PLC在音樂廳舞臺控制系統中的應用

　　1引言

　　早期的舞臺控制系統是采用繼電器控制方式，由于舞臺設備數量大，使得控制元的數量龐大，接線復雜，因此所設計的控制系統容易出故障，穩定性和準確性無法保障，并且維修困難。本項目控制系統采用plc開發的控制系統，從根本上克服這些問題。利用plc獨特的優勢和強大的功能，提高系統工作的穩定性和準確性。根據客戶的要求，可以修改程序，改變連鎖、互鎖和組合功能，對控制系統的功能進行調整，無需改動任何硬件和接線，維修改造簡便，安全可靠，節約成本，獲得較好的經濟效益。

　　2舞臺機械系統

　　工程的機械部分包括(4個)升降臺、踏步、踏步伸出臺和護欄幾部分。通過可編程控制器的連鎖、互鎖和組合功能控制電機，同時結合形成開關實現了對升降臺、踏步、踏步伸出臺和護欄的升降、伸縮。舞臺機械組成框圖如圖1所示。

　　框圖每個升降臺由一臺5.5kw的電機驅動，4號升降臺驅動電機功率為7.5kw。每一個升降臺都有相應的支撐機構，每套支撐機構還有左右之分，左右結構各由一臺0.2kw的電機驅動。在三號升降臺兩側有兩個踏步伸出臺，由0.2kw的電機驅動。子臺由1.5kw的電機驅動。

　　3 plc控制系統設計

　　3.1動作描述

　　系統通過plc發出指令控制電機的運行，舞臺由電機帶動進行相應動作，當舞臺運動到指定位置，由此處的行程開關向plc發出反饋信號，plc接收到信號后再執行下一指令。觸摸屏和plc之間是一個雙向過程。通過觸摸屏操作，經plc同樣可以對舞臺進行控制，而plc控制舞臺的過程也可以在觸摸屏上顯示。系統結構框圖如圖2所示。

　　在本控制系統中，舞臺運行的每一步是否到位都是通過觸碰對應位置開關來體現的。以1號升降臺為例，平臺停落在底部時，左右各有一個位置開關，當這兩個開關觸碰到位后，系統便可知平臺已經下降到位。升降臺上升時，平臺可以上升的高度有一個極限，在此處也用兩個開關通知系統平臺已經上升到了上限位。升降臺落在支撐面時，在左右兩邊也需要兩個這樣的開關來確定平臺的位置。另外，支撐機構的伸出和回退也需要位置開關來確定是否已經伸出到位和回退到位。每一個支撐機構在伸出到位處和回退到位處各需要一個位置關開。

　　(1)升降臺升起和降落

　　升降臺升起：升降臺在底部時并且支撐機構在回收狀態時，升降臺正常升起，升起到上限開關時停止，支撐機構伸出到位，升降臺開始下降，下降到支撐面停止，整個上升過程才結束。當升降臺在中間狀態時上升，先要升起到上限開關停止，支撐機構伸出到位，下降到支撐面停止。

　　升降臺降落：升降臺在支撐面，支撐機構在伸出狀態，如果是3號升降臺則必須踏步在回收狀態，如果是4號升降臺則必須條形臺在回收狀態，此時正常下降。首先升起到上限開關，然后支撐機構回收到位，升降臺降落到底部。若是中間狀態，則可以直接下降到底部。

　　(2)踏步和條形臺：條形臺和踏步的運動方式是一樣的，都是在各自的升降臺升起完畢之后，才開始動作。當條形臺回收或者踏步下降時，都是各自得升降臺在升起位置時，先把踏步和條形臺回收，才開始升降臺的降落。3.2plc程序設計

　　(1)plc選型。本課題選用歐姆龍型號為cpm2ah的plc。cpm2ah在編程環境等方面，它不僅具備了以往的小型plc所具有的功能，還盡可能使安裝空間最小化，而且還可連接可編程控制終端。cpm2ah不僅擴展能力強，并可方便的與omron的可編程序終端(pt)相連接，為機器操作提供一個可視化界面。在通訊功能方面，cpm2ah提供內置rs232c端口及rs485的適配器。

　　(2)舞臺程序設計。舞臺運行是舞臺控制系統的核心部分，主程序開始執行后，先預置初始數據，確定程序所要執行的指令和舞臺將要發生的動作。然后確定升降臺的位置，以明確升降臺的運動狀態。主程序發出指令啟動電機開始工作。脈沖位發出脈沖信號后，計數器開始計數，如果沒有達到計數器的預設值，返回再執行脈沖位，達到計數器的預設值后，計數器完成一個周期動作，電機停止工作，舞臺到達預置初始數據所指定的位置。一個完整的主程序執行過程完畢。執行下一個動作時，主程序重新開始。舞臺控制系統流程圖如圖3所示。

　　4 觸摸屏程序設計

　　4.1觸摸屏的選擇

　　通過選擇，選用了omron觸摸屏ns10-tv00-v2。這款omron的新一代觸摸屏基本數據如下：有效顯示區域尺寸：10.4寸;顯示材料：tft;像數：640×480;顯示色彩：256色;畫面數據容量：60m;支持存儲卡，plc梯形圖監控，4路視頻輸入，能接入controller link 網pt通過rs-232c接口與plc通信，plc內的數據可顯示在觸摸屏上，操作人員輸入的數據也可存入plc。

　　4.2上位畫面設計

　　(1)復選功能。舞臺的升降臺、踏步、條形臺和護欄可以單獨動作，也可以復合動作。單獨運動簡單，這里介紹一下復合動作。以1號平臺為例，不能對某一平臺同時做出升起和降下動作在同一時間，要一號平臺既上升又下降是不可能發生的。為了避免實際操作過程的失誤操作，使程序無法正常運行，在復選狀態里，通過對升降臺按鈕編輯宏以避免此類情況的發生。選擇上升時，將觸摸屏內部地址$b1=0(1號下降)放在上升按鈕的宏中，同樣在下降時，地址$b0=0(1號上升)放在下降按鈕的宏里。觸摸屏設計總框圖如圖4所示，主畫面圖和形成開關畫面如圖5所示。

　　(2)報警設計。當程序出現故障時，可發出報警，觸摸屏即彈出報警截面，操作人員便能根據報警信息進行相應的糾正操作，避免發生事故。警報和事件是啟用用于警報監視而注冊的地址功能以提供來自這些地址的警報通知。在發生警報或事件時，顯示可自動切換至指定屏幕。在使用報警功能對象之前要注冊警報/事件。在可系統設計中，報警界面采用的是列表輸出，即如圖那樣把歷史報警信息一一列出，另外還有只顯示單個警報信息的簡單顯示。

　　5通訊設計

　　調試過程中，首先plc與上位機之間是通過232串口相連的，因為232串口通信效果不是很好，常有連接不上的情況發生，調試過程中嘗試把232串口連接轉換成usb接口連接，通信效果有了明顯改善。上位機和觸摸屏之間用usb連接。plc與觸摸屏之間用232串口連接。然后將plc的cpu單元與數字量調試單元的輸入部分通過連接線按對應編號連接起來，檢查無誤后便可對程序進行調試。

　　6結束語

　　項目通過利用現代化的plc自動化技術設計出一種功能比較完善的舞臺控制系統，實現舞臺功能多樣化，舞臺控制智能化。最終設計出的舞臺控制系統不僅外觀簡潔美觀，操作也簡單方便，工作人員可以現場修改數據，使得整個控制系統精度更高，工作更加穩定可靠。另外，整個系統還具有優良的性能價格比，經濟效益顯著。