1 引言
舞臺機械設備是現(xiàn)代化大型影劇院、綜合性多功能演播廳、會議廳和體育館等表演場所必不可缺少的設備。在演出舞臺中，以吊桿系統(tǒng)與升降舞臺為主要設備，配合不同的情節(jié)動作，強化舞臺藝術效果和增添舞臺場景。早期舞臺機械設備控制系統(tǒng)采用繼電器、接觸器控制方式，控制系統(tǒng)故障率高，維修困難，且很難準確自動定位和管理。歐姆龍plc等自動化產(chǎn)品組成控制系統(tǒng)具有結構緊湊，功能完善，可靠性高，在舞臺機械控制系統(tǒng)中得到廣泛的應用。項目以歐姆龍的plc，觸摸屏，編碼器為核心的舞臺機械控制系統(tǒng)的設計方案，舞臺控制方式是在舞臺上使用移動觸摸屏操作的近控方式與在控制臺上自動變化舞臺設備的程控方式相結合。舞臺控制系統(tǒng)主要由主控制臺、現(xiàn)場流動臺，控制柜以及現(xiàn)場電機和傳感器等部分組成，控制系統(tǒng)實現(xiàn)對舞臺機械動力系統(tǒng)進行控制，使其可靠、穩(wěn)定、連續(xù)的運行。系統(tǒng)對舞臺機械設備的系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行實時采集，并通過工業(yè)計算機觸摸屏的人性化的圖形界面進行數(shù)據(jù)的實時顯示，使操作人員能在第一時間全面掌握整個系統(tǒng)的運行狀況和故障報警情況，還可通過觸摸屏進行參數(shù)的設定，從而實現(xiàn)對舞臺機械全面可靠的自動控制。
2 基于歐姆龍plc的系統(tǒng)配置
本系統(tǒng)被控的舞臺機械主要包括：大幕，天幕、二道幕、銀幕架、二幕機、三幕機、邊沿幕、燈桿和景桿。這些設備由變頻器，交流異步電動機及與之配套的電機減速器驅動。其中有些電機的軸端需加裝一套增量式旋轉編碼器。舞臺機械電氣控制系統(tǒng)通過它們對上述所有舞臺機械進行全面的控制和定位，同時采集和顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài)、故障報警信息并進行相應的設定及故障分析。舞臺控制系統(tǒng)主要有現(xiàn)場觸摸屏，主控觸摸屏，可編程控制器，變頻器和接觸器等。其總體結構圖如下圖1所示。
圖1 舞臺控制系統(tǒng)總體結構圖
2.1 現(xiàn)場移動觸摸屏
現(xiàn)場觸摸屏采用歐姆龍ns系列觸摸屏，在舞臺可以和控制室plc進行有線或無線數(shù)據(jù)傳輸，操縱舞臺上吊桿的升降移動，適合于裝臺時使用。觸摸屏上可以選擇需要運動的控制對象，進行運動方式的選擇，按下啟動便可運行吊桿。觸摸屏上實時顯示運動對象的位置和狀況，具有故障報警等功能。這種移動操作臺的使用方便裝臺卸臺，提高舞臺運行效率，同時也為舞臺演出時提供一個很好的監(jiān)控點。
2.2 主控觸摸屏
主控觸摸屏具有豐富的組態(tài)圖形庫，可在系統(tǒng)中用豐富的圖形界面直觀地反映現(xiàn)場的控制情況。操作人員可以方便地通過操作臺對現(xiàn)場的各動作機構進行控制，操作臺也提供了豐富的現(xiàn)場舞臺機械動作狀態(tài)的指示，使操作人員在操作過程中一目了然。此外，對需要無級調(diào)速的電機，還可以和工控機觸摸屏配合實現(xiàn)運行速度的調(diào)節(jié)和設定，并保存在系統(tǒng)中，實現(xiàn)需要變速場合的舞臺機械控制。
監(jiān)控畫面生動美觀，符合舞臺行業(yè)習慣；包含各種圖形、字符、圖標和位圖；實現(xiàn)人機圖形操作的個性化界面；圖形元件由基本的圖形原語任意組合而成。因此，可以做到界面友好、數(shù)據(jù)分類清晰、可操作性強、操作簡單可靠。從而提高舞臺機械控制的質(zhì)量和管理水平，加強事故處理和分析的能力，便于現(xiàn)場工作人員的使用。人機界面具備的基本功能如下：
（1）各種設備單獨控制：可以通過十字手柄或屏幕按扭選擇需控制的設備；利用 [up]、[dn]、[stop]控制電機的運行/停止和正/反轉，并通過指示燈顯示。
（2）設備狀態(tài)監(jiān)視：顯示所有幕機、吊桿的當前位置、上下停止限位開關的狀態(tài)，便于監(jiān)視和維修。
（3）通過位置數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)設定各種幕、吊桿位置的設定值，以滿足控制這些幕、吊桿位置的需要；實現(xiàn)舞臺單景運行。
（4）通過速度輸入?yún)^(qū)可以設定吊桿電機的運行速度，可在0-100%的范圍內(nèi)選擇；
（5）全自動運行界面；通過預選設備，設定位置時間參數(shù)，彩排模式，場景選擇，上演模式，操作管理，完成整臺演出中舞臺設備自動運行。
（6）報警功能：對于可包括能會對系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響的事件，系統(tǒng)自動生成報警，以便及時通知工作人員采取相應措施。
（7）操作權限設定：系統(tǒng)管理工程師和操作人員可根據(jù)其職責及工作范圍的不同給予不同的權限，防止不同級別人員越權操作，防止無關人員進入監(jiān)控畫面。
2.3 位置控制系統(tǒng)
主控制器采用歐姆龍plc，通過基架和擴展架包括：cpu、電源模塊、開關量輸入/輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊、高速計數(shù)模塊；通過基板和擴張架連接，與工控機和移動臺通過以太網(wǎng)和無線通訊。
信號的采集采用歐姆龍npn型旋轉編碼器。此系列編碼器可適應dc 5-24v的寬電源電壓范圍；編碼器可對系統(tǒng)的電機進行脈沖閉環(huán)反饋以達到精確定位的目的。
電機的驅動使用變頻器：將電機的編碼器信號經(jīng)運算后，由控制器輸出一定的電壓給變頻器，控制電機的速度和吊桿的位置。這種閉環(huán)構成提高系統(tǒng)準確性和穩(wěn)定性。
其硬件控制框圖如圖2所示。
圖2 硬件控制結構框圖
3 基于歐姆龍plc的軟件開發(fā)
軟件設計主要有觸摸屏軟件設計、工控機軟件設計、plc軟件設計。其中plc需要處理大量的數(shù)據(jù)，需要編制的程序具有較高的執(zhí)行效率。
歐姆龍plc軟件系統(tǒng)采用歐姆龍公司的cx-process系統(tǒng)軟件開發(fā)，具有編程方便、模塊豐富，程序結構清晰、調(diào)試方便等優(yōu)點。舞臺吊桿根據(jù)設定運行位置，編碼器發(fā)出反饋信號, 控制器比較高速計數(shù)單元值和給定值, 通過pid 控制后, 模擬量輸出控制變頻器的速度給定，從而實現(xiàn)吊桿的變速和定位控制。同時, 控制系統(tǒng)設置了相應的上下限范圍, 針對不同的現(xiàn)場信號，發(fā)出聲光報警信號或自動停機, 提示用戶設備故障, 從而確保設備可靠運行?？刂栖浖鞒虉D如圖3所示。
圖3 歐姆龍plc吊桿控制軟件流程圖
4 結束語
綜上所述，在舞臺設備控制系統(tǒng)中, 涉及大量輸入輸出變量的邏輯管理和控制時, 利用歐姆龍plc可編程控制器具有獨特的優(yōu)勢和卓越的性能。能比較完美的發(fā)揮設備的功能, 提高產(chǎn)品檔次, 降低內(nèi)耗, 也使舞臺控制系統(tǒng)工作的安全性和可靠性大大提高。
該系統(tǒng)在實際應用中，經(jīng)歷多次話劇等演出，運行可靠，具有很高的推廣價值。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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