在現(xiàn)代劇場和各種文化體育設施中，舞臺機械設備是一項重要的組成部分，舞臺機械系統(tǒng)設計能夠滿足大型劇場的演藝和文化傳播的要求。我國近年來比較的包括上海大劇院和國家大劇院的正式啟動均帶動了舞臺機械系統(tǒng)設計的發(fā)展，越來越多的專業(yè)人士開始關注對我國大、中型舞臺的新建和改造，重視提高舞臺機械系統(tǒng)設計的智能化水準，以促進國內整體舞臺設計水平的提升。

1 智能舞臺機械系統(tǒng)的設計要求

1.1 智能舞臺系統(tǒng)設計是一項綜合性強的工程，需要充分認識到其和舞臺音響、建筑聲學、空調工程、智能工程、電氣工程等其它專業(yè)多方的聯(lián)系，協(xié)同好彼此間的影響，確保舞臺機械系統(tǒng)設計和使用的性。

1.2 確保采用符合施工質量標準的舞臺機械系統(tǒng)設備構件和相應零件，使機械設備在溫度的范圍內轉動，盡量控制設備噪聲，降低其對環(huán)境及人們觀感的影響。

1.3 提高舞臺機械系統(tǒng)的性，確保其電器設備有一套良好的控制系統(tǒng)，特別是故障控制系統(tǒng)，確保其在無人員操作時處于靜止狀態(tài)，設備運行必須經由操作人員啟動。且為了避免設備超行程運動時出現(xiàn)不必要的碰撞，應針對設備設置超程限位開關。

1.4 進一步提高舞臺機械系統(tǒng)所有框架和外罩的牢固性，并改善其隔熱性能，提高電路承載力。確保舞臺機械設備中的斷路器、接觸器、繼電器具有短路過載和熱保護功能。舞臺機械設備的操作臺要便于操作，并且要設置控制按鈕、指示器和緊急停車按鈕等。

2 智能旋轉升降舞臺機械系統(tǒng)結構及主要技術性能參數(shù)

本舞臺機械系統(tǒng)的主要裝置為低速大扭矩電液驅動裝置，傳動裝置各構件為絲杠、鏈條、齒條等，舞臺設備通過計算機進行實時控制，以促進不同功能版塊的功能發(fā)揮。智能化的舞臺機械系統(tǒng)能夠實現(xiàn)各個版塊和關節(jié)的單獨運動，同時能夠有效聯(lián)動，形成不同高度的臺階和大型立體道具等?？稍谳^大的升降舞臺上防止小轉臺，營造出更加強烈的演出氛圍。

舞臺的主要性能參數(shù)智能化的舞臺機械設備能夠平穩(wěn)運行，且可以自動記錄控制系統(tǒng)參數(shù)及舞臺升降等運行狀況。此外，智能化的舞臺機械系統(tǒng)還能夠幫助實時切換演出節(jié)目，且能夠更加智能的控制升降臺的運行軌跡，改善運行效果。摩擦傳動或銷齒傳動是設備的主要傳動方式，同時利用計算機對交流變頻調速裝置進行控制，從而促進轉臺的正反可逆旋轉以及無級調速的實現(xiàn)，由此可見，智能化的舞臺機械系統(tǒng)更加便于操作，更加容易獲得準確的定位以及更能夠提高運行的性和穩(wěn)定性。

3 PLC運動控制器在舞臺機械系統(tǒng)設計中的應用

PLC是當前舞臺機械控制系統(tǒng)的核心控制器件，能夠有效提升設備度，促進多電機準確聯(lián)動。PLC運動控制器運用在舞臺機械系統(tǒng)設計中能夠發(fā)揮一下優(yōu)勢：一是PLC本身電器運行性能可靠，能夠支撐其使用更加開放的軟件和硬件平臺；二是可合理組合設備，并通過模塊化結構更加標準的封裝軟件；三是能夠將運動系統(tǒng)平臺搭建在現(xiàn)有系統(tǒng)中，從而顯著增強軟件的通用性和可移植性；四是采用的以太網絡能夠縮短系統(tǒng)響應時間到0.1ms，充分發(fā)揮現(xiàn)有舞臺技術優(yōu)勢，并實現(xiàn)對舞臺控制系統(tǒng)位置的可針對性編程。 ??

3.1 結構組成 ??

采用的主干網絡為百兆以太網Powerlink，主要應用分布式網絡結構，每個PLC運動控制器內對應相應的運動軸。每個控制周期內各個軸的位置接收器為編碼器，將每個軸的速度給定值計算出來并發(fā)送給各個變頻控制器。 ??

在每一個多軸運動控制中都有一個主軸，其他設備則為從動軸，主動軸將實際位置值通過控制網絡傳送給所有的從動軸，從動軸將獲得的位置作為給定值，主運動設備也可由運動控制器作為虛擬主軸來獲得位置給定值，促進電子齒輪等功能的發(fā)揮。 ??

中央控制器主要用來接收上位系統(tǒng)命令，向上位系統(tǒng)反饋設備的軸狀態(tài)，并且通過以太網對運動軸之間的信息進行同步調控，確保設備之間的軸命令狀態(tài)信息和狀態(tài)信息以微秒為單位、設備之間軸命令信息和狀態(tài)信息以毫秒為單位進行等時同步傳遞。中央控制器下達命令之后由運動控制器接收，并對每個控制設備的軸狀態(tài)進行反饋。變頻器的速度的給定控制設備是模擬量控制變頻器，并對位置和速度信息進行采集，采集設備為電機編碼器。通過可移動單控調試設備對設備軸的位置屬性進行設定，具體通過詳細的對設備軸位置環(huán)速度、加速度、到位窗口PI參數(shù)等位控信息的控制實現(xiàn)，確保軸控效果。 ??

3.2 控制方案設計 ??

PLC運動控制器能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的變頻器，是一個微處理單元，能夠實現(xiàn)專用位控，PLC運動控制器依賴于更加開放的以太網絡，能夠對不同運動控制器下的控制設備的實時位置信息進行搜集，從而實現(xiàn)多軸聯(lián)動和控制。PLC運動控制器的開發(fā)工具統(tǒng)一使用C語言，定義接口時采取模塊化功能終實現(xiàn)標準化，增強了可移植性。運動控制器的實際控制部位是執(zhí)行元件，從而產生與設備電器控制有關的全部信號。運動控制器通過獲得指定的運行曲線指令來將不同的運行數(shù)據進行計算，在此基礎上比較指定值與實際值，對參數(shù)的控制主要通過專用算法實現(xiàn)。運動控制器可專門化產生信號，根據不，同的要求提高信號的針對性，根據機械要求可產生專門的二進制信號，從而幫助傳動離散速度。還可產生用于無位置控制要求的變速傳動的模擬速度信號，產生用于有位置要求的變速傳動與位置、時間有關的指定速度信號等。運動控制器的工作效率高，數(shù)據和時間處理，相對的減緩了中央處理器和運動控制器之間的數(shù)據交換速率，從而幫助中央處理器和運動控制器間點對點通信的實現(xiàn)。 ??

3.3. 關鍵技術研究 ??

運動控制器實現(xiàn)運動環(huán)運行，伺服驅動器或變頻器實現(xiàn)速度環(huán)和電流環(huán)運行，位置環(huán)閉環(huán)控制由運動控制器執(zhí)行，位置T速度曲線發(fā)生器和位置T速度曲線調節(jié)器向變頻器發(fā)送速度指令，指揮設備接收指令之后嚴格按照質量運行位置。 ??

在將PLC運動控制器應用到舞臺機械系統(tǒng)的設計中時關鍵的技術在于位置/速度曲線發(fā)生器的控制模式的設定和運行。在控制位置發(fā)生器時其主要模式有兩種，S曲線模式和梯形曲線模式。位置控制閉環(huán)具有自身特點，即PI特點和變頻器內置的速度閉環(huán)特性，因此即使梯形曲線在啟動或停止，設備仍可被平穩(wěn)控制。S曲線模式和梯形曲線模式相比，S曲線模式控制算法較為復雜，由此可知梯形曲線模式能夠更加快速的對設備運動過程中具有的在線目標速度和目標位置的改變做出反應。因此當運行場合對位置響應速度要求較高時，位置/速度曲線發(fā)生器應采用梯形曲線模式。 ?

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4 結語 ??

舞臺機械系統(tǒng)設計需要不斷增添智能化因素，以更好的滿足大、中型劇院的要求，并為觀眾營造良好的劇院和舞臺觀感體驗。其中PLC作為舞臺機械系統(tǒng)的核心控制設備在舞臺機械系統(tǒng)設計中的作用越來越明顯，其能夠控制設備度，解決多電機準確聯(lián)問題等。本文在研究舞臺機械系統(tǒng)設計時從智能化角度出發(fā)，對不同的舞臺結構進行分析，并積極設計出運行質量更高的運動控制器，以提高智能化的舞臺機械系統(tǒng)設計設備的應用成效。