變頻技術在舞臺吊桿定位控制中的應用探討

【摘要】：在劇場舞臺中，吊桿是一項非常重要的設備，演出時，需要以吊桿的快速啟停來實現舞臺其他道具的升降、移動工作，傳統吊桿定位控制所采用的策略為勻速控制，但在定位運行時，高精度難以保證，無法滿足運行的要求。近年來，在設計舞臺吊桿定位控制系統時，應用了變頻技術，有效的滿足了定位運行的高精度要求，基于此，本文首先介紹了舞臺吊桿，在此基礎上探討了舞臺吊桿定位控制中變頻技術的具體應用。

【關鍵詞】：變頻技術;舞臺吊桿;定位控制

前言：舞臺吊桿在運行的過程中，其定位控制的精度受到多方面因素的影響，比如運動慣性、機械延時等，在很大程度上降低了定位控制精度，甚至可能影響劇場演出的效果。變頻技術是一種新型技術，將其應用到舞臺吊桿控制系統中后，可有效的克服傳統勻速控制策略存在的不足之處，減少影響因素對定位控制的影響，降低定位誤差，實現定位的高精度。

一、舞臺吊桿概述

承載藝術表演的主要場所即為劇場，劇場演出的過程中，各種運動及動作的實現，都需要借助相應的舞臺設備來完成，實現藝術效果的同時，增添藝術演出的魅力。吊桿是舞臺設備中一項必不可少的設備，為一種懸吊裝置，在舞臺上空設置，功能在于景片的提升、幕布的掛設、燈具的懸吊等。一個舞臺中包含比較多的吊桿，且需要頻繁的使用。在舞臺吊桿系統中，包含主機、鋼絲繩、滑輪、桿體等裝置，特點為桿體較長，吊點多為4～6個。進行舞臺吊桿定位控制時，要對其速度及位置進行控制，采取適當的速度，促使吊桿達到指定位置，完成相應的功能，以保證演出的正常進行。

二、變頻技術在舞臺吊桿定位控制中的應用

（一）雙閉環控制策略

在雙閉環控制策略中，要求綜合調節速度和位置，實現每道吊桿的無級調速，并實現自動定位。雙閉環控制結構中，交流電機和變頻器共同組成了被控對象，于變頻器中集成控制器，將其速度提升，以便于實現快速跟蹤;通過PLC編程來實現切換機制和變速算法，如果減速距離超過設定值時，會切換到變速算法，以保證下降的速度平穩，降低機械沖擊對定位精確度的影響，實現平穩、精準的減速及制動[1]。

（二）變速算法的實現

傳統勻速控制方案中，吊桿定位存在比較大的誤差，而且不易實現零速停靠，降低了系統的平穩可靠性，為了解決這一問題，在系統中應用了三段式、五段式、七段式速度控制模型，將系統平穩可靠性提升，但由于多種因素會影響速度控制模型的關鍵參數，使得其最佳狀態難以確定，并且在進行運算及PLC編程時，復雜性比較高，實現難度比較大，因此，速度控制模型應用方案在實現時，存在局限性。對此，吊桿定位控制中應用變頻技術后，利用二分法減速算法來實現變速算法，在PLC中，集成了二分法減速算法，提高了控制系統運行的穩定性，并提升了定位的精確度。二分法減速算法比較簡單，工程實現難度小，較為適合定位控制系統。

（三）控制系統軟件設計

設計控制系統軟件時，主要包含兩部分，一部分為上位監控軟件，另一部分為下位PLC控制程序，通過這兩部分軟件設計的進行，實現精準的定位舞臺吊桿。

第一，上位監控軟件設計。程序開發設計時，采用高級語言VB6.0，程序結構劃分為多個模塊，應用模塊化設計方式，模塊包含系統配置、設備控制、設備監控等。在上位機中集成OPC客戶端，以實現實時傳輸吊桿的運行參數信息，同時，OPC通信時采取的模式為客戶端/服務器，下位PLC與之傳輸數據時，應用以太網[2]。系統配置模塊的功能為對舞臺中所有的設備進行查看、限位狀態設置、用戶參數信息查看等，并通過與下位PLC之間的通行，保證下位PLC運行的安全性;設備控制模塊的功能為控制設備的運行狀態，包含升降、平移、定位、定速等，同時，將設備運行的參數信息傳輸給下位PLC，為下位PLC控制設備的運行提供相應的信息;設備監控模塊的功能為對設備的運動狀態及實際狀態進行監控。

第二，下位PLC控制程序設計。軟件編程時采用的工具為Step7 V5.4工具，語言為梯形圖編程語言。經吊桿的運行流程可知，在PLC編程中，變速算法為其核心，吊桿運行參數產生后，系統會將變速算法子程序調用，通過該子程序完成速度計算，變頻器經過Profibus-DP總線的控制，實現控制電機變速，同時，位置換算時，采用增量式編碼器的脈沖數，將吊桿當前位置計算出來后，利用以太網，將吊桿位置信息傳輸到上位機中，上位機依據接收的位置信息，實時監控吊桿，保證吊桿定位的精準性[3]。

結論：舞臺吊桿定位控制系統中應用變頻技術后，有效的彌補了傳統勻速控制中存在的誤差大等問題，提升了吊桿定位控制的準確性，實現了零速制度，避免了運動慣性及機械延時對吊桿定位精確度的影響，實現高精度定位，保證了劇場演出的順利進行。現今，在多個劇場中已經開始應用此舞臺吊桿定位控制系統，取得了良好的成果，具有比較高的可行性。

參考文獻：

[1]趙慶國，胡心科.變速算法在舞臺吊桿控制中的應用[J].工業儀表與自動化裝置，2012，（05）：43-45.

[2]王小軼，武少飛.自適應模糊PID在舞臺吊桿控制中的應用[J].工業儀表與自動化裝置，2013，（02）：42-45.

[3]董改花.切換矩陣系統在舞臺吊桿變頻器中的應用[J].電氣傳動自動化，2013，（05）：49-51.