PLC在音樂廳舞臺控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　1引言

　　早期的舞臺控制系統(tǒng)是采用繼電器控制方式，由于舞臺設(shè)備數(shù)量大，使得控制元的數(shù)量龐大，接線復(fù)雜，因此所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)容易出故障，穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性無法保障，并且維修困難。本項(xiàng)目控制系統(tǒng)采用plc開發(fā)的控制系統(tǒng)，從根本上克服這些問題。利用plc獨(dú)特的優(yōu)勢和強(qiáng)大的功能，提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。根據(jù)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(tǒng)的功能進(jìn)行調(diào)整，無需改動(dòng)任何硬件和接線，維修改造簡便，安全可靠，節(jié)約成本，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　2舞臺機(jī)械系統(tǒng)

　　工程的機(jī)械部分包括(4個(gè))升降臺、踏步、踏步伸出臺和護(hù)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(jī)，同時(shí)結(jié)合形成開關(guān)實(shí)現(xiàn)了對升降臺、踏步、踏步伸出臺和護(hù)欄的升降、伸縮。舞臺機(jī)械組成框圖如圖1所示。

　　框圖每個(gè)升降臺由一臺5.5kw的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，4號升降臺驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為7.5kw。每一個(gè)升降臺都有相應(yīng)的支撐機(jī)構(gòu)，每套支撐機(jī)構(gòu)還有左右之分，左右結(jié)構(gòu)各由一臺0.2kw的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。在三號升降臺兩側(cè)有兩個(gè)踏步伸出臺，由0.2kw的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。子臺由1.5kw的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

　　3 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　3.1動(dòng)作描述

　　系統(tǒng)通過plc發(fā)出指令控制電機(jī)的運(yùn)行，舞臺由電機(jī)帶動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作，當(dāng)舞臺運(yùn)動(dòng)到指定位置，由此處的行程開關(guān)向plc發(fā)出反饋信號，plc接收到信號后再執(zhí)行下一指令。觸摸屏和plc之間是一個(gè)雙向過程。通過觸摸屏操作，經(jīng)plc同樣可以對舞臺進(jìn)行控制，而plc控制舞臺的過程也可以在觸摸屏上顯示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

　　在本控制系統(tǒng)中，舞臺運(yùn)行的每一步是否到位都是通過觸碰對應(yīng)位置開關(guān)來體現(xiàn)的。以1號升降臺為例，平臺停落在底部時(shí)，左右各有一個(gè)位置開關(guān)，當(dāng)這兩個(gè)開關(guān)觸碰到位后，系統(tǒng)便可知平臺已經(jīng)下降到位。升降臺上升時(shí)，平臺可以上升的高度有一個(gè)極限，在此處也用兩個(gè)開關(guān)通知系統(tǒng)平臺已經(jīng)上升到了上限位。升降臺落在支撐面時(shí)，在左右兩邊也需要兩個(gè)這樣的開關(guān)來確定平臺的位置。另外，支撐機(jī)構(gòu)的伸出和回退也需要位置開關(guān)來確定是否已經(jīng)伸出到位和回退到位。每一個(gè)支撐機(jī)構(gòu)在伸出到位處和回退到位處各需要一個(gè)位置關(guān)開。

　　(1)升降臺升起和降落

　　升降臺升起：升降臺在底部時(shí)并且支撐機(jī)構(gòu)在回收狀態(tài)時(shí)，升降臺正常升起，升起到上限開關(guān)時(shí)停止，支撐機(jī)構(gòu)伸出到位，升降臺開始下降，下降到支撐面停止，整個(gè)上升過程才結(jié)束。當(dāng)升降臺在中間狀態(tài)時(shí)上升，先要升起到上限開關(guān)停止，支撐機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)在伸出狀態(tài)，如果是3號升降臺則必須踏步在回收狀態(tài)，如果是4號升降臺則必須條形臺在回收狀態(tài)，此時(shí)正常下降。首先升起到上限開關(guān)，然后支撐機(jī)構(gòu)回收到位，升降臺降落到底部。若是中間狀態(tài)，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(yùn)動(dòng)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(dòng)作。當(dāng)條形臺回收或者踏步下降時(shí)，都是各自得升降臺在升起位置時(shí)，先把踏步和條形臺回收，才開始升降臺的降落。3.2plc程序設(shè)計(jì)

　　(1)plc選型。本課題選用歐姆龍型號為cpm2ah的plc。cpm2ah在編程環(huán)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(kuò)展能力強(qiáng)，并可方便的與omron的可編程序終端(pt)相連接，為機(jī)器操作提供一個(gè)可視化界面。在通訊功能方面，cpm2ah提供內(nèi)置rs232c端口及rs485的適配器。

　　(2)舞臺程序設(shè)計(jì)。舞臺運(yùn)行是舞臺控制系統(tǒng)的核心部分，主程序開始執(zhí)行后，先預(yù)置初始數(shù)據(jù)，確定程序所要執(zhí)行的指令和舞臺將要發(fā)生的動(dòng)作。然后確定升降臺的位置，以明確升降臺的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。主程序發(fā)出指令啟動(dòng)電機(jī)開始工作。脈沖位發(fā)出脈沖信號后，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，如果沒有達(dá)到計(jì)數(shù)器的預(yù)設(shè)值，返回再執(zhí)行脈沖位，達(dá)到計(jì)數(shù)器的預(yù)設(shè)值后，計(jì)數(shù)器完成一個(gè)周期動(dòng)作，電機(jī)停止工作，舞臺到達(dá)預(yù)置初始數(shù)據(jù)所指定的位置。一個(gè)完整的主程序執(zhí)行過程完畢。執(zhí)行下一個(gè)動(dòng)作時(shí)，主程序重新開始。舞臺控制系統(tǒng)流程圖如圖3所示。

　　4 觸摸屏程序設(shè)計(jì)

　　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(shù)據(jù)如下：有效顯示區(qū)域尺寸：10.4寸;顯示材料：tft;像數(shù)：640×480;顯示色彩：256色;畫面數(shù)據(jù)容量：60m;支持存儲卡，plc梯形圖監(jiān)控，4路視頻輸入，能接入controller link 網(wǎng)pt通過rs-232c接口與plc通信，plc內(nèi)的數(shù)據(jù)可顯示在觸摸屏上，操作人員輸入的數(shù)據(jù)也可存入plc。

　　4.2上位畫面設(shè)計(jì)

　　(1)復(fù)選功能。舞臺的升降臺、踏步、條形臺和護(hù)欄可以單獨(dú)動(dòng)作，也可以復(fù)合動(dòng)作。單獨(dú)運(yùn)動(dòng)簡單，這里介紹一下復(fù)合動(dòng)作。以1號平臺為例，不能對某一平臺同時(shí)做出升起和降下動(dòng)作在同一時(shí)間，要一號平臺既上升又下降是不可能發(fā)生的。為了避免實(shí)際操作過程的失誤操作，使程序無法正常運(yùn)行，在復(fù)選狀態(tài)里，通過對升降臺按鈕編輯宏以避免此類情況的發(fā)生。選擇上升時(shí)，將觸摸屏內(nèi)部地址$b1=0(1號下降)放在上升按鈕的宏中，同樣在下降時(shí)，地址$b0=0(1號上升)放在下降按鈕的宏里。觸摸屏設(shè)計(jì)總框圖如圖4所示，主畫面圖和形成開關(guān)畫面如圖5所示。

　　(2)報(bào)警設(shè)計(jì)。當(dāng)程序出現(xiàn)故障時(shí)，可發(fā)出報(bào)警，觸摸屏即彈出報(bào)警截面，操作人員便能根據(jù)報(bào)警信息進(jìn)行相應(yīng)的糾正操作，避免發(fā)生事故。警報(bào)和事件是啟用用于警報(bào)監(jiān)視而注冊的地址功能以提供來自這些地址的警報(bào)通知。在發(fā)生警報(bào)或事件時(shí)，顯示可自動(dòng)切換至指定屏幕。在使用報(bào)警功能對象之前要注冊警報(bào)/事件。在可系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，報(bào)警界面采用的是列表輸出，即如圖那樣把歷史報(bào)警信息一一列出，另外還有只顯示單個(gè)警報(bào)信息的簡單顯示。

　　5通訊設(shè)計(jì)

　　調(diào)試過程中，首先plc與上位機(jī)之間是通過232串口相連的，因?yàn)?32串口通信效果不是很好，常有連接不上的情況發(fā)生，調(diào)試過程中嘗試把232串口連接轉(zhuǎn)換成usb接口連接，通信效果有了明顯改善。上位機(jī)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(shù)字量調(diào)試單元的輸入部分通過連接線按對應(yīng)編號連接起來，檢查無誤后便可對程序進(jìn)行調(diào)試。

　　6結(jié)束語

　　項(xiàng)目通過利用現(xiàn)代化的plc自動(dòng)化技術(shù)設(shè)計(jì)出一種功能比較完善的舞臺控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)舞臺功能多樣化，舞臺控制智能化。最終設(shè)計(jì)出的舞臺控制系統(tǒng)不僅外觀簡潔美觀，操作也簡單方便，工作人員可以現(xiàn)場修改數(shù)據(jù)，使得整個(gè)控制系統(tǒng)精度更高，工作更加穩(wěn)定可靠。另外，整個(gè)系統(tǒng)還具有優(yōu)良的性能價(jià)格比，經(jīng)濟(jì)效益顯著。