PLC數(shù)字吊桿控制系統(tǒng)

設(shè) 計(jì) 說 明

1、功能和特點(diǎn)介紹

    可編程控制器（簡稱PLC）吊桿控制系統(tǒng)利用高可靠的工業(yè)控制技術(shù)，將分布在不同地點(diǎn)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)聯(lián)系在一起，并通過一臺控制主機(jī)作為中央控制器進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控和管理，從而形成一個(gè)集中式的控制系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)全部采用模塊化結(jié)構(gòu)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，使用圖形化用戶界面作為人機(jī)對話界面，具有操作簡單，運(yùn)行可靠的特點(diǎn)。代表了舞臺機(jī)械最新的技術(shù)發(fā)展水平。

    PLC的主要功能有：

l        采用西門子S7-200PLC控制吊桿的自由升降；

l        控制臺采用MODBUS總線，實(shí)現(xiàn)高可靠性通信；

l        在線路行程上的任何位置都可設(shè)置上限值和下限值；

l        在線路行程上的任何位置都可設(shè)置單一自由定位值；

l        控制任何一個(gè)線路的上行、下行、定位和停止；

l        控制任何一個(gè)線路的上限到位、下限到位和定位點(diǎn)到位的停止；

l        可以在一場演出中設(shè)置任意個(gè)（超過100）場景的線路定位設(shè)計(jì)；

l        可以在一個(gè)場景中同時(shí)動(dòng)作10道吊桿；（具體數(shù)量依現(xiàn)場實(shí)際情況而定）

l        在每個(gè)場景設(shè)計(jì)中，可以分別設(shè)置每個(gè)線路的不同的定位位置；

l        可以對已經(jīng)設(shè)計(jì)好的場景內(nèi)容進(jìn)行修改；

l        在演出中，可以按照任意的場景順序控制線路位置；

l        在線路的運(yùn)行過程中，具有定位誤差的自動(dòng)學(xué)習(xí)和自動(dòng)校正功能，定位誤差小于1cm；

系統(tǒng)特點(diǎn)：

l        靈活的配置方式，可任意增加或減少吊桿路數(shù)；

l        完全模塊化結(jié)構(gòu)，大大減少了現(xiàn)場布線的工作量；

l        高可靠的PLC控制技術(shù)，確保系統(tǒng)的安全可靠；

l        多重故障診斷措施，確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠；

l        精確的定位精度，定位誤差小于1cm；

l        高可靠性的傳感技術(shù)，在任何惡劣的環(huán)境下都無需維護(hù)；

l        高度智能化的自學(xué)習(xí)功能，可有效的消除機(jī)械裝置帶來的定位誤差；

l        模塊化設(shè)置，系統(tǒng)最大可帶100路吊桿；

l        大容量的場景設(shè)置及集控設(shè)置，確保任意復(fù)雜的場景組合的需要；

l        操作方便，使用簡單，采用傳統(tǒng)控制臺和計(jì)算機(jī)相結(jié)合方式，二者可分別控制，互不影響；

l        圖形化的操作界面，使用非常簡便。

l        多重可靠性設(shè)計(jì)，系統(tǒng)運(yùn)行非常穩(wěn)定。杜絕演出過程中死機(jī)現(xiàn)象。

l        三重限位保護(hù)措施，徹底杜絕吊桿沖頂故障的發(fā)生。

2、系統(tǒng)說明

 2.1 控制系統(tǒng)構(gòu)成：

  PLC吊桿控制系統(tǒng)主要由四大部分構(gòu)成：主控制臺（CSL）、智能控制單元PLC、人機(jī)界面單元（PC）、傳感器單元（WTPC）。

系統(tǒng)連接框圖如圖1所示：

圖1：  系統(tǒng)連接框圖

2.2  主控制臺說明

    主控制臺是系統(tǒng)的中心樞紐，上位機(jī)PC均通過串行總線接在控制臺上，控制臺通過現(xiàn)場總線與主控PLC相連，控制臺接受上位機(jī)發(fā)送來的控置信息，存儲在本地大容量的電子盤中，同時(shí)，將正在運(yùn)行的吊桿的位置及狀態(tài)信息傳送給人機(jī)界面單元，在人機(jī)界面上顯示出來。

主控制臺和人機(jī)界面之間通過RS232（或網(wǎng)口）相連，與PLC通過高可靠的工業(yè)現(xiàn)場總線MODBUS進(jìn)行通信。

圖2：豪華落地式控制臺

2.3 智能控制單元PLC

智能控制單元PLC是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它采用模塊化結(jié)構(gòu)及多種智能化算法。PLC硬件采用西門子PLC（S7-200-224）及相應(yīng)數(shù)據(jù)采集模塊。它通過高速計(jì)數(shù)單元采集光電編碼器傳送過來的計(jì)數(shù)脈沖，經(jīng)過計(jì)算，換算成吊桿的位移信號，通過現(xiàn)場總線MODBUS發(fā)送給主控制臺。它接受控制臺發(fā)來的控制指令，控制相應(yīng)的吊桿運(yùn)行。

2.4傳感器單元（WTPC）

傳感器采用工業(yè)級的光電編碼器，精度高達(dá)1200脈沖/轉(zhuǎn)。該傳感

器最大優(yōu)點(diǎn)為：高精度、免維護(hù)、高可靠性。可在惡劣環(huán)境下，可靠的工作。是工業(yè)控制最常用的轉(zhuǎn)速采集傳感器。

2.5人機(jī)界面單元

 PLC數(shù)字吊桿控制系統(tǒng)的人機(jī)界面單元包括：控制臺操作界面、觸摸屏操作界面、PC操作界面、無線觸摸屏操作界面四大組成部分。所有操作界面采用全圖形化工作界面，操作簡單、方便。

3、操作手冊

    整個(gè)吊桿控制系統(tǒng)采用自動(dòng)、手動(dòng)兩種控制互為備份。使用手動(dòng)控制臺操作時(shí)，需要首先打開自動(dòng)臺電源（為傳感器單元WTPC供電）。這樣，在使用手動(dòng)臺操作時(shí)，吊桿的位置信息同樣可以顯示，并記錄下來。

PLC吊桿自動(dòng)控制系統(tǒng)可通過控制臺按鍵、上位機(jī)（PC）及手動(dòng)控制臺分別進(jìn)行控制。三者互相獨(dú)立，互為備份。

    注意：由于所有場景相關(guān)數(shù)據(jù)保存在桌面電腦的數(shù)據(jù)庫中，所以，對場景操作，必須在PC上進(jìn)行，或在PC上監(jiān)控程序正常運(yùn)行的情況下進(jìn)行。

3.1  控制臺基本操作步驟

l        打開電源鎖、控制臺加電

l        將自動(dòng)/手動(dòng)選擇開關(guān)撥到自動(dòng)位置

l        按下啟動(dòng)按鈕，接通控制系統(tǒng)主電源

l        如果遇到電機(jī)失控等緊急情況，按下急停按鈕，切斷電機(jī)主電源

l        向右旋轉(zhuǎn)急停按鈕，釋放急停按鈕后，方可重新啟動(dòng)系統(tǒng)主電源

l        開啟手動(dòng)控制臺前，必須先打開自動(dòng)控制臺電源（為傳感器單元WTPC供電）

3.2          上位機(jī)操作說明

圖3.1：桌面圖標(biāo)

打開電腦，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)運(yùn)行stage程序，或點(diǎn)擊桌面上stage.exe圖標(biāo)。如圖3.1所示。此時(shí)系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)如圖3.2所示的登錄界面。默認(rèn)用戶名為ADMIN，初始密碼為123456。

圖3.2：登錄界面

點(diǎn)擊“進(jìn)入”按鈕，將進(jìn)入圖3.3所示的封面頁面。封頁上有四個(gè)按鈕，點(diǎn)擊后可進(jìn)入相應(yīng)的操作頁面。以下分別介紹。

圖3.3   封面頁面

點(diǎn)擊“主控頁面”按鈕，系統(tǒng)將進(jìn)入主控制界面。這也是正常操作時(shí)所需要的一個(gè)主界面。如圖3.4所示。

圖3.4：主控界面

界面的左側(cè)為變頻器選擇按鈕區(qū)，可分別選擇1-10號變頻器進(jìn)行工作（可根據(jù)實(shí)際需要配備相應(yīng)數(shù)量的變頻器）。變頻器選擇按鈕的下方有一 圖標(biāo)，該圖標(biāo)用于實(shí)時(shí)顯示控制臺和RTU之間的通信狀態(tài)。界面中間為工作吊桿顯示區(qū)。可實(shí)時(shí)顯示10路吊桿的工作狀態(tài)。中間靠上是圖形化顯示區(qū)，用圖形方式形象顯示吊桿的當(dāng)前位置、定位位置、上限位置、下限位置等參數(shù)。

圖形區(qū)域的下方為數(shù)據(jù)區(qū)域，同樣用于顯示每路吊桿的上限位置、下限位置、定位位置及當(dāng)前位置。

數(shù)據(jù)區(qū)域下方，左側(cè)為提示信息框，用于顯示系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài)。中間則為工作按鈕區(qū)域�？煞謩e控制吊桿的“上行”、“下行”、“定位”、“停止”等操作。而“場景執(zhí)行”和“集控執(zhí)行”兩個(gè)按鈕此時(shí)處于不可操作狀態(tài)。“關(guān)閉”按鈕，可關(guān)閉當(dāng)前頁面，返回到封面。如圖3.3。

屏幕右側(cè)為工作模式選擇及吊桿選擇區(qū)域。最上面得兩個(gè)按鈕 “裝臺模式”及“演出模式”用于選擇工作模式。在“裝臺模式”下，以吊桿為基本單位進(jìn)行操作，“演出模式”下，以場景為基本單位進(jìn)行操作。以下分別加以說明：

 “裝臺模式”下：用鼠標(biāo)點(diǎn)擊需要運(yùn)動(dòng)的吊桿，則該吊桿的當(dāng)前數(shù)據(jù)參數(shù)顯示在圖形工作區(qū)及數(shù)據(jù)工作區(qū)中，如圖3.4所示。在主控頁面可同時(shí)顯示10路吊桿的信息。如果點(diǎn)擊的吊桿數(shù)超過10個(gè)，則最先點(diǎn)擊的吊桿將會(huì)被擠出窗口。

用鼠標(biāo)點(diǎn)擊需要運(yùn)動(dòng)的吊桿，則該吊桿被激活。點(diǎn)擊功能區(qū)域中的“上行”、“下行”、“定位”或“停止”按鈕。則被激活的吊桿將進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。

圖3.5：演出模式

點(diǎn)擊“演出模式”按鈕，系統(tǒng)將切換到演出模式中，演出模式以場景為基本單元進(jìn)行吊桿的操作。本系統(tǒng)采用三級文件目錄的格式進(jìn)行演出數(shù)據(jù)的存儲。使吊桿操作非常簡單、方便。

   如圖3.5所示，點(diǎn)擊場景區(qū)域最上方的“點(diǎn)選劇目”按鈕，系統(tǒng)將彈出如圖3.5所示的劇目選擇對話框。選擇相應(yīng)的劇目后，則該劇目下所有的場景數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在場景選擇區(qū)域中。

點(diǎn)擊相應(yīng)的場景按鈕，則該場景下所有吊桿數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在圖形化工作區(qū)域中。如圖3.6所示。

                                                 圖3.6  場景執(zhí)行界面

點(diǎn)擊“場景執(zhí)行”按鈕，該場景下所有吊桿將同時(shí)動(dòng)作，自動(dòng)運(yùn)行到設(shè)定的位置后停止。場景執(zhí)行界面中，可以對場景下的吊桿單獨(dú)進(jìn)行“上行”、“下行”、“定位”、“停止”等控制。點(diǎn)擊“關(guān)閉”按鈕，則系統(tǒng)將返回到封面。

圖3.7 設(shè)備管理界面

在封面上點(diǎn)擊“設(shè)備管理”按鈕，系統(tǒng)將進(jìn)入如圖3.7所示界面。點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕，可進(jìn)入不同的設(shè)置界面。以下分別加以說明。

圖3.8：吊桿管理界面

點(diǎn)擊“吊桿管理”按鈕，系統(tǒng)將進(jìn)入吊桿管理界面，如圖3.8所示。在該界面中，可對吊桿的名稱、上限位置、下限位置、定位位置、當(dāng)前位置（校正位置）、吊桿屬性等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置或修改。

    在界面左側(cè)為吊桿參數(shù)數(shù)據(jù)表，右側(cè)為參數(shù)修改區(qū)域，屏幕下方則為設(shè)置功能鍵。

用鼠標(biāo)點(diǎn)擊參數(shù)管理表中某一根吊桿，則相應(yīng)參數(shù)將出現(xiàn)在屏幕右側(cè)參數(shù)修改區(qū)域中。如果需要修改某一項(xiàng)參數(shù)（如定位位置），則用鼠標(biāo)點(diǎn)擊屏幕右側(cè)修改區(qū)域中相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸入框，如定位值輸入框，點(diǎn)擊輸入框邊上的“置空”按鈕，清空輸入框。點(diǎn)擊輸入框下方的0-9十個(gè)數(shù)字按鈕，輸入新的定位值。點(diǎn)擊“修改”按鈕，則新的定位數(shù)據(jù)將保存到屏幕左側(cè)的數(shù)據(jù)表中。點(diǎn)擊屏幕下方的“定位值設(shè)置”按鈕，則新的定位值將發(fā)送到相應(yīng)的RTU中，進(jìn)行數(shù)據(jù)同步。

“上限值設(shè)置”、“下限值設(shè)置”、“校正值（當(dāng)前值）設(shè)置”的操作與定位值設(shè)置相同。

在10個(gè)數(shù)字鍵的下方，有兩個(gè)單選鈕，用于選擇吊桿屬性。在本系統(tǒng)中，所有吊桿皆為變頻吊桿，因此所有吊桿的屬性參數(shù)都設(shè)置為變頻吊桿。

圖3.9：劇目管理界面

點(diǎn)擊圖3.7上的“劇目管理”按鈕，則系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入劇目管理界面，如圖3.9所示。

本系統(tǒng)中，對文件管理采用三級目錄方式：劇目為文件主目錄，即所有文件是按照劇目為單位進(jìn)行存放的。在劇目下子目錄為“場景”、“場景”下的子目錄為“吊桿”。即：一個(gè)劇目可以包含若干個(gè)場景，一個(gè)場景下又可以包含多個(gè)（不大于10個(gè)）“吊桿”。吊桿為文件系統(tǒng)的最基本單元。

用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖3.9中左側(cè)目錄樹，點(diǎn)擊“增加劇目”按鈕，則在目錄樹中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新的劇目名稱，默認(rèn)為“劇目1”，你可以在圖3.10右側(cè)的劇目名稱輸入框中修改劇目1名稱,如把“劇目1”修改成“春節(jié)晚會(huì)”，點(diǎn)擊保存后見圖3.11

圖3.10：增加劇目界面

圖3.11：修改劇目名稱界面

在目錄樹中點(diǎn)擊國慶慶典使之變成藍(lán)色后再點(diǎn)擊“增加場景”按鈕，則在春節(jié)晚會(huì)劇目下會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新的二級子目錄，默認(rèn)名稱為“場景01”，如圖3.12

圖3.12：增加場景界面

如同修改劇目名稱一樣，你也可以對“場景01”的名稱進(jìn)行修改，如把“場景01”修改成“升國旗”，見圖3.13

圖3.13：修改場景名稱界面

在場景名稱輸入框的下方是一個(gè)“場景描述”輸入框，你可以在其中增加適當(dāng)?shù)膶τ诋?dāng)前編輯的場景的注釋，以方便以后的查閱。在編輯完場景名稱后，你必須點(diǎn)擊“保存”按鈕，來保存當(dāng)前目錄樹。同樣，你可以在目錄樹中刪除一個(gè)廢棄的場景或刪除一個(gè)劇目。需要注意的是刪除一個(gè)劇目必須先把該劇目下面的場景全部刪除后才可刪除該劇目。

在圖3.13中，你可以對此場景里面需要運(yùn)行的吊桿進(jìn)行編輯，點(diǎn)擊“吊桿編輯”和“增加吊桿”按鈕后會(huì)出現(xiàn)本系統(tǒng)里所有可用的吊桿，如圖3.14，

如圖3.14吊桿編輯界面

根據(jù)實(shí)際需要選擇相應(yīng)的吊桿，并對每道吊桿進(jìn)行場景位置設(shè)定及和變頻器的綁定設(shè)定（不帶變頻器的系統(tǒng)則沒有變頻器選擇這項(xiàng)）

如果需要對某個(gè)已經(jīng)編輯好的場景進(jìn)行修改時(shí)，在圖3.13中點(diǎn)擊將要修改的場景后點(diǎn)擊“吊桿編輯”則出現(xiàn)圖3.15界面，在此界面里顯示該場景下所有吊桿的消息，此時(shí)在該窗口下，你可以向一個(gè)場景中增加吊桿、移除吊桿，編輯吊桿需要運(yùn)行到達(dá)的目標(biāo)位置，將吊桿和變頻器重新進(jìn)行綁定等

如圖3.15吊桿編輯界面

點(diǎn)擊“增加吊桿”按鈕，會(huì)出現(xiàn)圖3.16所示窗口，在需要加入到當(dāng)前場景的吊桿前打“√”，確認(rèn)所有需要的吊桿都打上“√”以后，點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕，則所有需要的吊桿都將加入到當(dāng)前場景數(shù)據(jù)中。鼠標(biāo)點(diǎn)擊吊桿編輯窗口中需要移除的吊桿，點(diǎn)擊“移除吊桿”按鈕，則當(dāng)前吊桿將從當(dāng)前場景中刪除。

                          圖3.16增加線路窗口

圖3.17 編輯場景位置窗口

鼠標(biāo)點(diǎn)擊吊桿編輯表格中需要設(shè)定的吊桿，激活該吊桿。點(diǎn)擊“場景位置”按鈕，則會(huì)出現(xiàn)如圖3.17所示界面。點(diǎn)擊場景位置輸入框，點(diǎn)擊“空”按鈕，清空場景位置。點(diǎn)擊0-9十個(gè)數(shù)字鍵，輸入吊桿需要運(yùn)行到達(dá)的目標(biāo)位置。點(diǎn)擊“確定”按鈕，則新的場景位置將保存到數(shù)據(jù)庫中。

圖3.18   變頻器選擇界面

在進(jìn)行場景編輯時(shí)，一般需要給吊桿指定一個(gè)變頻器。在場景運(yùn)行時(shí)，該吊桿將和指定的變頻器綁定后運(yùn)行。在圖3.15上首先點(diǎn)擊吊桿編輯表中需要編輯的吊桿所在行，點(diǎn)擊“變頻器號”按鈕，將出現(xiàn)如圖3.18所示的變頻器選擇界面。點(diǎn)擊需要綁定的變頻器。該變頻器圖標(biāo)變成灰色，此時(shí)表示該變頻器已被綁定，在圖3.15的吊桿編輯表的變頻器一欄，將出現(xiàn)剛點(diǎn)擊的變頻器號。在確定所有該場景下的吊桿都已編輯完成后，點(diǎn)擊“保存”按鈕，則該場景下所有信息將保存到數(shù)據(jù)庫中。

編組管理：

在圖3.7中，點(diǎn)擊“編組管理”按鈕，系統(tǒng)將進(jìn)入編組管理界面。所謂編組，就是指將幾根吊桿組合起來,當(dāng)成一個(gè)基本單元同時(shí)動(dòng)作和停止。

圖3.19：集控管理界面

和場景管理一樣，集控管理同樣可以編輯編組名稱、向一個(gè)編組中增加吊桿、移除吊桿等操作，這里就不在一一描述。

系統(tǒng)設(shè)置：

系統(tǒng)設(shè)置是用于配置整個(gè)控制系統(tǒng)中：吊桿的數(shù)量、變頻器的數(shù)量、界面的顏色及通信的速度等。系統(tǒng)設(shè)置只有在系統(tǒng)中設(shè)備發(fā)生變化時(shí)，才需要重新配置。正常工作時(shí)，則不能對系統(tǒng)設(shè)置中的大部分內(nèi)容（界面顏色除外）進(jìn)行更改，否則，會(huì)造成系統(tǒng)無法正常工作。

圖3.20：系統(tǒng)設(shè)置界面