PLC技術在舞臺機械控制里的應用

（江蘇大劇院舞臺技術部，南京 211800）

0 引言

隨著人們生活水平的不斷提高，對文化娛樂的需求也越來越高，劇院舞臺也是滿足人們文化需要的重要場所之一。舞臺機械是實現劇場舞臺舞美動作的重要載體，舞臺機械的運動方式由電氣控制系統來主導。隨著PLC技術的成熟發展，其不僅控制功能強，可靠性高，編程方便，而且隨著遠程I/O和通信網絡、數據處理的發展，使PLC在舞臺機械控制系統中起到了非常重要的作用。

1 開關量的處理

開關量的處理是PLC基本功能之一，舞臺上需要處理的開關量比較多，例如常用的限位信號，一般使用行程開關的常閉或者常開點，直接接入PLC的開關量輸入區，當設備行走到限位時，開關動作，PLC的開關量接入點電平發生變化，使系統采集到設備到達限位的信號，從而進行下一步指令動作。常用的還有光電接近開關，不管是PNP還是NPN型或者舞臺設備設計需要的松、亂繩信號，都可以成為開關量信號接入PLC中[1]。此外，PLC可以向外部輸出電信號，驅動中間繼電器或交流接觸器，也可以發出高低電平信號驅動變頻器等設備。

2 模擬量的處理

舞臺設備中需要經常應用到模擬量的處理，而PLC對模擬量的處理也是其強大的功能之一。例如舞臺設備中常用的載荷傳感器輸出0～20 mA電流或者0～10 V電壓信號，接入PLC的模擬量輸入區，PLC再轉換成0～27648或0～32767等范圍的數字量信號，從而得知當前設備的載荷。此外PLC還可以對外輸出模擬量，例如舞臺調速設備，PLC輸出一個 0～20 mA電流或者0～10 V電壓信號接入變頻器，從而達到設備調速的目的。

3 通訊處理

目前工業控制網絡化已經成為趨勢，而PLC在舞臺機械控制系統中處理通訊方面也有著很大的優勢[2]。在舞臺機械控制系統中，PLC可以與計算機進行通訊，向計算機反饋數據，構成上位機操作系統，也可以與設備之間進行通訊，讀取設備數據，向設備發出動作指令。在舞臺系統中，PLC的通訊方式有很多，如Modbus，PROFIBUS-DP或者工業以太網都可以方便組網。在當前的舞臺機械PLC系統中，很多都設計了冗余結構，有兩套PLC站點，當一套PLC主站出現故障時，另一套備用PLC可以繼續投入使用，響應時間快，確保了舞臺控制系統的可靠性（如圖1所示）。

圖1 舞臺機控制系統網絡

4 邏輯處理

舞臺機械控制系統中，設備聯鎖關系很多，并且需要用到很多數據處理，算術運算，延時功能和計數功能，而PLC具有強大的邏輯控制和運算功能，PLC在舞臺機械系統中的使用，不僅使得電氣線路被精簡，也大大的簡化了設計編程者的工作量。例如西門子S7-200 SMART PLC[3]和其編程軟件對邏輯功能（如圖2所示）。設備種類為調速非定位種類，使用者使用操作臺發出設備上升啟動信號后，PLC根據開關量和模擬量接受區，判斷設備是否存在松、亂繩限位，過載等安全故障，如果不存在故障，設備將啟動，并且延時啟動時間使用者可以自行設置，如果存在故障，設備將停機并且通過上位機顯示對應故障，以便使用者能夠迅速判讀設備故障點并排除。

圖2 S7-200 SMART編程程序

5 位置處理

臺上臺下的升降設備和舞臺面的平移設備，用戶需要知道舞臺機械設備的當前位置，或者給出舞臺機械設備動作的目標位，到達目標位時，設備能夠停止工作，這就需要我們的舞臺機械設備帶有定位功能。為了達到舞臺機械設備定位的要求，設備常常安裝編碼器用于設備的定位。PLC的高速計數器口可以方便的接入編碼器，讀取編碼器的脈沖數值，或者對碼的解析讀取絕對值編碼器的位置，也可以通過通訊讀取編碼器的數值，從而達到設備定位的目的，并將位置數據反饋到上位機操作臺，告訴給用戶。

6 結束語

PLC技術的不斷發展，在舞臺機械控制系統設計中也得到了廣泛的應用，文中闡述了PLC在舞臺機械控制系統中幾個功能，但是PLC的功能遠不止于此，包括分布式模塊安裝也為整個系統硬件安裝布局提供了很大的方便。此外有些廠家沒有使用PLC作為控制器，而是用了舞臺軸控制器作為核心控制元件，其功能與PLC功能類似，都可以達到處理開關量，模擬量，通訊等相關功能的應用。