西门子PLC控制系统在舞台机械行业中研究

【摘 要】 西门子PLC控制系统由于具有控制精度高、可靠性好、使用简便等优点，在舞台机械行业中已被广泛的应用。下面简单介绍PLC控制系统，以及其在舞台机械行业中的具体应用。

【关键词】 PLC控制系统 舞台机械行业 应用

舞台机械设备是主要用于舞台演出、服务于舞台美术和表演艺术的专用机械设备，它使五彩斑斓的文化艺术表演的表现形式更加新颖，更加迷人，更加完美。这样使得演出的表现力与感染力大大增强，深受观众的喜爱，为演出的成功创造了有力的条件，舞台机械设备在现代化大型影剧院、综合性多功能会议厅、演播厅以及体育馆等表演场所中是必需的设备。自从进入20世纪以来，随着先进的科学技术、计算机技术、信息技术的迅猛发展，机械化舞台的发展也进入了一个全新的时代，通过机—电—液技术的运用，使舞台机械设备具备以下优点：即运行越来越平稳、定位越来越准确、同步运行的精度相当高、噪音很低等，而且其运行速度和空间位置的变化越来越丰富，在操作时，也比较灵活、方便，灵活、快捷地实现了推、拉、升、降、转等各种功能的组合变化，使机械与艺术完美地结合起来。

传统的舞台机械设备控制系统都是利用继电器、接触器进行控制的，这种控制方式存在着很多不足：舞台机械设备的数量太多、控制系统电子元器件的数量也太多、接线比较复杂、电路的可靠性不高、控制系统经常出现问题，不方便维修，并且准确自动定位和管理的难度大大增加，不利于演出的成功。而用PLC开发的舞台吊杆控制系统，可以消除这些不足。在实际的舞台机械控制系统中，当输入输出变量的逻辑管理与控制的数量比较多时，通过可编程控制器的使用可以取得良好的效果，能把设备的功能完美无缺地发挥出来，使产品的档次提高、内耗降低，也提高了舞台工作系统的可靠性与安全性。舞台控制系统能够根据用户的实际需求，对PLC程序进行修改，使联锁、互锁以及组合功能发生改变，对控制系统的控制功能与流程进行调整，对任何硬件与接线都不需要更改，使维修改造越来越简便，更加安全可靠，还可以节省成本，实现经济效益。除此之外，利用PLC所固有的通讯功能，为剧场舞台机械产品实现微机联网创造了有利条件。

1 舞台基本的机械设备

一套完美的舞台机械设备必须要包括两个部分：（1）台上机械：宽银幕架，无级调速大幕机，活动假台口，电动吊杆，灯光吊笼，灯光吊杆，对开二道幕，单点吊机，防火隔离幕等。（2）台下机器：升降栏杆，乐池升降台，机械车台，机械升降台等。对于完美的舞台机械设备不可缺少以上部分。

2 西门子PLC控制系统硬件组成

可以说，舞台机械设备决定着舞台表现效果，因此，一定要确保舞台机械设备控制系统的安全性，可靠性，操作方便性，同时还要提高其控制精度，下面是上述舞台机械设备控制系统的结构图，其原理是采用西门子S7-300可编程控制器，通过以太网与上位机相联。

1台上位主控计算机与1台可移动式计算机共同组成了计算机系统。其中上位主控计算机的主要任务是为设备的正常运行提供全功能控制欲操作，主要包括单体设备的控制、设备状态监视、设备连锁、预选择设备、编组运行、设定运动参数、场景序列、场景记忆、故障诊断等等；而移动式计算机的任务有所不同，它只有运行操作的功能，因为主控计算机控制其权限，使系统的操作安全有保障。西门子人机界面运用的是触摸屏，在通过编程组态之后，在计算机系统故障、检修或设备简化控制时控制和管理舞台机械设备的运行，主要功能如下：单体设备的控制、设备状态监视、设备连锁、预选择设备、编组运行、设定运动参数等。

S7-300的模块组成了1号主站和2号主站，其中的模块主要包括：CPU、开关量输入/输出模块、电源模块、高速计数模块、模拟量输入/输出模块等。

3 系统软件的设计

舞台机械设备控制系统的程序如图1：

可以看出该系统运用汉子菜单提示，图形按钮选择方式，相关操作是在程序的提示下完成的，这样用户使用起来比较方便。根据用户的具体需求，菜单一般有如下选项：参数设置、模拟显示、装台、帮助信息、运行、退出等等。

运行环境：软件基于Windows 计算机操作平台，此平台具有安全可靠的特点，面向操作人员的界面与工程组态都是中文版的，这样使操作人员使用起来更方便。

4 PLC控制系统在舞台机械行业中的具体应用

下面对PLC控制系统在舞台吊杆中的应用作具体分析。

舞台吊杆在演出场馆和剧场中得到了广泛的应用，因为其功能齐全，且利用率很高，吊杆控制方式一般为继电器、接触器进行控制。在每个剧场中吊杆的数目都比较多，接线复杂，容易出现故障，运用PLC控制系统可以解决以上问题。

可编程控制器是由传统继电器控制方式与计算机技术相结合而形成的。它具有很多优点，功能比较齐全，还具有报警、诊断、监控等功能，可以和多种通讯接口及模块相搭配，和其他PLC、计算机共同组成网络控制系统，PLC的应用是相当灵活的，它具有模块化的软件设计，又具有“积木”式硬件结构，适应各种各样的控制要求，可靠性高，具有良好的抗干扰性能。

控制系统的要求：

（1）舞台吊杆主要用来悬挂幕布。在表演时，通过不断地变换表演背景，同时利用灯光的变幻，可以大大增强舞台效果和艺术魅力，因为吊杆的换景都是在场间黑场的间隔进行的，这就要保证吊杆的控制高“智能化”，设备平稳地运行并且定位要准确，控制系统具备场次管理的性能。综合考虑各种因素，控制系统必须要具备以下特点：在恶劣环境中仍能正常运行，具有良好的稳定性以及较强的抗干扰能力，而PLC具备这些功能。

（2）舞台吊杆的数量往往很多，这样，PLC需要管理的开关量、模拟量等也比较多，所以，系统的PLC控制器要具备扩容能力、高效率的运算能力和管理能力以及足够大的存储空间。

（3）为了使舞台吊杆的控制正常实现，要把软件因素和硬件因素综合起来考虑，已达到最佳效果，把研华工业控制机作为上位管理机，SLC5/05系统作为下位PLC，都采用太网通讯，传输的速率为10Mbp/s，这样完全适应控制的需求。控制系统图如下：

下位PLC硬件的设计如图2。

依据吊杆系统的具体要求，位置反馈、变频器故障、手动操作信号等控制余点组成了吊杆控制开关量输入信号，PLC是通过1746-IB32模块来实现的，而吊杆的速度最快可以达到0.8m/s，也就是说每秒钟编码器都会输出800个脉冲信号，HSCE2的计数频率为50KHZ，完全可以实现高精度。

控制系统要求吊杆能够准确定位，且无极变速，而SLC5/05配置了相关的输出模块，这样变频器的调速控制可以方便地进行。上位机网卡型号为3COM Ether Link III ISA，下位机自身配有太网接口。效率如此高的通讯手段为上下位机的同步操作性能以及精度的控制提供了保障。

软件设计分为上位机和下位机：

上位操作系统是通过Rsview32开发的，其工作平台为WINDOWS95。系统可以对吊杆的升降情况和操作按钮进行仿真。对吊杆的运行情况进行监控，相应的B3：XX文件在“按钮”被触发时被激活，此文件被置入数据，且被送到下位机，同样，设备运行时被赋予对应的N7：XX文件并被送到上位机。这样就实现了设备的监控功能。

下位机PLC软件是RSLogix500编写的.工作平台是Windows95，具有以下优点：程序结构清晰、很容易调试等。

5 结语

总之，西门子PLC控制系统由于其控制精度高、使用简便、可靠性好等优点，在舞台机械行业中的应用会越来越广泛。

参考文献：

[1]龚建兴，吴爱梅.PLC在舞台吊杆控制系统中的应用[J].电气传统自动化，2001（23）：48-50.

[2]徐奇.国内、外舞台机械的发展状况[J].艺术科技，2001（1）：8-21.

[3]刘开元.计算机控制技术在舞台机械设备中的应用[J].艺术科技，1999（2）：22-26.