Abstract：ThefirstscenicandmechanicalstageofChinanamedtheGlobalstageisbuiltinShenZhenwindowoftheworldco-operationlimitedcompany.Toadaptthestagetovariedshow,manymechanicalliftsareequipped.Soastoguaranteepositioningaccuracyandsafety,alotkindsofelectricalcontrolmethodsandautomationtechnologyareadoptedsuchasinverter,PLC,PROFIBUS-DP,incrementencoder,IPOSpositioning,processdata.摘要：我國首座大型全景式機械化舞臺深圳世界之窗環球舞臺，裝配了許多提升機構，以適應各類多變的演出需要。為此，采用了多種電氣控制方式和自動化技術，例如：變頻器、PLC、PROFIBUS-DP、增量編碼器、IPOS位置控制、過程數據等等。淺談舞臺提升機械的電氣控制作者：陳學東關鍵詞：交流矢量變頻器、PROFIBUS-DP、增量編碼器、IPOS位置控制、過程數據我國首座大型全景式機械化舞臺深圳世界之窗環球舞臺,采用了大量的提升機械，其電氣控制系統由主機監控系統、升降臺控制系統和臺上設備控制系統等子系統組成。一、 電氣系統組成世界之窗舞臺提升機械設備的電氣控制方式分為：計算機全自動控制和手動半自動控制兩種。這兩種控制方式各自獨立，互為備用。計算機全自動控制方式能控制舞臺提升機械按預先給定的程序及隨時插入的內容自動完成各種相關動作，它是舞臺提升機械設備常用的操作方式，該方式動作準確、迅速、自動化程度高；手動半自動控制方式，一般作為調試和檢修時使用，當計算機控制系統出現故障時，用它操作舞臺提升機械的動作，電氣控制系統圖如下：（1）主機監控系統該系統由網絡監控軟件、組態軟件、工業控制計算機、彩顯、鍵盤、觸摸屏、操作按鈕與網絡卡等設備組成。控制操作臺配有可編程序控制器、手動/自動操作按鈕、狀態顯示電路等操作器件。主機監控系統通過網絡接口卡進入PROFIBUS-DP工業控制網，并完成以下功能：Q實現對所有舞臺設備的程序控制。程序控制是將整個劇目需運行的設備設成多種場次（CUE），編成程序，在工業控制機監控下按單場/全場兩種方式運行。@實現對所有舞臺設備的單獨控制。操作人員通過觸摸屏單獨選擇設備，按速度和位置進行點動控制和單獨控制。Q實現對所有舞臺設備的集中控制。集控是在單獨控制的基礎上，按不同的速度和位置值進行記憶編組，同時運行的一種操作方式。如根據場景的需要，對所要運行的設備進行預先設置、編組，編組內的設備可以在同一時間以不同的動作、方向、速度運行，可以有不同的目標位置、不同時啟動、不同時停止；同時還能完成對任一控制對象或編組設備進行目標位置、定位位置、運行速度、運行時間、運行曲線等參數進行預置，并可隨時進行干預控制，編組場次不受限制。Q實現對舞臺主要設備的就近控制。近控是用近控器在現場根據所見設備狀態直接操作，用于裝臺或臨時操作。?實現對所有舞臺設備的狀態顯示。在控制臺上設有17英寸顯示屏和10.4英寸的彩色液晶觸摸屏，主要顯示：中文菜單編輯內容（劇目、場次和位號等）；動態圖形內容（設定和運行的速度及位置）；設備運行參數、故障、報警、故障自動診斷和故障處理幫助等內容。（2） 升降臺控制系統系統由西門子S7-400可編程序控制器、變頻器、網絡通訊板、同步控制、控制柜、配電柜等設備組成。根據舞臺機械的速度、負荷、定位、同步、設備運行間加速與減速等特性要求，系統采用了SEW高精度矢量變頻器、位控模塊對動作對象實施控制，以獲得高性能電氣特性。四塊升降臺在四臺交流矢量變頻器控制下既能單獨動作又能同步運行，在接觸器柜控制下，四塊升降臺能以不同角度傾斜。（3） 臺上設備控制系統系統由西門子可編程序控制器、SEW變頻器、網絡通訊板、控制柜、配電柜等設備組成。調速吊桿、單吊點采用選通控制的方法。16道吊桿由8臺變頻器任意控制；16道單吊點由6臺變頻器任意控制。選通采用優化的選通控制技術，即使某臺變頻器發生故障，也不影響系統整體運行。表演渡橋、表演吊籠等均采用SEW矢量變頻器進行一對一控制；在數字光電編碼器構成的閉環回路作用下，對控制對象實施1：100的無級調速及任意位置的?？?。二、設備選型針對國內現有舞臺機械電氣控制系統存在設備元器件可靠性差、操作不易、顯示功能不全，尤其是具有電氣自動化功能的系統存在著維護性差等弊端，為提高系統的可靠性，增強系統的抗干擾能力，在主要設備選型上，采用了如下方法：（1） 系統監控軟件選用了西門子公司生產的WINCC專用軟件，通過WINDOWS平臺，為用戶提供了圖形畫面、操作窗口、實時監控、數據采集、順序控制，菜單處理等多種功能，還可以在線修改各可編程序控制器的參數及工作狀態。（2） 主要控制設備的可編程序控制器、變頻器、伺服控制器、位置控制設備采用了性能價格比好、高可靠性的SIEMENS公司S7-400、ET200、SEW公司MOVIDRIVE、31C系列產品。（3） 設備間通訊采用世界上廣泛使用的PROFIBUS-DP工業控制網。三、設計舉例

來自動力柜血上電WW*WM3*P-053KW F?O33^ P-0^3KW圖2：升降臺1#的升降電路BQ1來自動力柜血上電WW*WM3*P-053KW F?O33^ P-0^3KW圖2：升降臺1#的升降電路BQ1上電升P-30KVV1#升降臺最大升降行程為15.5米，臺面尺寸為3x16米。按照2平米/每人，每人重量為75kg計算。升降臺在滿載24人的情況下,最大運行速度為3米/每秒時，考慮電壓降、過載等因素，選用了30KW的德國SEW交流電動機作為驅動電機，型號為DV200L4。按照SEW電機-變頻器設計規范，考慮到位置控制的要求以及電氣防護等級等因數，選用型號為MDV60A0300-503-4-00SEW交流矢量變頻器作為控制模塊，配有DP板實現PROFIBUS-DP現場總線通訊。如圖2所示，變頻器有兩種上電方式：一種為柜控上電，當合上QA10,繼電器KA0得電，其常開觸點閉合，KA1得電，KM1得電，變頻器BP上電。另一種方式臺控上電，即控制臺給出上電指令，經MPI網，由臺下PLC的Q0.0端子輸出24V電壓，KA1得電，然后與前種方式相同，最終變頻器BP上電。變頻器的外部電路由各端子回路組成，說明如下：X1為主回路輸入端；X2為電動機連接端，X15為速度信號反饋輸入端，兩個端子的接線構成了速度閉環；X3端子為制動電阻連接端,X30為PROFIBUS-DP卡的接線端子；X13端子為DI輸入端子，接了三個接近開關，分別作為零位和上、下極限位；X10端子并聯了兩個繼電器線圈。當系統運行時，該端子輸出24V電壓，繼電器得電，串聯的兩個常開觸點都閉合后，制動器的控制接觸器KM5得電，其主觸點輸出380V電壓，位于驅動軸兩端的制動器打開，KM5的輔助觸點輸出220V電壓，位于電動機尾軸的制動器快速打開。這樣一來，降低了繼電器誤動作而導致制動器打開的概率，提高了安全系數。四、現場總線通訊和IPOS位置控制該變頻器的基本單元可以通過RS-485接口，按照位置和速度要求對變頻器編程。系統運行時，上位機的指令及控制信號由長度為3個字節的過程輸出數據PO,經現場總線按照DP地址傳給變頻器，變頻器根據端子輸入和PO數據，調用已編程的IPOS位控程序，將數據做相應處理后，按照設定的速度曲線驅動電動機實現程序控制。同時將處理結果和實際位置信號，由3字節過程輸入數據PI,經現場總線FIELDBUS反饋給PLC。整個流程如下：

BinaryinputP01P02PO3PI1PI2PI3P01PO2P03FIELDBUSFIELDBUj873PI1ActualValueDescription]874PI2ActualVoluePescTiption|875PI3ActualValueDescription876EnablePODataBusdiganosisIP0SPLUSBusdiganosis097PI1ActualValue[hex]DrivecontrolSetpointprocessing098PI2ActualValue[hex]099PI3ActualValue[hex]BinaryinputP01P02PO3PI1PI2PI3P01PO2P03FIELDBUSFIELDBUj873PI1ActualValueDescription]874PI2ActualVoluePescTiption|875PI3ActualValueDescription876EnablePODataBusdiganosisIP0SPLUSBusdiganosis097PI1ActualValue[hex]DrivecontrolSetpointprocessing098PI2ActualValue[hex]099PI3ActualValue[hex]100Setpointsourcen/Isetpointsn/ILimitsRamp,slip????n/ILimitsRamp.slip..??100Setpointsource094P01Setpoint[hex]095P02Setpoint[hex]096P03Setpoint[hex]P01SetpointDescriptionP02SetpointDescriptionP03SetpointDescription[1]圖3：FIELDBUS通訊流程

選用的德國SEW交流矢量電動機和變頻器,在電動機尾軸末端使

用了1024脈沖/每轉的增量編碼器構成速度閉環和位置閉環，可在行程范圍內，根據位置設定值自動停車，實現精度在+2mm范圍內的位置控制，形式如下所示：

[2]圖3：速度閉環和位置閉環原理框圖為了保證升降臺位置控制的實時性，選擇了絕對位置控制，并結合零位信號，采取參考運行來消除累積誤差對位置精度的不良影響部分IPOS位控程序如下所示:0=1525SETH100=31=1525SETH101=3//過程數據初始化；2=0FFFSETINTERRORM13=1CFFJMPH102!=0,M2//接收上位機位置指令4=1524SETH511=H505=0C00M2:CALLM3//調用運行子程序；6=1FFFJMPLOI0000000001000000,M4//參考運行判斷；7=0C00CALLM58=16FFM4:JMPUNCONDITIONED,M2//運行子程序跳出判斷；9=1FFFM1:JMPHII0000000000000110,M6 //限位復位；10=1FFFM8:JMPHII0000000000000110,M711=19FFASTOPIPOSENABLE12=16FFJMPUNCONDITIONED,M813=19FFM7:ASTOPTARGETPOSITION14=0B00M6:RET15=17FFM5:GETSYSH100=PO-DATA//讀取位置指令；16=19FFASTOPIPOSENABLE//停止運行；17=01FFGO0U,NW,CAM//參考運行；34=17FFGETSYSH50=ACT.POSITION//讀取當前位置；35=11FFMEMSTOREDATA//保存當前位置；36=1525SETH302=037=0B00RET38=17FFM3:GETSYSH100=PO-DATA//讀取位置指令；39=1EFFJMPH102==262M15//運行條件判斷；40=1505MULH103*46200//位置系數變換；41=1507DIVH103/10042=1524SETH105=H10443=18FFSETSYSPOS.SPEEDC(C)W=H104//設定運行速度；44=1EFFJMPH103<5400000,M1645=1525SETH103=540000046=04FFM16:GOANOWAITH103//位置運行；54=18FFSETSYSPOS.SPEEDC(C)W=H104//讀取運行速度；55=16FFJMPuNCONDITIONED,M1856=17FFM17:GETSYSH50=ACT.POSITION//讀取并保存位置57=11FFMEMSTOREDATA58=0B00M15:RET五、結束語科學合理的使用舞臺提升機械，不但實現了大型晚會演出大場景、大道具的切換和演員的快速上下場；而且能夠根據演出要求，滿足燈光、幕布、景片的空間位置需隨時間變化而變化的要求。該舞臺至2001年竣工以來，除完成了每晚《創世紀》晚會的大型演出，還先后承辦了2001年深圳市“高交會”開幕式晚會、