PLC技术在舞台机械控制里的应用

（江苏大剧院舞台技术部，南京 211800）

0 引言

随着人们生活水平的不断提高，对文化娱乐的需求也越来越高，剧院舞台也是满足人们文化需要的重要场所之一。舞台机械是实现剧场舞台舞美动作的重要载体，舞台机械的运动方式由电气控制系统来主导。随着PLC技术的成熟发展，其不仅控制功能强，可靠性高，编程方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理的发展，使PLC在舞台机械控制系统中起到了非常重要的作用。

1 开关量的处理

开关量的处理是PLC基本功能之一，舞台上需要处理的开关量比较多，例如常用的限位信号，一般使用行程开关的常闭或者常开点，直接接入PLC的开关量输入区，当设备行走到限位时，开关动作，PLC的开关量接入点电平发生变化，使系统采集到设备到达限位的信号，从而进行下一步指令动作。常用的还有光电接近开关，不管是PNP还是NPN型或者舞台设备设计需要的松、乱绳信号，都可以成为开关量信号接入PLC中[1]。此外，PLC可以向外部输出电信号，驱动中间继电器或交流接触器，也可以发出高低电平信号驱动变频器等设备。

2 模拟量的处理

舞台设备中需要经常应用到模拟量的处理，而PLC对模拟量的处理也是其强大的功能之一。例如舞台设备中常用的载荷传感器输出0～20 mA电流或者0～10 V电压信号，接入PLC的模拟量输入区，PLC再转换成0～27648或0～32767等范围的数字量信号，从而得知当前设备的载荷。此外PLC还可以对外输出模拟量，例如舞台调速设备，PLC输出一个 0～20 mA电流或者0～10 V电压信号接入变频器，从而达到设备调速的目的。

3 通讯处理

目前工业控制网络化已经成为趋势，而PLC在舞台机械控制系统中处理通讯方面也有着很大的优势[2]。在舞台机械控制系统中，PLC可以与计算机进行通讯，向计算机反馈数据，构成上位机操作系统，也可以与设备之间进行通讯，读取设备数据，向设备发出动作指令。在舞台系统中，PLC的通讯方式有很多，如Modbus，PROFIBUS-DP或者工业以太网都可以方便组网。在当前的舞台机械PLC系统中，很多都设计了冗余结构，有两套PLC站点，当一套PLC主站出现故障时，另一套备用PLC可以继续投入使用，响应时间快，确保了舞台控制系统的可靠性（如图1所示）。

图1 舞台机控制系统网络

4 逻辑处理

舞台机械控制系统中，设备联锁关系很多，并且需要用到很多数据处理，算术运算，延时功能和计数功能，而PLC具有强大的逻辑控制和运算功能，PLC在舞台机械系统中的使用，不仅使得电气线路被精简，也大大的简化了设计编程者的工作量。例如西门子S7-200 SMART PLC[3]和其编程软件对逻辑功能（如图2所示）。设备种类为调速非定位种类，使用者使用操作台发出设备上升启动信号后，PLC根据开关量和模拟量接受区，判断设备是否存在松、乱绳限位，过载等安全故障，如果不存在故障，设备将启动，并且延时启动时间使用者可以自行设置，如果存在故障，设备将停机并且通过上位机显示对应故障，以便使用者能够迅速判读设备故障点并排除。

图2 S7-200 SMART编程程序

5 位置处理

台上台下的升降设备和舞台面的平移设备，用户需要知道舞台机械设备的当前位置，或者给出舞台机械设备动作的目标位，到达目标位时，设备能够停止工作，这就需要我们的舞台机械设备带有定位功能。为了达到舞台机械设备定位的要求，设备常常安装编码器用于设备的定位。PLC的高速计数器口可以方便的接入编码器，读取编码器的脉冲数值，或者对码的解析读取绝对值编码器的位置，也可以通过通讯读取编码器的数值，从而达到设备定位的目的，并将位置数据反馈到上位机操作台，告诉给用户。

6 结束语

PLC技术的不断发展，在舞台机械控制系统设计中也得到了广泛的应用，文中阐述了PLC在舞台机械控制系统中几个功能，但是PLC的功能远不止于此，包括分布式模块安装也为整个系统硬件安装布局提供了很大的方便。此外有些厂家没有使用PLC作为控制器，而是用了舞台轴控制器作为核心控制元件，其功能与PLC功能类似，都可以达到处理开关量，模拟量，通讯等相关功能的应用。