, 涉及大量输入输出变量的逻辑管理和控制时, 利用欧姆龙plc可编程控制器具有独特的优势和卓越的性能。能比较完美的发挥设备的功能, 提高产品档次, 降低内耗, 也使舞台控制系统工作的安全性和可靠性大大提高。
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该系统在实际应用中，经历多次话剧等演出，运行可靠，具有很高的推广价值。
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