浅谈舞台机械控制系统的性能

刘兆华

摘 要：我国从上个世纪八十年代开始出现了以手动为主的舞台机械，并且随着我国科学技术的不断发展，我国的舞台设计迎来了全新的发展春天，而舞台机械也逐渐朝着电子化的方向发展，将我国同西方先进国家之间的距离进一步缩短。本文将舞台机械控制系统作为研究对象，通过从简单论述舞台机械控制系统的基本功能以及软件核心功能作为出发點，以网络性能和系统响应时间的角度，着重围绕舞台机械控制系统的性能进行简要分析研究。

关键词：舞台；机械控制系统；性能

舞台机械从上世纪80年代开始，就在我国得到了广泛的应用，在近年来，舞台机械开始从传统的机械化朝着电子化方向发展，取得了更为显著的发展效果。以下就针对舞台机械控制的功能，性能等进行分析。

一、舞台机械控制系统的功能

（一）具体基本功能

传统规范的品字形舞台机械设备通常可以被细分为台上设备以及台下设备，其中台上设备主要为卷扬类，包括防火幕、假台口、二道幕、单点吊机等等，甚至还有部分台上设备配置了反声罩。而台下设备则主要为升降、推拉和旋转，其中基本配置主要有升降台、左右台车、升降乐池等等，其中机械与流体传动是舞台机械的两种传动方式。

（二）软件核心功能

舞台机械控制系统通常可以被分成PLC以及上位机软件功能，其中PLC软件的核心功能主要为控制权限、设置数据、设备互锁、设备旁路与禁用、暂停或恢复等场景运行介入以及显示故障信息等。而在上位机当中的主要功能为设置设备名称、设置和编场设备场景数据、显示设备信息、记录日志、下载剧目、打印系统信息等等。

二、舞台机械控制系统的性能

在基于PLC的舞台机械控制系统当中，一般使用具备位置控制功能的变频器充当驱动控制器，负责控制调速设备，而变频器与PLC之间主要利用包括线形、树形、星形、环形灯众多拓扑结构形式的Profibus DP实现通讯。

（一）网络性能分析

网络的交换速速以及控制程序的循环周期决定了舞台机械控制系统的实效性，通常情况下舞台控制系统的循环周期不应当大于网络数据交换的一半，这样能够有效确保网络循环速度是决定控制精度的唯一要素。其计算公式为：

TMC=（TSYN+TID1+TSDR+Header+I11TBit+O11TBit）Slaves

其中信息循环时间按位时间计用TMC表示，而在主站的空闲时间与典型的七十五个位时间相等，统一用TID1表示；在从站的站延迟时间与典型的十一个位时间相等，统一用TSDR表示；在清酒和响应帧中的电文头与一百九十八个位时间相等，统一用Header表示；每个从站的输入数据字节数用I表示，而每个从站的输出数据字节数则用大写字母O表示，Slaves表示从站个数。

值得注意的是，但波特率为1.5M时，一个位时间等于0.6667微秒，而波特率为6M时一个位时间为0.167微秒，而当波特率为12M时则一个位时间为0.083微秒，将其代入到计算公式当中，可以得知当从站数为39时，网络配置的时间为TMC=（33+75+11+198+132+132）39=22659TBit，其中22659TBit（6MBaud）=TBit=0.166微秒=3.8ms.结合奈奎斯特理论我们可以得知，只有采样频率高于被采样信号频率两倍时才能够获取可信区间，而采样周期正是采样频率的倒数，当通讯速率为6Mbps时设备可控通讯循环周期为TTMC=3.82=7.6ms。

（二）系统响应时间

从控制台发出命令到设备启动运行需要经历的时间就是舞台机械控制系统的响应时间，基于PLC的舞台控制系统主要使用循环扫描的方式，因此系统的响应时间应当是主循环时间，即TMax=TOB+TTMC+TBP其中系统设备最大响应时间用TMax表示，基于PLC舞台控制系统的响应时间用TOB表示，系统传输所有设备可控响应时间用TTMC表示，包括制动反应时间在内的变频器响应时间则用TBP表示。因此我们可以得知，当系统传输所有设备的相应时间，在从站数为39且传输速率为6Mbps之下，最大响应时间应为8ms。而在正常情况下，基于PLC舞台控制系统扫描循环的时间为5到15ms，而变频器的响应时间一般在500到1000ms之间，因此系统设备的最大响应时间将不会超过1.5s。

三、结语

总而言之，本文通过简要分析研究舞台机械控制系统的功能以及性能，了解到广义的舞台已经不再拘泥于传统的正规剧场中的品字形舞台，包括电视剧场、体育场馆以及科技馆等在内的众多异性舞台的相继出现，也使得我国舞台机械控制系统的应用正在朝着多元化的方向发展。基于PLC开发下的舞台控制系统拥有强大的优势与性能，能够有效提升产品的档次，进而推动我国舞台控制系统朝着自动化、智能化、网络化的方向实现长久稳定发展。

参考文献：

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