舞台机械的同步控制研究

2012-01-26夏柳飞

装备制造技术 2012年7期

夏柳飞

（江西艺术中心，江西南昌 330029）

随着国民经济的发展和社会科学的进步，国家加大力度进行了文化产业的投入，一些大中城市正在筹备剧院、体育馆等一些演出场所的建设。江西艺术中心大剧院，是江西省目前规模最大、功能最全、设备最先进的剧院，具备推、拉、升、降、转等多功能的先进舞台。随着投资规模的加大，江西艺术中心大剧院舞台控制技术，也日趋高端和娴熟。作为要实现的重要指标，必须要求舞台控制系统中实现设备之间的同步控制。

位置控制和速度控制，是同步控制的两个内容，它们分别应用在不同的场合，既能单独使用，又能同时运用。要想实现同步控制，则具有多种多样的方法。例如使用伺服控制系统，不仅动态特性良好，而且控制精度极高，但由于控制系统具有复杂性，同时设备具有特殊性，极大地限制了这种方法的应用。另外，还有一种方法是采用同步电机来完成控制操作。目前因为变频量的广泛使用，采用交流异步电动机，具有成本低、价格便宜、运行安全可靠且维护简单便捷的特点，同时还能实现同步控制，这种控制方式已经被广泛使用。

1 主从控制的工作原理

如何才能准确、高速地将主传动的转矩信号和速度信号，发送到从传动变频器，通过其对信号的计算，来实时地完成对主机的跟踪和维护，这是主从控制的主要问题。

而实现这个问题的方式，将取决于产品的型号规格。同时在不同场合中，可以采用不同的方法，来完成与传动控制精度相对应的要求。

主机和从机变频器，分别采用速度控制模式和从机速度控制模式来完成运行工作，而从机变频器上，还要安装上一个同步卡选件。两台电机，都是利用增量型编码器来完成信号的采集工作，然后将信号传送到各自的变频器，通过将编码器信号从主机到从机同步卡的传送，当成是参考点，来观察从机的速度运行情况，其是随主机的运行速度发生实时变化的，在主机与从机控制中，模式设定是不变的。

2 主从控制方式的实现方法

以SEW 电机MDX61B 为例，来研究硬件的连接。先安装一块DSR11B 同步卡到从机上，通过5 芯I/O数字量信号和9 芯编码器信号，来连接主机和从机。

采用将从机同步卡上面的信号输入端口和主机编码器信号输出端口连接的方式，同时还要将主机输入端口信号和从机输出端口相接。在设备的启动过程中，通过主变频器接收来源于外界的控制命令信号，同时带动从变频器的启动，编码器将主变频器的速度转化为信号。如果设备是同步运行，则从机必须大于主机的运行最高速度。其采用的是动态方式，来对二者之间的速度位置偏差进行调节，并将其设定在一个固定的范围内。利用变频器状态菜单显示，来观察脉冲形式，确认主、从机之间的偏差。一旦偏差超过预设的范围，则发出报警信号，随后两台机器终止运行。

3 虚拟主轴的工作原理

所谓的虚拟主轴方式，实际上是没有物理主轴，其是系统的无主轴运行方式。“主轴”只是一个虚拟的形式，而组成系统中的任何一个同步控制器，都可以完成和执行这个概念。其是利用同步控制器的硬件结构，来完成外部命令的转换。作为系统中的虚拟主轴——物理轴，都是一种从动轴，作为一种仿真器来模拟编码器信号，因为是通用的主机信号，为保证系统的同步运行，提供服务和支撑。无论系统处在何种运行状态下，必须实现每一个微分点上速度的同步运行。在整个运行方式的执行过程中，轴和轴之间不能出现偏差，具有时间的同步性。

所谓虚拟主轴的运行方式，是鉴于系统中存在多个运行的物理轴，它们不但要同步运行，还要保证精确度，不仅是保持系统运行状态的稳定，同时还要求速度的每一个时间微分点都保持同步。在此方式的运行过程中，轴和轴之间没有指令时间差，所以各个机械轴之间，在时间上具有很强的同步性，并且各轴之间的速比，可以随意调整，只要是不超过规定的范围。

4 虚拟主轴控制的实现方法

每个变频器上，都必须配备一个运动控制卡，来完成硬件的连接。同时卡上还要连接的设备是：编码器信号输入接口，输入和输出数字量，各种安全保护和景吊杆的速度信号，安全开关及直接采集限位开关。所有的信号，通过运动控制卡的采集，利用高速实时通讯，传送至上一级的PLC 系统。

通过将变频器和运动卡的连接，利用虚拟主轴的控制方式，来准确控制每个设备的定位运行和同步运行。还有，利用变频器运动控制卡内部程序的编辑，来完成一些复杂逻辑的使用，具有简单和方便的特点。好比是部队进行演兵训练，有20 名战士进行齐步走训练，只要每个战士都能听从将领的号子进行动作，不必观察前后左右，一样可以将步伐走齐一样。