一、引言
近年来，人们对舞台效果要求越来越高，各地电视台、剧院纷纷进行多功能舞台改造。新形式的多功能舞台基本具有下列一些或其中一种功能：整个舞台由若干个平台组成，各个平台能够独立升降，组合出各种效果；有一个或多个旋转平台；有一个或多个能够自动平移的机构。实现诸多功能需要复杂的机械结构，各部分之间的相互制约关系较多，要求电气控制系统工作可靠、使用方便、具有一定的控制精度形成较好效果。
二、电气控制系统组成
电气控制系统组成，如图1示。
图1 电气控制系统框图
1、触摸屏人机界面
电气控制系统有许多控制信号、控制量需要输入，为了反映实时状态还要具有信号显示功能。系统选用Digital GP-570触摸屏作为人机界面。用于控制系统的触摸屏采用五线电阻式，触摸时需加适当的压力，触摸屏才会接受信号，而且这种触摸屏仅为人机界面单元，它不需要计算机系统，通过一根串行通讯线与PLC相连，工作可靠、抗干扰能力强。
Digital GP-570 触摸屏为液晶彩色显示，单24V供电，可与几乎所有类型PLC相连。它将PLC的X、Y、M、T、D、C软元件内容映射至内存。采用图形界面，很方便的完成人机对话功能。每屏可以设若干触摸键，触摸键与某个软元件内容相关联，当按下触摸键时，即可改变相关联的PLC软元件内容，达到控制信号输入目的；为了实现控制量输入，可以设置数据框、数字小键盘；设置信号指示灯图形，将需要输出的开关信号显示出来；利用数据框和棒图、仪表指针的图形框显示被控制量。除此之外，还可以设置密码，以及对重要操作的确认。
触摸屏单元内可以存储上千屏的内容，屏与屏之间可以相互切换，每屏可以安排一个独立控制单元，如图2所示。
图2 触摸屏各界面转换关系
触摸屏编程方便，Digital开发了GP-PR0/PB3 for WINOOWs95软件，在PC机进行屏幕制作完后，经过通讯线传送至触摸屏。当控制功能改变时，人机界面仅需通过软件修改来实现，可见，它能满足舞台控制功能的要求。
2、PLC网络组成的逻辑控制
因为被控制对象较多，达到控制要求需要使用较多的高速计数器，本系统采用主从PLC网络。主控PLC与触摸屏相连。每个从PLC对一个独立单元进行控制，由主控PLC获得控制命令，将需要显示的信息由主控PLC反馈给触摸屏。
异步电动机作为动力装置，PLC选用三菱 FX2N系列，与变频调速器直接相连构成速度控制环节。变频调速器选用三菱 FR-A044系列。利用光电编码器作为位置信号检测传感器，构成闭环控制。
三、升降单元控制
整个舞台由若干个升降单元组成。对升降单元的设计要求为4m行程，允许偏差为±2mm，升降速度多档可调。为了达到这样的控制精度，对于上升或下降过程需要一个爬行阶段。对于三菱 FR-A044系列变频调速器，可以利用PLC的输出节点与变频器的4个速度选择输入端直接相连，最多产生16个可预设的速度值。利用变频调速器，对异步电动机可以达到较好的调速效果，启动和减速时间可以通过参数设置。对于不同速度档设置不同爬行距离，使得升降过程中均可较好的到达指定位置，PLC程序设计可以很方便的实现这样效果。图3所示的上升过程中l2＞l1，l1、l2分别为不同速度档时的爬行距离。
图3 上升过程
通过机械装置将上下的直线运动转变为旋转运动，光电编码器同轴旋转作为位置检测。光电编码器选用SUNX 600线，有A、B、Z相输出，可直接与FX2N PLC指定输入端相联，利用高速可逆计数器获得位置信号。C251为32位高速计数器，使用DHSZ指令时最高计数频率fmax为1.2kHz。
允许偏差为±2mm，设计每个脉冲代表高度系数c=0.4mm／脉冲。对于PLC，最大升降速度vmax=c.fmax=0.4×1.2=0.48(m／s)，满足应用要求。
PLC连接图，如图4示。
图4 PLC连接图
C251的计数值对应于平台的高度。C251为掉电保持型软元件，一直储存高度信息。将预定高度存入D1，由设定的上升速度确定爬行距离，存入D2。上升或下降命令发出，立即计算开始爬行点的位置，利用DHSZ指令进行比较，判断出所处区域。如图5示， 中间继电器M21置位表示上升， 中间继电器M31置位表示下降。对于上升过程D1减去D2为爬行起始点D3，高度低于D3，则M50置位，高度位于D3、D1之间M51置位，高度达到D1后M52置位；对于下降过程D1加D2为爬行起始点D3，高度下降到D1后，M60置位，高度位于D1、D3之间，M61置位，高于D3则M62置位。M50或M62置位分别对应匀速升降，M51或M61置位对应于爬行过程，M52或M60置位则需立即停止。为了达到要求的精度，M52或M60置位后采取机械制动。
图5 升降区域判断梯形图
其他单元控制方法基本相似。主控PLC协调各专用PLC的运行，对全场设定效果与当前状态进行分析，确定改变步骤，使各单元位置改变顺序或同时进行。主控PLC程序中还确定了一些自动模式，通过模式选择可以马上得到预设的效果，不需要对每个单元分别设定，方便使用。
四、结论
选用触摸屏作为人机界面，使得控制面板简洁，使用也很方便。用PLC构成的多功能舞台控制系统，结构简单，工作可靠。触摸屏与PLC结合起来，应用前景极为广泛，对于功能要求相差很多的舞台控制尤为合适，通过程序修改既能实现不同的功能，缩短开发周期。变频调速器的应用改善了控制效果。
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