旋转舞台如何运动控制系统基本要素

日期：2015/10/19 来源：中国演艺科技网

当前的舞台演出中，导演为了提升演出质量和艺术效果，对演出场景变化的要求越来越复杂。传统舞台台面较为固定，并且造型、风格较单一，整体舞台技术水平较低，已不能满足当今流行的演出需要。而将PLC可编程控制器运动控制技术应用到舞台机械运动控制中，实现舞台的升降、平移、旋转、伸缩等运动动作，可使演出更加多姿多彩。 PLC（Programmable Logic Controller，可编程序逻辑控制器简称），是在传统的顺序控制器的基础上引入微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的新型工业控制装置，目的是用来取代继电器，执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能。PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、计时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字量、模拟量的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。PLC及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成整体和扩充功能的原则设计。一般来说，PLC分为整体式和模块式两种，但它们的组成是相同的。结构如图1所示图1 PLC基本结构示意图 旋转舞台运动控制系统主要由机械、电气、控制三大部分构成。 1 机械部分基本构成 旋转舞台是控制系统的主要控制对象。它主要由转盘台面、托盘及支架、传动轴、减速箱、导轮等构成。 旋转舞台台面要完成360°旋转，并能停在任意角度位置或绝对位置上。图2是旋转舞台机械结构示意图。图2 旋转舞台机械结构示意图 2 电气控制部分构成 电气控制部分主要是旋转舞台运动控制系统中电路控制部分。它主要由变频器、异步电动机、断路器、电磁接触器、继电器、磁栅尺、磁头、信号放大器等组成。此部分主要完成硬件逻辑控制关系。虽然PLC的软继电器完成了控制回路中的大部分逻辑控制功能，但是还有一部分控制功能要由硬件电气元件完成。主要功能有以下几点： （1）控制动力电源和制动电源的通断。如图3所示。图3 动力电源和制动电源控制回路连接图图 （2）构成就地控制回路。 （3）构成安全保护回路，如互联锁、紧急停机等。 （4）给PLC输入模块传送系统状态信号，如图4所示。图4 PLC数字量输入线路图 2.1 位移测量系统构成及原理 在本例中，位移测量系统采用了日本Macome公司生产的MC位移测量系统。它由磁栅尺、磁头和信号放大器三部分构成。如图5所示。如图6所示，磁栅尺的结构为厚0.3 mm、宽35 mm的不锈钢，其上粘有厚1.6 mm、宽20 mm的橡胶磁铁。橡胶磁铁的厚度方向20 mm的相等距离分布N极和S极相互吸引。图5 MC位移测量系统构成图6 磁栅尺结构 磁头和信号放大器共同构成信号感知器。磁栅尺上每10 mm间隔就有N极和S极磁场相互吸引磁化。信号感知器将磁场的量转变为A、B两相相应的信号，并通过连接信号放大器变为最高分解度为0.1 mm的脉冲信号。如图7所示。磁栅尺安装于转台的边缘上，当磁栅尺与磁头之间有相对运动时（最大反应速度为10 m/s），磁头感知磁栅尺上N极和S极磁场的变化，通过信号放大器将磁场的变化转化为两相的脉冲信号，输出给分布式I/O的计数器模块FM-350。最终PLC的CPU根据计数器模块FM-350记录下来的脉冲数，并通过位移算法计算出位移量。图7 信号放大器输出脉冲信号A相、B相 3 PLC控制部分基本构成 PLC控制部分作为控制的核心部分，主要由上位机（人机界面）、下位机（PLC控制模块）、分布式I/O从站（包括各模块）、通信网络等构成。PLC控制部分是旋转舞台运动控制系统的核心部分，要完成对现场数据的采集、传输、处理、运动控制算法计算、报警信息处理、网络通信等功能。节选自《演艺科技》2012年第十期

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