文章编号:1005 —7277(2001) 05 —0048 —03

龚建兴, 吴爱梅

(甘肃工业大学机械工厂, 甘肃兰州730050)

摘要: 介绍了PLC在舞台吊杆控制系统中的应用,以及PLC控制系统的硬件和软件的设计方法。充分说明PLC在大规模开关量的管理和控制、提高产品的可靠性等方面具有极好的性能和优势。

关键词: PLC; 舞台吊杆; 控制系统; 应用

中图分类号:TP571.6 +1 文献标识码:B

ApplicationofPLCinthecontrols ystemof platformbooms

GONGJian-xing , WUAi-mei

( MachinesSho p,GansuUniversit y of Technology ,Lanzhou 730050, China)

Abstract: TheapplicationofPLCinthecontrols ystemof platformbooms, thehardwareandsoftwaredesi gnmethodof PLCcontrols ystemare

presentedanddiscussed.ItisshownthatPLChasbetter performanceinmana ging andcon 2trolling for greatswitchamount,im proving the controls

ystemreliabilit y for platformbooms.

Key words: PLC; platformbooms;controls ystem; application

1 引言

舞台吊杆以其多功能和高利用率在众多演出场馆和剧场中得到普遍应用。吊杆常规控制采用继电器、接触器控制方式。由于每个剧场吊杆数量比较多,控制系统元器件数目也很庞大,接线繁杂,电路可靠性差,控制系统故障率高,维修困难,给正常演出带来不便。利用PLC开发的舞台吊杆控制系统,从根本上克服了这些缺陷。

可编程控制器是传统继电器控制方式与计算机技术完美结合的产物。其功能齐全, 具有诊断、报警、监控等功能。可以配备各种通讯接口和模块, 与其它PLC和计算机组成网络控制系统。PLC应用灵活,其标准的“积木”式硬件结构,模块化的软件设计, 可以适应大小不同、功能繁复的控制要求。可缩短整个设计、生产、调试周期,研制经费也相对减少。另外,PLC 操作、维修容易,其控制系统工作稳定可靠,抗干扰性能好。

2 控制系统要求与方案

(1) 舞台吊杆主要用于悬挂幕布、场景等舞台用具, 大量参与演出, 在演出过程中频繁置换表演背景,借助灯光的变幻,与舞台表演相映成辉,强化了舞台艺术效果,增添了舞台艺术魅力。由于吊杆换景均在场间黑场的间隔进行,这就要求吊杆控制有较高“智能化”, 设备运行时平稳且定位准确,控制系统具有场次管理功能, 很好的人机对话界面。考虑到现场环境因素,控制系统应具有在恶劣环境中长时间不间断运行的能力, 高可靠性能, 稳定性好,抗干扰能力强。PLC完全具备以上功能。

(2) 舞台吊杆数量较多(以60道为例) ,PLC需管理的开关量、位置反馈量、模拟量等信号量多达近千点, 因此, 系统选用的PLC控制器应具有高效的运算和管理、扩容能力, 有较大的程序存储空间。

(3) 为便于操作和管理,系统应具有良好的人机对话窗口,完全实现菜单化管理。真正实现控制系统智能化、人性化。控制系统应具有上位管理机, 上位机应适用于工业现场, 下位机则应具有与上位机高效通讯的接口。

(4) 针对舞台吊杆的控制要求,综合控制系统的软硬件因素, 力求达到系统最优化配置效果, 选定上位管理机采用研华工业控制机, 下位PLC采用SLC5/05 系统, 二者采用以太网通讯, 传输速率10Mbp/s, 完全可以满足实时控制的需要。控制系统框图如图1 所示。

图1 控制系统框图

3 下位PLC硬件设计

根据舞台吊杆系统的控制要求,吊杆控制开关量输入信号由位置反馈、手动操作信号、变频器故障等总计360 余个控制节点组成。PLC选用1746-IB32输入模块来实现。吊杆最快运行速度为0.8m/s, 即编码器每秒输出800 个脉冲信号。1746-HSCE2高速计数模块计数频率达到50kHZ, 完全满足吊杆高速运行时定位精度的要求。

吊杆控制开关量输出由制动控制、运行控制、故障复位控制等近300 个控制节点组成。选用SLC5/05 系统DC24V 和AC240V 开关量输出模块即可满足控制要求。

控制系统要求吊杆无级变速,运行区间内任一位置准确定位。SLC5/05 系统配置了相关的模拟量输出模块,可以方便地进行变频器调速控制。

上位工控机通讯网卡型号为3COMEtherLinkIIIISA (3C509b-TP0 ) ,下位机自带以太网接口。高效率的通讯手段保障了上下位机的同步操作性能和控制精度。如图2所示, 通过合理的配置主框架和从框架、系统电源和相关模块, 吊杆控制系统下位机PLC系统可获得最优化配置。

图2

4 系统软件设计

舞台吊杆控制系统软件设计分上位工控机人机界面软件和下位PLC控制软件两部分。

4.1 上位机

上位机采用研华工业控制机,其专业的工业环境适应能力可以保证控制系统在剧场复杂干扰存在的条件下安全运行,上位显示器使用PHILPS17”彩显。

上位操作系统是利用Rsview32组态软件开发的。软件工作平台为WINDOWS95。系统可仿真舞台吊杆的升降状态画面和操作“按钮”,实时监控吊杆的运行状况。当系统显示器画面上的“按钮”被触发时,与其相关的B3:XX 文件被激活,该文件被置入数据或置位,通过通讯送入下位机。在下位机中同域B3:XX 文件被赋于7:XX 文件或直接引用, 触发相应的操作,完成特定的功能。设备运行的状态参数则被赋于相应的N7:XX 文件或B3:XX 文件,并通过通讯送入上位机。组态应用程序按照送入的参数控制舞台吊杆组态画面的变化,实现设备的实时监控。

上位操作系统画面均为汉化界面,具有良好的交互性。操作人员可以直接按压画面上的按键,进行画面的切换和吊杆升降高度的设定。画面“按钮”与系统内部节点一一对应,形成影射关系。

4.2 下位机

下位机PLC软件设计采用RSLogix500 系统软件编写。应用程序为梯形图。其工作平台为Windows95 。具有编程方便、程序结构清晰、易调试等优点。

舞台吊杆根据给定位置运行。编码器发出反馈信号, 控制器不断比较计数器和给定值, 通过PID参数调节后, 模拟量输出控制变频器的速度给定,从而实现吊杆的无级变速和定位控制。同时,控制系统设置了相应的报警程序, 针对不同的检测信号, 发出声光报警信号或自动停机, 提示用户设备出现故障,从而确保设备可靠运行。系统控制流程图如图3 所示。

图3 系统控制流程图

4.3 升降过程的设计

升降过程的软件设计是下位机控制程序的主要部分。下位PLC接受上位机控制参数后,系统检测外部反馈正常,PLC 输出模拟量给变频器, 开关量打开制动器,设备将按控制参数要求运行。计数器模板不断累计编码器反馈信号, 通过比较、PID运算, 调整变频器的速度给定, 实现吊杆无级调速和准确定位。对于相应反馈,系统具有完善保护功能,确保吊杆运行的安全性和可靠性。控制软件简要流程如图4所示,相应汇编程序如下:

SORXICB3/0BSTCOP#M1:1.0#N11:064

NXBOTUB3/0BNDEOR

SORXICB3/528COP#N11:0#M0:1.064

EOR

SORXICB3/528BSTMOV80O:1.5NXB

MOV80O:1.13NXBMOV80O:1.21NXB

MOV80O:1.29BNDEOR

SORXICB3/2BSTXICI:1/68NXBXIC

图4 控制软件流程简图

I:1/69BNDSUBI:1.0I:1.2N15:11EOR

SORXICB3/9XICB3/31XICB3/113XIC

B3/65OSRB3/321BSTMOV128O:1.0NXBCOP#

N11:97#O:1.14BNDEOR

SORXICB3/32XICB3/31XICB3/113XICB3/65BSTMOV

160O:1.0NXBCOP#N11:97#O:1.14BNDEOR

SORXICT4:49/DNXICB3/31XICB3/113XICB3/65MOV

71O:1.5EOR

SORXICI:1/64BSTOSRB3/481MOV72O:1.5NXBEQU

O:1.572TONT4:350.01500BNDEOR

SORENDEOR

控制系统同时设置了手动备份操作部分,在上位机发生故障或上位机检修时可切换到系统备份操作, 保证了设备运行的连续性, 操作界面采用触摸式面板。

5 结论

在舞台吊杆控制系统中,采用可编程控制器大大提高了舞台吊杆的控制精度,提高了舞台控制设备的可靠性。系统现场安装调试后,完全达到各项技术指标, 效果良好, 取得较好的社会效益和经济效益。

(1) 在舞台设备控制系统中, 涉及大量输入输出变量的逻辑管理和控制时,利用可编程控制器具有独特的优势和卓越的性能。能比较完美地发挥设备的功能,提高产品档次,降低内耗,也使舞台控制系统工作的安全性和可靠性大大提高。

(2) 控制系统经过长时间运行后, 根据用户要求通过修改PLC软件,改变联锁、互锁和组合功能,调整控制系统控制功能和流程,无需改动任何硬件和接线。维修改造简便,安全可靠,节约成本,可以获得较好的经济效益。

(3) 利用PLC的可扩展性在舞台设备控制中增添新的功能,进一步完善舞台设备的控制。

(4) 利用PLC所具有的通讯功能,可以为剧场整体舞台机械产品实现微机联网控制打下基础。

参考文献:

[1] 朱善君等. 可编程序控制系统[M]. 北京:清华大学出版社.

[2] 崔亚军. 可编程控制器原理及程序设计[M]. 北京:电子工业处版社,1993.