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1  引言

早期的舞台控制系统是采用继电器控制方式，由于舞台设备数量大，使得控制元的数量庞大，接线复杂，因此所设计的控制系统容易出故障，稳定性和准确性无法保障，并且维修困难。本项目控制系统采用plc开发的控制系统，从根本上克服这些问题。利用plc独特的优势和强大的功能，提高系统工作的稳定性和准确性。根据客户的要求，可以修改程序，改变连锁、互锁和组合功能，对控制系统的功能进行调整，无需改动任何硬件和接线，维修改造简便，安全可靠，节约成本,获得较好的经济效益。

2  舞台机械系统

工程的机械部分包括(4个)升降台、踏步、踏步伸出台和护栏几部分。通过可编程控制器的连锁、互锁和组合功能控制电机，同时结合形成开关实现了对升降台、踏步、踏步伸出台和护栏的升降、伸缩。舞台机械组成框图如图1所示。

图1  舞台机械组成框图

每个升降台由一台5.5kw的电机驱动，4号升降台驱动电机功率为7.5kw。每一个升降台都有相应的支撑机构，每套支撑机构还有左右之分，左右结构各由一台0.2kw的电机驱动。在三号升降台两侧有两个踏步伸出台，由0.2kw的电机驱动。子台由1.5kw的电机驱动。

3  plc控制系统设计

3.1 动作描述

系统通过plc发出指令控制电机的运行，舞台由电机带动进行相应动作，当舞台运动到指定位置，由此处的行程开关向plc发出反馈信号，plc接收到信号后再执行下一指令。触摸屏和plc之间是一个双向过程。通过触摸屏操作，经plc同样可以对舞台进行控制，而plc控制舞台的过程也可以在触摸屏上显示。系统结构框图如图2所示。

图2  系统结构框图

在本控制系统中，舞台运行的每一步是否到位都是通过触碰对应位置开关来体现的。以1号升降台为例，平台停落在底部时，左右各有一个位置开关，当这两个开关触碰到位后，系统便可知平台已经下降到位。升降台上升时，平台可以上升的高度有一个极限，在此处也用两个开关通知系统平台已经上升到了上限位。升降台落在支撑面时，在左右两边也需要两个这样的开关来确定平台的位置。另外，支撑机构的伸出和回退也需要位置开关来确定是否已经伸出到位和回退到位。每一个支撑机构在伸出到位处和回退到位处各需要一个位置关开。

(1) 升降台升起和降落

● 升降台升起：升降台在底部时并且支撑机构在回收状态时，升降台正常升起，升起到上限开关时停止，支撑机构伸出到位，升降台开始下降，下降到支撑面停止，整个上升过程才结束。当升降台在中间状态时上升，先要升起到上限开关停止，支撑机构伸出到位，下降到支撑面停止。

● 升降台降落：升降台在支撑面，支撑机构在伸出状态，如果是3号升降台则必须踏步在回收状态，如果是4号升降台则必须条形台在回收状态，此时正常下降。首先升起到上限开关，然后支撑机构回收到位，升降台降落到底部。若是中间状态，则可以直接下降到底部。

(2) 踏步和条形台：条形台和踏步的运动方式是一样的，都是在各自的升降台升起完毕之后，才开始动作。当条形台回收或者踏步下降时，都是各自得升降台在升起位置时，先把踏步和条形台回收，才开始升降台的降落。

3.2 plc程序设计

(1) plc选型。本课题选用欧姆龙型号为cpm2ah的plc。cpm2ah在编程环境等方面，它不仅具备了以往的小型plc所具有的功能，还尽可能使安装空间小化，而且还可连接可编程控制终端。cpm2ah不仅扩展能力强，并可方便的与omron的可编程序终端(pt)相连接，为机器操作提供一个可视化界面。在通讯功能方面，cpm2ah提供内置rs232c端口及rs485的适配器。

(2) 舞台程序设计。舞台运行是舞台控制系统的核心部分，主程序开始执行后，先预置初始数据，确定程序所要执行的指令和舞台将要发生的动作。然后确定升降台的位置，以明确升降台的运动状态。主程序发出指令启动电机开始工作。脉冲位发出脉冲信号后，计数器开始计数，如果没有达到计数器的预设值，返回再执行脉冲位，达到计数器的预设值后，计数器完成一个周期动作，电机停止工作，舞台到达预置初始数据所指定的位置。一个完整的主程序执行过程完毕。执行下一个动作时，主程序重新开始。舞台控制系统流程图如图3所示。

 图3  舞台控制系统主程序流程图

4  触摸屏程序设计

4.1 触摸屏的选择

通过选择，选用了omron触摸屏ns10-tv00-v2。这款omron的新一代触摸屏基本数据如下：

有效显示区域尺寸：10.4寸；显示材料：tft；像数：640×480；显示色彩：256色；画面数据容量：60m；支持存储卡，plc梯形图监控，4路视频输入，能接入controller bbbb 网pt通过rs-232c接口与plc通信，plc内的数据可显示在触摸屏上，操作人员输入的数据也可存入plc。

4.2 上位画面设计

(1) 复选功能。舞台的升降台、踏步、条形台和护栏可以单独动作，也可以复合动作。单独运动简单，这里介绍一下复合动作。以1号平台为例，不能对某一平台同时做出升起和降下动作在同一时间，要一号平台既上升又下降是不可能发生的。为了避免实际操作过程的失误操作，使程序无法正常运行，在复选状态里，通过对升降台按钮编辑宏以避免此类情况的发生。选择上升时，将触摸屏内部地址＄b1=0(1号下降)放在上升按钮的宏中，同样在下降时，地址＄b0=0(1号上升)放在下降按钮的宏里。触摸屏设计总框图如图4所示，主画面图和形成开关画面如图5所示。

图4  触摸屏设计总框图

图5  主画面图和形成开关图

(2) 报警设计。当程序出现故障时，可发出报警，触摸屏即弹出报警截面，操作人员便能根据报警信息进行相应的纠正操作，避免发生事故。警报和事件是启用用于警报监视而注册的地址功能以提供来自这些地址的警报通知。在发生警报或事件时，显示可自动切换至指定屏幕。在使用报警功能对象之前要注册警报/事件。在可系统设计中，报警界面采用的是列表输出，即如图那样把历史报警信息一一列出，另外还有只显示单个警报信息的简单显示。

5  通讯设计

调试过程中，首先plc与上位机之间是通过232串口相连的，因为232串口通信效果不是很好，常有连接不上的情况发生，调试过程中尝试把232串口连接转换成usb接口连接，通信效果有了明显改善。上位机和触摸屏之间用usb连接。plc与触摸屏之间用232串口连接。然后将plc的cpu单元与数字量调试单元的输入部分通过连接线按对应编号连接起来，检查无误后便可对程序进行调试。

6  结束语

项目通过利用现代化的plc自动化技术设计出一种功能比较完善的舞台控制系统，实现舞台功能多样化，舞台控制智能化。终设计出的舞台控制系统不仅外观简洁美观，操作也简单方便，工作人员可以现场修改数据，使得整个控制系统精度更高，工作更加稳定可靠。另外，整个系统还具有优良的性能价格比，经济效益显著。