PLC與PC機相結合的舞臺電動吊桿綜合保護系統(tǒng)

郝 坤

（北京 100061）

采用電動吊桿，可以結合劇情的發(fā)展，來對幕布進行起落，這樣藝術效果就更加的逼真。但是通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，因為沒有正確的安裝，有著較為惡劣的工作環(huán)境，在吊桿運行過程中，可能會有一些故障出現(xiàn)，如松繩、跳繩等，這樣就對演出的藝術效果造成了較大的影響，還可能會有安全事故出現(xiàn)。

1 保護系統(tǒng)

為了操作和管理起來更加的方便，我們將上位PC機和下位PLC相結合的保護系統(tǒng)給應用了過來。上位PC機具有良好的人機交互界面，菜單化管理可以實現(xiàn)，并且可以對吊桿的運行狀態(tài)實時監(jiān)控。下位PLC則可以進行診斷、報警和監(jiān)控，并且能夠穩(wěn)定可靠的運行，具有較強的抗干擾能力。為了促使實時監(jiān)控需求得到滿足，上位PC機和下位PLC之間的通信功能需要實現(xiàn)。本系統(tǒng)可以避免吊桿上行沖頂，下行也不會與臺面所接觸；如果有松繩現(xiàn)象或者超載問題出現(xiàn)于吊桿運行過程中，就會有報警信號發(fā)出。如果電機表面有著較高的溫度，那么PLC除了發(fā)出報警信號之外，還會保護系統(tǒng)。如果有過流、短路或者漏電等問題出現(xiàn)于電機中，就可以保護電機。可以利用上位機來監(jiān)控吊桿，保證其正常運行，并且可以儲存和打印運行狀態(tài)結果。

2 下位機PLC的功能

一是PLC的各種檢測信號：首先是行程開關檢測信號，為了避免吊桿沖頂或者與臺面發(fā)生接觸，我們將上下位限位裝置安裝于吊機。本行程開關，利用了比例絲杠來對螺母撞塊產(chǎn)生帶動作用，做一些直線運動，在運行過程中，不管是到左極限位置，還是右極限位置，都會與行程開關發(fā)生碰撞。行程開關被撞動之后，PLC可以及時檢測到，將停止命令發(fā)出去，吊桿運行就會停止。

其次是松繩及超載檢測信號，在桿體運行的過程中，如果有疊靠現(xiàn)象出現(xiàn)于吊桿和其他設備之間，隔住了桿體，這個時候電機仍然工作；或者是在某一吊點附近集中了載荷，沒有均勻分布載荷，出現(xiàn)排繩不好，那么在吊桿運行過程中，鋼絲繩就有不同的伸縮長度。上述的這些問題，都會導致鋼絲繩松繩問題的出現(xiàn)。如果桿體上懸掛的物體，比額定負載要大，或者吊桿向上有著較大的加速度，還有就是其他各種因素，導致鋼絲繩在滑輪或卷筒上繞進或繞處時的偏角超過了相關要求，有跳槽問題出現(xiàn)，這樣都會發(fā)生過載現(xiàn)象。為了避免這些問題出現(xiàn)，我們將重量傳感器安裝在了吊機鋼絲繩的拐角上，它用電信號來轉(zhuǎn)化桿體上每根鋼絲繩承受的重量，向PLC反饋，這樣PLC就可以將松繩報警分別發(fā)出來。

然后是溫度檢測信號，對于舞臺電動吊桿的驅(qū)動電機，表面溫度需要控制在70度以內(nèi)，我們將一個溫度傳感器安裝于電機表面，來對它的表面溫度進行檢測，并且用電信號來轉(zhuǎn)換溫度信號，向PLC反饋，如果溫度在70攝氏度以上，就會及時將報警信號發(fā)出來。

二是PLC的硬件配置：結合實際情況，我們對各種產(chǎn)品進行了綜合比較，最終將西門子的PLC給應用了進來。這種PLC是超小型化的整體型PLC，除了一些基本單元之外，還有三個擴展模塊。首先是基本單元，我們也可以用CPU模塊來稱呼基本單元，它包括諸多方面的組成部分，如CPU、基本輸入輸出點、電源等。我們采用CPU224，繼電器輸出，將交流220V作為工作電壓，它的數(shù)字輸入點和數(shù)字輸出點分別為14個和10個。在設備運行過程中，需要對轉(zhuǎn)速信號實時采集，因此，我們將內(nèi)部高速計數(shù)功能給應用過來。通過RS485，CPU和PC機可以進行通信，對相應的運行程序進行存儲，結合運行程序，發(fā)出相關命令。

其次是數(shù)字量擴展模塊，因為我們需要對上下行程開關信號、重量傳感器的松繩信號、溫度信號以及變頻器故障信號等進行采集，并且要對各種報警信號進行輸出。因為CPU模塊具備的數(shù)字輸入點為14個，但是數(shù)字輸出點卻只有10個，因此，我們就設置了數(shù)字量擴展模塊，它具有8個數(shù)字量輸出點。

再次是模擬量擴展模塊，因為我們需要對漏電信號、短路信號和過載信號等三個模擬輸入信號進行采集，但是對于本CPU來講，模擬量輸入點是不具備的，因此，我們就擴展了一個模塊，它沒有模擬量輸出點，但是卻有三個模擬量輸入點。

3 上位PC機的作用

上位機主要是實時監(jiān)控吊桿的正常運行情況，并且可以對吊桿運行狀態(tài)進行存貯、顯示和打印，同時，PC機可以有效控制吊桿。借助于RS485，上位PC機和PLC之間可以進行通信，這樣PLC就可以向上位PC機及時傳送各種檢測信號，同時，PC機也可以向PLC下位機及時傳送各種控制信號。

4 結語

通過上文的敘述分析我們可以得知，電動吊桿是非常重要的一種舞臺設備，它對于舞臺劇逼真效果的強化，具有較為顯著的意義。本文所介紹的舞臺電動吊桿綜合保護系統(tǒng)，可以對電動吊桿運行過程中出現(xiàn)的各種故障準確可靠的檢測，在將報警信號發(fā)出來的基礎上，還可以將主回路自動切斷，促使安全保護的目的得到實現(xiàn)，提升了劇場電動吊桿的安全性和穩(wěn)定性。并且本系統(tǒng)中，有機結合了PLC和PC機，可以集中處理信號，具有良好的人機交互界面，系統(tǒng)的操作性得到了提升。

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