摘要：随着我国经济的发展，人们的收入水平及生活水平均得到了明显的提升，有效地满足了人们在物质方面的需求，与此同时，人们的精神文化需求正在日益增长，观看表演已经成了人们追求精神文化的主要实现方式之一。舞台作为承载表演的平台，在人们要求不断变化的同时，其功能类型也逐渐增多，逐步的形成了多功能舞台。电气控制系统作为控制多功能舞台的主要机构，要求具有比较高的可靠性，以便于实现有效的舞台控制，而电气控制系统的可靠性来源于科学的设计，可见，本文的研究具有十分重要的现实意义。
关键词：多功能舞台；电气控制系统；设计；研究
引言
近年来人们对舞台效果要求越来越高，各地电视台、剧院纷纷进行多功能舞台改造。新形式的多功能舞台基本具有下列一些或其中一种功能：整个舞台由若干个平台组成，各个平台能够独立升降，组合出各种效果；有一个或多个旋转平台；有一个或多个能够自动平移的机构。实现诸多功能需要复杂的机械结构，各部分之间的相互制约关系较多，要求电气控制系统工作可靠、使用方便、具有一定的控制精度以便形成较好效果。本文在介绍多功能舞台电气控制系统基本要求的基础上，分析了设计多功能舞台电气控制系统的方法。
一、多功能舞台电气控制系统的基本要求
剧场、演播厅等场所的文化设施中，基本设备之一即为多功能舞台，其功能及作用的发挥效果直接影响到舞台上艺术表演的效果，多功能舞台功能及作用良好发挥的坚强后盾即为电气控制系统，因此，必须要科学的设计电气控制系统，保证升降、布景、灯光等能够在恰当时机进行，为艺术表演增添色彩。总体上说，多功能舞台电气控制所面临的基本要求主要体现在三个方面：第一，安全可靠。演出过程中，部分演员需要在电气控制系统的辅助下进行升降运动、旋转运动等，
为保证演员的安全，电气控制系统必须要可靠的进行各项控制工作，避免失误的存在；第二，准确。演出时，布景、道具、灯光等需要频繁的更换，为能与演出节奏相适应，更换需快速进行，并保证更换具有准确性，使演出顺利开展，确保能完整地呈现演出效果；第三，方便。电气控制系统在实施控制时，全程控制都应实现全自动化，人机对话功能为微机控制应具备的，而且人机对话界面应具备简便性，即使操作人员的文化水平不高，熟练操作也能够在短时间内实现。
二、多功能舞台电气控制系统的设计
电气控制系统组成如图1所示。
图1电气控制系统组成
2.1人机界面设计
具有上述功能的电气控制系统有许多控制信号、控制量需要输入，为了反映实时状态还要将一些信号进行显示。系统选用DigitalGP-570触摸屏作为人机界面。这里的触摸屏和广泛应用于公共咨询系统的计算机触摸屏有所区别，后者大多采用感应式，容易产生误操作。用于控制系统的触摸屏采用五线电阻式，触摸时需加适当的压力，触摸屏才会接受信号，而且这种类型的触摸屏仅为人机界面单元，它不需要计算机系统，通过一根串行通讯线与主控PLC相连，工作可靠、抗干扰能力强。触摸屏为液晶彩色显示，DC 24V供电，可与几乎所有类型PLC相连。它将PLC的X、Y、M、T、D、C软元件内容映射至内存。采用图形界面，很方便地完成人机对话功能。每屏可以设若干触摸键，触摸键与某个软元件内容相关联，当按下触摸键时，即可改变相关联的PLC软元件内容，达到控制信号输入目的。为了实现控制量输入，可以设置数据框、数字小键盘；设置信号指示灯图形，将需要输出的开关信号显示出来；利用数据框和棒图、仪表指针的图形框显示被控制量。除此之外，还可以设置密码，以及对重要操作的确认。触摸屏单元内可以存储上千屏的内容，屏与屏之间可以相互切换，每屏可以安排一个独立控制单元，如图2所示。触摸屏编程方便，通过相关软件，在PC机进行屏幕制作完后，经过通讯线传送至触摸屏。当控制功能改变时，人机界面仅需通过软件修改来实现，舞台控制功能的要求经常相差很多，因此尤为合适。
图2 触摸屏各界面转换关系
2.2 PLC网络组成的逻辑控制设计
因电气控制系统需要控制比较多的对象，应将适量的高速计数器设置在系统中，以达到控制要求，本文在设计中，PLC网络采取主从形式。主PLC网络连接触摸屏和从站PLC，从站PLC网络作为一个独立的控制单元，主PLC通过网络将控制命令发出后，从站PLC网络接收，并进行相应的处理，获取需求的信息后，将其反馈给主PLC并通过触摸屏显示在触摸屏中。动力装置采用异步电动机，直接连接变频调，通过变频器进行控制，形成速度调控环节。变频器通过通讯网络接收来自主控制PLC的相关指令，对异步电动机进行控制，完成输出短路、过载、过流等检测和保护，并通过编码器、限位开关等检测速度、位置等信号，形成速度、位置的闭环控制。
2.3升降单元控制设计
在整个多功能个舞台中，包含的升降单元有若干个，设计升降单元时，行程要求为4m，偏差在-2～2mm之间，且具有多个挡位的升降速度。为使控制精度达到要求，爬行阶段还需设置在上升过程或下降过程。本文所采用的变频调速器类型中，速度设置4档，可将其选择输入端直接连接PLC输出节点，由此一来，可预设的速度值增加，最多时可达到16个。通过变频调速器作用的发挥，能够良好的调控异步电动机的速度，设置相应的参数后，即可实现控制启动时间、减速时间。设置爬行距离时，以具体的速度档为依据，保证上升或下降的位置与指定的位置相一致。对于上下的直线运动，经机械装置，变化为旋转运动，位置检测时，通过光电编码器的同轴旋转。控制其他单元时，方法与升降单元基本相同，主PLC网络与从PLC网络间协调运行，全面的分析多功能舞台当前的状态，并分析全场设定效果，使改变步骤有效的确定，顺序或同时改变各单元位置。此外，在主PLC网络中，部分自动模式得以确定，选择相应的模式，预设效果可马上获得，分别设定工作并不需要开展，提升了控制的便利性。
三、结论
选用西门子触摸屏作为人机界面，使得控制面板简洁，使用也很方便。用它构成的多功能舞台控制系统，结构简单，工作可靠。与西门子的S7系列结合起来，应用前景极为广泛，对于功能要求相差很多的舞台控制尤为合适，通过程序修改既能实现不同的功能，缩短开发周期。变频调速器的应用改善了控制效果。
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作者介绍：
唐利君（1979.9），性别：男；籍贯：湖南永州；民族：瑶；学历：本科、学士；职称：工程师；职务：电气工程师；研究方向：电气控制；单位：浙江大丰舞台设计有限公司
论文作者:唐利君
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/23
标签：控制系统论文; 多功能论文; 舞台论文; 触摸屏论文; 电气论文; 功能论文; 单元论文; 《电力设备》2017年第16期论文;