基于PLC的舞台控制系统1引言随着人们文化生活水平的提高对舞台演出节目的质量要求越来越高舞台的现代化智能化是必然的发展趋势国内虽有部分舞台参照了国外的舞台形式但整体的技术水平较低不能满足舞台使用的各种功能要求针对剧院包括电视台演播厅舞台的台面固定造型风格单一舞美总体效果达不到表演要求的现状依据舞台建造时的总体工艺方案气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案舞台控制系统.doc见习基地管理方案舞台控制系统.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载设计通过PLC控制及机电液一体化技术使通信系统能够实现上位计算机PLC以及现场智能仪器之间良好快速的通信从而完成了现场数据的实时显示与控制实现舞台的升降移动升降旋转升降旋转伸缩伸缩升降等运动从而达到舞台与舞美演员场景灯光等协调变化功能使精彩纷呈的演出更加丰富多彩变幻无穷智能舞台一次投资建成后由于其多种舞台的组合变化形式可满足各种演出节目的要求故可免去许多原来须根据不同演出搭建不同舞台的重复搭建演出舞台的弊端并且还增加了演出的场景变化丰富了演出效果本文以某广播电视中心800m2演播厅智能舞台的设计安装与调试为研究背景说明关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书s7-200[1]在舞台的台面控制中的应用2智能舞台控制系统构成21舞台台面组成舞台台面运动可以实现舞台的升降移动升降旋转升降旋转伸缩伸缩升降等运动舞台的基础变化将达到数十到近百种从而达到舞台与舞美演员场景灯光等协调变化功能避免了传统的为一次性使用而反复搭建基础舞台造成的人力物力财力的浪费缩短了节目舞台准备周期使精彩纷呈的演出更加丰富多彩变幻无穷智能舞台台面控制系统主要针对单元舞台台面运动进行控制图1为某广播电视中心800m2演播厅智能舞台台面结构包括5个升降台面一个通道台面一个旋转台面和一个T型台面其中15为升降台6为通道台7为旋转台8为带伸缩功能
的T型台8块活动台面均有现场手动和自动工作方式选择当选择工作方式时其所有动作均由PLC完成通过上位机监控计算机可实现整体舞台活动台面的监视和控制图1舞台台面构成22台面运动控制原理以升降台面控制系统为例说明升降台面控制回路工作原理[2]如图2所示舞台的台面运动部分由单元舞台台面叉臂升降和液压传动结构组成而台面监控部分由上位监控机和PLC组成泵站提供液压源系统启动时由上位机下达舞台台面运动量的指令PLC接受指令判断决策然后向泵站电流及液压传动机构发出命令泵站开始工作液压传动机构中油缸活塞推动叉臂机构按输入要求带动升降舞台进行升降运动此时安装在叉臂移动滚轮上的编码器开始旋转记录行程它随时检测升降台的升降高度系统中采用型号为KSJ1200编码器其旋转速度为08圈秒在整个1200mm行程上编码器约旋转5圈每圈产生500个脉冲共产生5×5002500个脉冲平均1个脉冲代表1200250005mm这样控制精度可控制在±1mm各升降舞台既可独立运行也可同步运行根据各个舞台的不同要求组合成各种不同尺寸不同形状及不同面积不同功能的舞台同理伸缩舞台控制系统的工作原理大致相同图2升降台台面控制回路示意图23台面运动控制系统配置如图3所示舞台台面控制系统主要由四大部分组成分别是操作台PLC控制柜液压传动机构和各活动单元舞台台面图3台面运动控制系统示意图1操作台操作台主要完成系统的操作任务触摸屏和工控机各自独立工作在触摸屏操作界面上可以完成系统的操作任务具体就是单元舞台的各种动作在IPC编程界面上可以完成系统的编程2ADAM4520亚当姆块为通讯接口将上位机与PLC的通信协议转
换为RS-422RS-485串行通信协议标准起通讯作用3控制柜控制部分由PLC柜和电源控制柜组成PLC柜主要完成系统的控制任务包括PLC主机通信模块输入模块输出模块等PLC主机接收到给定值及反馈值信号后根据其内部的程序进行逻辑运算按设计要求控制各个输出点由执行元件实施具体的动作电源控制柜主要完成系统供电保护系统供电和液压系统泵站电机的供电任务包括断路器缺相检测单元和电机保护设备等组成当操作员发出启动油泵后程序逻辑控制器PLC就给泵站主变频电机的接触器的线圈KM上电主油泵电机工作油压上升到设计要求后自动通知操作员然后操作员可选择舞台效果如按上升命令时舞台上升若所选择的单元舞台上升到位后就给程序逻辑控制器PLC发出一个信号程序逻辑控制器PLC接到此信号后启动维持正常油压的维持油泵电机当维持油泵电机正常工作后切断主油泵电机主油泵电机停止工作这样主油泵电机仅在单元舞台上升和下降时工作油压的维持靠维持电机来实现既减少了噪音同时起到节能的作用油泵电机控制流程图见图4所示图4油泵电机控制流程图24台面运动控制回路的组成舞台台面控制回路是由台面叉臂传动机机构[4]液压传动机构[3]PLC上位监控机[5]等部分组成其控制回路原理图参见图5操作人员通过人机界面向PLC发出给定指令测量装置对舞台升降及旋转位置进行实时监测检测值与给定值比较PLC经逻辑运算命令执行机构驱动舞台升降或旋转图5台面控制回路原理图3控制系统设计31台面尺寸115升降台位于舞台后部尺寸为3700mm×3000mm主台面净升降高度1200mm台面闭合高度600mm单元舞台组合成单排五列布置安装在地平面上26
通道台位于旋转升降台与台阶升降台之间为方便演员在演出过程中顺利地从升降台到旋转台而设计当演员登上旋转台时通道台落到与地面齐平台面尺寸为1800mm×940mm台面净升降高度1200mm台面闭合高度600mm台阶升降台的静载300kgm2动载150kgm2升降速度2400mmmin旋转台面及通道升降台面用有机玻璃装修而成通道升降台与旋转升降台组成互动升降使旋转升降台形成多种立体艺术效果37旋转台位于智能舞台中部台面尺寸Φ3600mm静载400kgm2动载为150kgm2净升降高度1200mm升降速度2400mmmin旋转速度6004000mmmin可调最低高度600mm台面可正反向旋转4智能化舞台的前部有1个单元伸缩升降舞台[6]也就是8台伸缩活动舞台台面尺寸为3700mm×5400mm由3个3700mm×1800mm台面组成伸缩距离分别为1800mm3600mm5400mm伸缩舞台基础高度为450mm舞台上3个升降台其台面尺寸为3700mm×1800mm升降高度150mm左右与固定台补平伸缩台静载为300kgm2伸缩速度2000mmmin固定舞台大小面积为20000mm×9600mm高度为600mm载荷为500kgm2由钢框架及木板制成台口台阶尺寸3700mm×300mm×150mm静载为300kgm232控制程序流程在控制系统中单元舞台台面是一个非常特殊控制对象与液压传动机构相比它质量大从几吨到几十吨都有台面运动与叉臂运动是一致的其传递函数近似地看成是一个比例环节液压传动机构时间常数不大所以这里采取逻辑控制策略因为伸缩升降台和旋转台决策原理同升降台一样以升降台为例说明其控制原理
根据广电中心演播厅的现场要求及技术指标要求5个升降台闭合高度为600mm净升降高度为1200mm整个升降高度共分四个阶段完成每一阶段高度为300mm每个升降台既可以一次性升降到指定高度后停止也可以分阶段升降即每次只升降300mm停止多次升降到指定高度五个升降台可以同步进行升降到指定高度值台面高度给定值i按照分四个阶段共有五个高度值分别赋值给五个变量imax1200imid900imid-600imin300i0下面以1升降单元舞台为例阐述其具体的工作过程程序流程如图6所示图6PLC网络拓扑结构图33控制系统硬件设备800m2演播厅智能化舞台主要由前区伸缩T形台中区旋转升降台及通道升降台固定台后区台阶升降台电气驱动及液压传动系统智能化控制系统及软件等部分组成控制系统硬件设备如附表附表基本配置表34控制系统监控点统计针对本文所描述的广电中心800m2演播厅单元舞台控制系统的设计要求共需要监控点96个其中输入点57个输出点39个根据广电中心800m2演播厅活动舞台设计要求采用一台PLCS7-200其配置如下1CPU2261个主机2EM2233个扩展模块3EM2321个扩展模块其中CPU226控制泵站电机变频器13泵站及旋转台旋转动作1EM223输出点驱动15升降台升降运动2EM223输出点驱动旋转台升降及通道台升降运动3EM223输出点驱动伸缩T形台伸缩及升降运动EM232作备用PLC网络拓扑结构图如图7所示图71舞台升降程序流程示意图4控制系统的监控舞台台面运动控制系统采用网络通信技术系统监控变得简单方便有两种操作方式可以对舞台台面运动进行
控制一种是通过触摸屏另一种是用上位机组态软件进行监控操作基于Windows平台是一个集成的人机界面系统和监控管理组态软件系统可完成现场数据采集实时和历史数据处理报警安全机制流程控制动画显示趋势曲线和报表输出及企业监控网络等功能快速构造和生成上位机监控系统智能舞台台面运动控制系统监控软件采用工控组态软件采用西门子PPI通讯协议和RS-232485转换器与S7-200方便快速的通讯针对舞台运动监控系统要求本文设计了显示系统主画面实时记录主要参数的变化及趋势并方便地对参数进行设置提高监控方式安全性能能够完整记录报警时间报警类型等使工作人员查错方便以上介绍是对PLC与工控机中的组态软件的连接而言的在单元舞台控制系统中上位机还有上节介绍的由台湾生产的台达触摸屏两套控制系统功能相同但适用性不同触摸屏的点动功能是对预置程序功能即时编程功能随机手控功能的一种补充舞台监控系统主画面是在管理员输入密码进入舞台监控画面的第一个画面在主画面中的各子画面名称与对应的子画面动态连接如图8所示图8监控系统主画面以主升降台画面为例说明主升降台控制界面包括五个升降台操作画面这五个升降台位于舞台台面后部在此画面中可以监视五个升降台各自运动状态它能准确地反映每一个升降台的升降方向升降高度的变化同时精确的显示升降高度数还可以进行五个升降台的联动操作主升降台画面如图9所示图9主升降台画面5结束语通过对智能舞台台面运动控制系统进行了分析与设计利用西门子S7-200进行了台面运动控制系统的设计满足了演出节目的要求增加了演出的场景变化丰富了演出效果具有明显的经济及社会经济效益现场实践证明该设计方案控制效果良好
