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

1 智能舞臺機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

1.1 智能舞臺系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性強(qiáng)的工程，需要充分認(rèn)識到其和舞臺音響、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，盡量控制設(shè)備噪聲，降低其對環(huán)境及人們觀感的影響。

1.3 提高舞臺機(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。且為了避免設(shè)備超行程運(yùn)動時(shí)出現(xiàn)不必要的碰撞，應(yīng)針對設(shè)備設(shè)置超程限位開關(guān)。

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

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

本舞臺機(jī)械系統(tǒng)的主要裝置為低速大扭矩電液驅(qū)動裝置，傳動裝置各構(gòu)件為絲杠、鏈條、齒條等，舞臺設(shè)備通過計(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，同時(shí)能夠有效聯(lián)動，形成不同高度的臺階和大型立體道具等。可在較大的升降舞臺上防止小轉(zhuǎn)臺，營造出更加強(qiáng)烈的演出氛圍。

舞臺的主要性能參數(shù)智能化的舞臺機(jī)械設(shè)備能夠平穩(wěn)運(yùn)行，且可以自動記錄控制系統(tǒng)參數(shù)及舞臺升降等運(yùn)行狀況。此外，智能化的舞臺機(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的運(yùn)行軌跡，改善運(yùn)行效果。摩擦傳動或銷齒傳動是設(shè)備的主要傳動方式，同時(shí)利用計(jì)算機(jī)對交流變頻調(diào)速裝置進(jìn)行控制，從而促進(jìn)轉(zhuǎn)臺的正反可逆旋轉(zhuǎn)以及無級調(diào)速的實(shí)現(xiàn)，由此可見，智能化的舞臺機(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)動控制器在舞臺機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

PLC是當(dāng)前舞臺機(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。PLC運(yùn)動控制器運(yùn)用在舞臺機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中能夠發(fā)揮一下優(yōu)勢：一是PLC本身電器運(yùn)行性能可靠，能夠支撐其使用更加開放的軟件和硬件平臺；二是可合理組合設(shè)備，并通過模塊化結(jié)構(gòu)更加標(biāo)準(zhǔn)的封裝軟件；三是能夠?qū)⑦\(yùn)動系統(tǒng)平臺搭建在現(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)有舞臺技術(shù)優(yōu)勢，并實(shí)現(xiàn)對舞臺控制系統(tǒng)位置的可針對性編程。 ??

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)動控制器內(nèi)對應(yīng)相應(yīng)的運(yùn)動軸。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)算出來并發(fā)送給各個(gè)變頻控制器。 ??

在每一個(gè)多軸運(yùn)動控制中都有一個(gè)主軸，其他設(shè)備則為從動軸，主動軸將實(shí)際位置值通過控制網(wǎng)絡(luò)傳送給所有的從動軸，從動軸將獲得的位置作為給定值，主運(yùn)動設(shè)備也可由運(yùn)動控制器作為虛擬主軸來獲得位置給定值，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)，并且通過以太網(wǎng)對運(yùn)動軸之間的信息進(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)動控制器接收，并對每個(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。通過可移動單控調(diào)試設(shè)備對設(shè)備軸的位置屬性進(jìn)行設(shè)定，具體通過詳細(xì)的對設(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)動控制器依賴于更加開放的以太網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)Σ煌\(yùn)動控制器下的控制設(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)動和控制。PLC運(yùn)動控制器的開發(fā)工具統(tǒng)一使用C語言，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。運(yùn)動控制器通過獲得指定的運(yùn)行曲線指令來將不同的運(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，對參數(shù)的控制主要通過專用算法實(shí)現(xiàn)。運(yùn)動控制器可專門化產(chǎn)生信號，根據(jù)不，同的要求提高信號的針對性，根據(jù)機(jī)械要求可產(chǎn)生專門的二進(jìn)制信號，從而幫助傳動離散速度。還可產(chǎn)生用于無位置控制要求的變速傳動的模擬速度信號，產(chǎn)生用于有位置要求的變速傳動與位置、時(shí)間有關(guān)的指定速度信號等。運(yùn)動控制器的工作效率高，數(shù)據(jù)和時(shí)間處理，相對的減緩了中央處理器和運(yùn)動控制器之間的數(shù)據(jù)交換速率，從而幫助中央處理器和運(yùn)動控制器間點(diǎn)對點(diǎn)通信的實(shí)現(xiàn)。 ??

3.3. 關(guān)鍵技術(shù)研究 ??

運(yùn)動控制器實(shí)現(xiàn)運(yùn)動環(huán)運(yùn)行，伺服驅(qū)動器或變頻器實(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)動控制器應(yīng)用到舞臺機(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設(shè)備運(yùn)動過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)行場合對位置響應(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。 ?

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4 結(jié)語 ??

舞臺機(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，并為觀眾營造良好的劇院和舞臺觀感體驗(yàn)。其中PLC作為舞臺機(jī)械系統(tǒng)的核心控制設(shè)備在舞臺機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的作用越來越明顯，其能夠控制設(shè)備度，解決多電機(jī)準(zhǔn)確聯(lián)問題等。本文在研究舞臺機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)從智能化角度出發(fā)，對不同的舞臺結(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)動控制器，以提高智能化的舞臺機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)備的應(yīng)用成效。