PLC軟硬件在多功能舞臺控制系統中的應用

摘要:介紹了某電視臺多功能舞臺控制系統中的西門子PLC軟、硬件設計解決方案，從設計思想、系統配置和網絡通訊設計等三個方面進行詳細的論述。

關鍵詞:PLC軟硬件多功能舞臺控制系統

中圖分類號:TP31文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)03(a)-0119-01

隨著舞臺設計和計算機技術的不斷發展，以PLC為主軟硬件的分布式控制系統是現代舞臺機械控制底層常采用的舞臺控制系統。它采用開放式工業現場總線通訊技術，將核心控制器PLC和分布式I/O方便、快速的聯系起來，為舞臺機械運行提供了安全、實時、可靠的保證。

1 舞臺機械設備描述

某電視臺多功能舞臺控制系統由臺上舞臺機械和臺下舞臺機械設備組成，是無固定舞臺和觀眾席的電視臺，通過升降臺的升降、旋轉，座椅的起落及布置，電視臺變成一個個性化的觀演空間。

臺上設備包括40個可調速吊桿、10個定速吊桿等。臺下舞臺為一個600平方米的觀演空間，設備包括10個座椅臺車、15個車載轉臺、70個可翻轉的連做座椅框架、70個可控升降子臺等。

2 舞臺機械設備控制方案

整個多功能舞臺廳共有200多個交流電機、68個凸輪開關、180個編碼器、300多個開關。設備聯系復雜，連鎖的保護程度要求較高。

2.1 軟件控制方案設計

2.1.1 實時的互鎖

舞臺臺下設備眾多，設備關聯程度復雜，連鎖程度很高。舞臺每一個設備的運行都依賴其他相鄰設備的位置，例如:相鄰轉臺旋轉到位決定著母臺和子臺是否能升降;座椅的翻起一定是其所在位置比后一排座椅位置高;當轉臺所在母臺處于最高位置，且相鄰母臺和子臺都在最低位置時，轉臺才可以旋轉。所以，需要將多個連鎖數據塊按類別設置在程序中，這樣可以對母臺、子臺、轉臺的運行位置進行實時存儲。當條件滿足或不滿足時，及時發送到數據運行數據塊受限制令或允許運行，使設備能可靠安全的運行。

2.1.2 復雜的順序控制

以預先設計好的時間或條件為依據，根據預先規定好的動作順序對控制過程中各個階段順序的進行自動控制，這就是順序控制。在五種自動模式下，設備根據已經存儲在模式數據塊中的運行位置自動順序運行。轉臺旋轉、座椅翻轉、母臺升降、子臺升降式順序動作的四個子動作。例如:轉臺旋轉動作一定將所在的母臺自動升起，當監測到母臺升到最高位置時，順序旋轉轉臺;當監測到母臺下降到最低位置時，開始自動執行下一個轉臺旋轉順序;當監測到轉臺旋轉到設定的位置時，再自動將升起的母臺降下。座椅翻轉子動作將在所有轉臺都旋轉到預定位置后再自動執行。通過PLC獨立完成這些順序控制數據和控制動作，舞臺設備的五種模式布置的自動完成，可通過相對應的五個獨立存儲設備目標位置的自動布置方式數據塊進行，同時設備的復位操作，通過一個獨立的復位設備數據塊動態存儲舞臺設備的實際位置。這樣，如果PLC系統數據存儲區允許，理論上任意多種布置方式都可以完成。

2.1.3 多重的急停保護

設備在發生緊急事故時必不可少的操作方式就是急停。不同的緊急停車方式要根據不同的運行情況決定，這樣不僅能將舞臺設備運行的時間延長，同時還能確?？刂葡到y正常工作。硬急停和軟急停時多功能舞臺控制操作系統中的兩種控制方式。根據急停地點可以分為臺下手操屏急停按鈕、控制臺上急停開關、控制柜急停按鈕、控制臺觸摸屏急停按鈕。這樣操作員就可以在設備在不同情況下出現緊急情況時方便的進行處理。

2.1.4 優化的設備切換選通

在保證系統正常使用的前提下，為了節約成本，優化資源，大量采用矩陣選通控制技術在舞臺多功能廳控制系統中應用:所有的座椅框架采用以行列為基礎選通切換控制執行，一排座椅的翻轉動作可通過自動模式同時控制，任何指定的一個座椅框架動作都可以通過手動方式來完成。大量的選通矩陣被全部硬件對應著，它們預先被存儲在不同類別的對應選通數據塊中，設備運行時，首先硬件的選通地址被選通數據塊刷新，然后按照對應運行設備號將設備啟動運行。根據系統人機界面通過選通數據塊中對應的選通設備對整個系統運行狀態的更新進行控制。

2.2 硬件控制方案設計

為了滿足用戶的多種不同操作要求，PLC控制系統由三種操作方式:本地操作員手控、主控制臺手控、上位機程序控制編組。其中，在臺面兩側各設置有移動手操器接口，通過系統連接線將其掛接到移動手操器上，這就是本地操作員手控。通過對手操器上的觸摸屏進行移動對臺下單一手動控制設備進行選擇，這樣操作員在舞臺臺面演出形式布置好后，對單個設備進行局部調整比較有利。

采用高性能交流矢量變頻器控制技術對調速定位設備的吊桿速度進行調節。變頻器控制技術可靠性高，功能完善，調速范圍較大，這樣對高精度定位功能的實現有利。在變頻器內部編寫定位程序，并對電機同步編碼器檢測進行配合，從而使閉環控制實現。在手動時，電機的啟動和停止PLC可通過網絡啟動變頻器來進行;程控自動運行時，變頻器可以在PLC將吊桿到位的位置給出后獨立將電機定位控制完成。

斷路器、交流接觸器、電機保護器的輔助觸點信號穿入PLC中的輸入模板，這樣可方便PLC模板、監視電機的工作狀況。采用安全24V直流對所有傳感器和控制回路的供電電壓，24V、32點數字量輸入和輸出模塊分別是PLC開關輸入和輸出量。

3 網絡結構及配置

根據舞臺機械工藝的特點，整個舞臺控制設備建立聯系可采用西門子S7-400H系列的PLC，以及由DP、MPI組成的混合控制網絡，這樣可實現統一控制。S7-400H中央處理單元采用CPU414-H CPU，它集成了兩個網絡端口，一個端口配置成DP主站接口，用于連接DP擴展模塊、主控制臺上的智能從站、SEW交流矢量變頻器和TP270觸摸屏;另一個端口配置成MPI接口。通過系統默認的地址分配座位調試監視口，現場設備的組態和參數化可以通過高性能工具的使用來完成。

采用德國SEW公司的MDV60系列變頻器，通過采用6字節的過程數據格式協議來進行通訊。

上位機與PLC組成S7網絡，通過CP443-1來實現通訊，上位機和PLC的通訊用S7而不用MPI，主要是考慮到CP443-1模塊能夠將S7-400H中的數據鏡像，具有獨立通訊處理能力，這就能夠很好的將上位機和PLC上的通訊負擔減輕。還有就是它和上位機組成S7網絡，網絡速度和網絡擴容能力都比MPI網強。

4 結語

隨著控制理論的逐步發展，人性化方向是控制系統的應用方向，除了要保證安全外，人們對舞臺機械控制系統的要求還包括重視機械的潛力和人的能力的有效配合，這樣對控制和管理效率的提高有重要作用。本文所寫舞臺控制系統中，變頻器、觸摸屏、PLC等都是機械控制系統硬件，它們使PLC與觸摸屏、上位機、變頻器以及PLC模塊之間的混合通訊，這樣就實現了對機械設備的自動控制。這是一個舞臺機械控制中運用工業現場總線控制系統的很好應用，并且這個系統的效果很好。

參考文獻

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