在現(xiàn)代劇場(chǎng)和各種文化體育設(shè)施中，舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備是一項(xiàng)重要的組成部分，舞臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠滿足大型劇場(chǎng)的演藝和文化傳播的要求。我國(guó)近年來(lái)比較的包括上海大劇院和國(guó)家大劇院的正式啟動(dòng)均帶動(dòng)了舞臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展，越來(lái)越多的專業(yè)人士開(kāi)始關(guān)注對(duì)我國(guó)大、中型舞臺(tái)的新建和改造，重視提高舞臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能化水準(zhǔn)，以促進(jìn)國(guó)內(nèi)整體舞臺(tái)設(shè)計(jì)水平的提升。

1 智能舞臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

1.1 智能舞臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性強(qiáng)的工程，需要充分認(rèn)識(shí)到其和舞臺(tái)音響、建筑聲學(xué)、空調(diào)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(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)和使用的性。

1.2 確保采用符合施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的舞臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)件和相應(yīng)零件，使機(jī)械設(shè)備在溫度的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，盡量控制設(shè)備噪聲，降低其對(duì)環(huán)境及人們觀感的影響。

1.3 提高舞臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)的性，確保其電器設(shè)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(wú)人員操作時(shí)處于靜止?fàn)顟B(tài)，設(shè)備運(yùn)行必須經(jīng)由操作人員啟動(dòng)。且為了避免設(shè)備超行程運(yùn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)不必要的碰撞，應(yīng)針對(duì)設(shè)備設(shè)置超程限位開(kāi)關(guān)。

1.4 進(jìn)一步提高舞臺(tái)機(jī)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(tái)機(jī)械設(shè)備中的斷路器、接觸器、繼電器具有短路過(guò)載和熱保護(hù)功能。舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備的操作臺(tái)要便于操作，并且要設(shè)置控制按鈕、指示器和緊急停車(chē)按鈕等。

2 智能旋轉(zhuǎn)升降舞臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)性能參數(shù)

本舞臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)的主要裝置為低速大扭矩電液驅(qū)動(dòng)裝置，傳動(dòng)裝置各構(gòu)件為絲杠、鏈條、齒條等，舞臺(tái)設(shè)備通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，以促進(jìn)不同功能版塊的功能發(fā)揮。智能化的舞臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)版塊和關(guān)節(jié)的單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)能夠有效聯(lián)動(dòng)，形成不同高度的臺(tái)階和大型立體道具等?？稍谳^大的升降舞臺(tái)上防止小轉(zhuǎn)臺(tái)，營(yíng)造出更加強(qiáng)烈的演出氛圍。

舞臺(tái)的主要性能參數(shù)智能化的舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備能夠平穩(wěn)運(yùn)行，且可以自動(dòng)記錄控制系統(tǒng)參數(shù)及舞臺(tái)升降等運(yùn)行狀況。此外，智能化的舞臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)還能夠幫助實(shí)時(shí)切換演出節(jié)目，且能夠更加智能的控制升降臺(tái)的運(yùn)行軌跡，改善運(yùn)行效果。摩擦傳動(dòng)或銷(xiāo)齒傳動(dòng)是設(shè)備的主要傳動(dòng)方式，同時(shí)利用計(jì)算機(jī)對(duì)交流變頻調(diào)速裝置進(jìn)行控制，從而促進(jìn)轉(zhuǎn)臺(tái)的正反可逆旋轉(zhuǎn)以及無(wú)級(jí)調(diào)速的實(shí)現(xiàn)，由此可見(jiàn)，智能化的舞臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)更加便于操作，更加容易獲得準(zhǔn)確的定位以及更能夠提高運(yùn)行的性和穩(wěn)定性。

3 PLC運(yùn)動(dòng)控制器在舞臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

PLC是當(dāng)前舞臺(tái)機(jī)械控制系統(tǒng)的核心控制器件，能夠有效提升設(shè)備度，促進(jìn)多電機(jī)準(zhǔn)確聯(lián)動(dòng)。PLC運(yùn)動(dòng)控制器運(yùn)用在舞臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中能夠發(fā)揮一下優(yōu)勢(shì)：一是PLC本身電器運(yùn)行性能可靠，能夠支撐其使用更加開(kāi)放的軟件和硬件平臺(tái)；二是可合理組合設(shè)備，并通過(guò)模塊化結(jié)構(gòu)更加標(biāo)準(zhǔn)的封裝軟件；三是能夠?qū)⑦\(yùn)動(dòng)系統(tǒng)平臺(tái)搭建在現(xiàn)有系統(tǒng)中，從而顯著增強(qiáng)軟件的通用性和可移植性；四是采用的以太網(wǎng)絡(luò)能夠縮短系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間到0.1ms，充分發(fā)揮現(xiàn)有舞臺(tái)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)舞臺(tái)控制系統(tǒng)位置的可針對(duì)性編程。 ??

3.1 結(jié)構(gòu)組成 ??

采用的主干網(wǎng)絡(luò)為百兆以太網(wǎng)Powerlink，主要應(yīng)用分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，每個(gè)PLC運(yùn)動(dòng)控制器內(nèi)對(duì)應(yīng)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軸。每個(gè)控制周期內(nèi)各個(gè)軸的位置接收器為編碼器，將每個(gè)軸的速度給定值計(jì)算出來(lái)并發(fā)送給各個(gè)變頻控制器。 ??

在每一個(gè)多軸運(yùn)動(dòng)控制中都有一個(gè)主軸，其他設(shè)備則為從動(dòng)軸，主動(dòng)軸將實(shí)際位置值通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)傳送給所有的從動(dòng)軸，從動(dòng)軸將獲得的位置作為給定值，主運(yùn)動(dòng)設(shè)備也可由運(yùn)動(dòng)控制器作為虛擬主軸來(lái)獲得位置給定值，促進(jìn)電子齒輪等功能的發(fā)揮。 ??

中央控制器主要用來(lái)接收上位系統(tǒng)命令，向上位系統(tǒng)反饋設(shè)備的軸狀態(tài)，并且通過(guò)以太網(wǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)軸之間的信息進(jìn)行同步調(diào)控，確保設(shè)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(shè)備之間軸命令信息和狀態(tài)信息以毫秒為單位進(jìn)行等時(shí)同步傳遞。中央控制器下達(dá)命令之后由運(yùn)動(dòng)控制器接收，并對(duì)每個(gè)控制設(shè)備的軸狀態(tài)進(jìn)行反饋。變頻器的速度的給定控制設(shè)備是模擬量控制變頻器，并對(duì)位置和速度信息進(jìn)行采集，采集設(shè)備為電機(jī)編碼器。通過(guò)可移動(dòng)單控調(diào)試設(shè)備對(duì)設(shè)備軸的位置屬性進(jìn)行設(shè)定，具體通過(guò)詳細(xì)的對(duì)設(shè)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(shí)現(xiàn)，確保軸控效果。 ??

3.2 控制方案設(shè)計(jì) ??

PLC運(yùn)動(dòng)控制器能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的變頻器，是一個(gè)微處理單元，能夠?qū)崿F(xiàn)專用位控，PLC運(yùn)動(dòng)控制器依賴于更加開(kāi)放的以太網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)Σ煌\(yùn)動(dòng)控制器下的控制設(shè)備的實(shí)時(shí)位置信息進(jìn)行搜集，從而實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)和控制。PLC運(yùn)動(dòng)控制器的開(kāi)發(fā)工具統(tǒng)一使用C語(yǔ)言，定義接口時(shí)采取模塊化功能終實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，增強(qiáng)了可移植性。運(yùn)動(dòng)控制器的實(shí)際控制部位是執(zhí)行元件，從而產(chǎn)生與設(shè)備電器控制有關(guān)的全部信號(hào)。運(yùn)動(dòng)控制器通過(guò)獲得指定的運(yùn)行曲線指令來(lái)將不同的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，在此基礎(chǔ)上比較指定值與實(shí)際值，對(duì)參數(shù)的控制主要通過(guò)專用算法實(shí)現(xiàn)。運(yùn)動(dòng)控制器可專門(mén)化產(chǎn)生信號(hào)，根據(jù)不，同的要求提高信號(hào)的針對(duì)性，根據(jù)機(jī)械要求可產(chǎn)生專門(mén)的二進(jìn)制信號(hào)，從而幫助傳動(dòng)離散速度。還可產(chǎn)生用于無(wú)位置控制要求的變速傳動(dòng)的模擬速度信號(hào)，產(chǎn)生用于有位置要求的變速傳動(dòng)與位置、時(shí)間有關(guān)的指定速度信號(hào)等。運(yùn)動(dòng)控制器的工作效率高，數(shù)據(jù)和時(shí)間處理，相對(duì)的減緩了中央處理器和運(yùn)動(dòng)控制器之間的數(shù)據(jù)交換速率，從而幫助中央處理器和運(yùn)動(dòng)控制器間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的實(shí)現(xiàn)。 ??

3.3. 關(guān)鍵技術(shù)研究 ??

運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)環(huán)運(yùn)行，伺服驅(qū)動(dòng)器或變頻器實(shí)現(xiàn)速度環(huán)和電流環(huán)運(yùn)行，位置環(huán)閉環(huán)控制由運(yùn)動(dòng)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(diào)節(jié)器向變頻器發(fā)送速度指令，指揮設(shè)備接收指令之后嚴(yán)格按照質(zhì)量運(yùn)行位置。 ??

在將PLC運(yùn)動(dòng)控制器應(yīng)用到舞臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中時(shí)關(guān)鍵的技術(shù)在于位置/速度曲線發(fā)生器的控制模式的設(shè)定和運(yùn)行。在控制位置發(fā)生器時(shí)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(diǎn)，即PI特點(diǎn)和變頻器內(nèi)置的速度閉環(huán)特性，因此即使梯形曲線在啟動(dòng)或停止，設(shè)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(fù)雜，由此可知梯形曲線模式能夠更加快速的對(duì)設(shè)備運(yùn)動(dòng)過(guò)程中具有的在線目標(biāo)速度和目標(biāo)位置的改變做出反應(yīng)。因此當(dāng)運(yùn)行場(chǎng)合對(duì)位置響應(yīng)速度要求較高時(shí)，位置/速度曲線發(fā)生器應(yīng)采用梯形曲線模式。 ?

?

4 結(jié)語(yǔ) ??

舞臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(yíng)造良好的劇院和舞臺(tái)觀感體驗(yàn)。其中PLC作為舞臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)的核心控制設(shè)備在舞臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的作用越來(lái)越明顯，其能夠控制設(shè)備度，解決多電機(jī)準(zhǔn)確聯(lián)問(wèn)題等。本文在研究舞臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)從智能化角度出發(fā)，對(duì)不同的舞臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并積極設(shè)計(jì)出運(yùn)行質(zhì)量更高的運(yùn)動(dòng)控制器，以提高智能化的舞臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)備的應(yīng)用成效。