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PLC數(shù)字吊桿控制系統(tǒng)
設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明
1、功能和特點(diǎn)介紹
可編程控制器（簡(jiǎn)稱(chēng)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(guò)一臺(tái)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(hù)界面作為人機(jī)對(duì)話(huà)界面，具有操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠的特點(diǎn)。代表了舞臺(tái)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(mén)子S7-200PLC控制吊桿的自由升降；
l 控制臺(tái)采用MODBUS總線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)高可靠性通信；
l 在線(xiàn)路行程上的任何位置都可設(shè)置上限值和下限值；
l 在線(xiàn)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(xiàn)路的上行、下行、定位和停止；
l 控制任何一個(gè)線(xiàn)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(chǎng)演出中設(shè)置任意個(gè)（超過(guò)100）場(chǎng)景的線(xiàn)路定位設(shè)計(jì)；
l 可以在一個(gè)場(chǎng)景中同時(shí)動(dòng)作10道吊桿；（具體數(shù)量依現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況而定）
l 在每個(gè)場(chǎng)景設(shè)計(jì)中，可以分別設(shè)置每個(gè)線(xiàn)路的不同的定位位置；
l 可以對(duì)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的場(chǎng)景內(nèi)容進(jìn)行修改；
l 在演出中，可以按照任意的場(chǎng)景順序控制線(xiàn)路位置；
l 在線(xiàn)路的運(yùn)行過(guò)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(chǎng)布線(xiàn)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(wú)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(lái)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(chǎng)景設(shè)置及集控設(shè)置，確保任意復(fù)雜的場(chǎng)景組合的需要；
l 操作方便，使用簡(jiǎn)單，采用傳統(tǒng)控制臺(tái)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(jiǎn)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(guò)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(shuō)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(tái)（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(tái)說(shuō)明
主控制臺(tái)是系統(tǒng)的中心樞紐，上位機(jī)PC均通過(guò)串行總線(xiàn)接在控制臺(tái)上，控制臺(tái)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)與主控PLC相連，控制臺(tái)接受上位機(jī)發(fā)送來(lái)的控置信息，存儲(chǔ)在本地大容量的電子盤(pán)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(lái)。
主控制臺(tái)和人機(jī)界面之間通過(guò)RS232（或網(wǎng)口）相連，與PLC通過(guò)高可靠的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)MODBUS進(jìn)行通信。
圖2：豪華落地式控制臺(tái)
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(mén)子PLC（S7-200-224）及相應(yīng)數(shù)據(jù)采集模塊。它通過(guò)高速計(jì)數(shù)單元采集光電編碼器傳送過(guò)來(lái)的計(jì)數(shù)脈沖，經(jīng)過(guò)計(jì)算，換算成吊桿的位移信號(hào)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)MODBUS發(fā)送給主控制臺(tái)。它接受控制臺(tái)發(fā)來(lái)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(jí)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(tái)操作界面、觸摸屏操作界面、PC操作界面、無(wú)線(xiàn)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(jiǎn)單、方便。
3、操作手冊(cè)
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(tái)操作時(shí)，需要首先打開(kāi)自動(dòng)臺(tái)電源（為傳感器單元WTPC供電）。這樣，在使用手動(dòng)臺(tái)操作時(shí)，吊桿的位置信息同樣可以顯示，并記錄下來(lái)。
PLC吊桿自動(dòng)控制系統(tǒng)可通過(guò)控制臺(tái)按鍵、上位機(jī)（PC）及手動(dòng)控制臺(tái)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(chǎng)景相關(guān)數(shù)據(jù)保存在桌面電腦的數(shù)據(jù)庫(kù)中，所以，對(duì)場(chǎng)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(tái)基本操作步驟
l 打開(kāi)電源鎖、控制臺(tái)加電
l 將自動(dòng)/手動(dòng)選擇開(kāi)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(kāi)啟手動(dòng)控制臺(tái)前，必須先打開(kāi)自動(dòng)控制臺(tái)電源（為傳感器單元WTPC供電）
3.2 上位機(jī)操作說(shuō)明
圖3.1：桌面圖標(biāo)
打開(kāi)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(hù)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(yè)面。封頁(yè)上有四個(gè)按鈕，點(diǎn)擊后可進(jìn)入相應(yīng)的操作頁(yè)面。以下分別介紹。
圖3.3 封面頁(yè)面
點(diǎn)擊“主控頁(yè)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(hào)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(tái)和RTU之間的通信狀態(tài)。界面中間為工作吊桿顯示區(qū)�？蓪�(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。可分別控制吊桿的“上行”、“下行”、“定位”、“停止”等操作。而“場(chǎng)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)�！瓣P(guān)閉”按鈕，可關(guān)閉當(dāng)前頁(yè)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(tái)模式”及“演出模式”用于選擇工作模式。在“裝臺(tái)模式”下，以吊桿為基本單位進(jìn)行操作，“演出模式”下，以場(chǎng)景為基本單位進(jìn)行操作。以下分別加以說(shuō)明：
“裝臺(tái)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(yè)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(guò)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(chǎng)景為基本單元進(jìn)行吊桿的操作。本系統(tǒng)采用三級(jí)文件目錄的格式進(jìn)行演出數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。使吊桿操作非常簡(jiǎn)單、方便。
如圖3.5所示，點(diǎn)擊場(chǎng)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(duì)話(huà)框。選擇相應(yīng)的劇目后，則該劇目下所有的場(chǎng)景數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在場(chǎng)景選擇區(qū)域中。
點(diǎn)擊相應(yīng)的場(chǎng)景按鈕，則該場(chǎng)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(chǎng)景執(zhí)行界面
點(diǎn)擊“場(chǎng)景執(zhí)行”按鈕，該場(chǎng)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(chǎng)景執(zhí)行界面中，可以對(duì)場(chǎng)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(shuō)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(duì)吊桿的名稱(chēng)、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(duì)文件管理采用三級(jí)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(chǎng)景”、“場(chǎng)景”下的子目錄為“吊桿”。即：一個(gè)劇目可以包含若干個(gè)場(chǎng)景，一個(gè)場(chǎng)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(shù)，點(diǎn)擊“增加劇目”按鈕，則在目錄樹(shù)中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新的劇目名稱(chēng)，默認(rèn)為“劇目1”，你可以在圖3.10右側(cè)的劇目名稱(chēng)輸入框中修改劇目1名稱(chēng),如把“劇目1”修改成“春節(jié)晚會(huì)”，點(diǎn)擊保存后見(jiàn)圖3.11
圖3.10：增加劇目界面
圖3.11：修改劇目名稱(chēng)界面
在目錄樹(shù)中點(diǎn)擊國(guó)慶慶典使之變成藍(lán)色后再點(diǎn)擊“增加場(chǎng)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(jí)子目錄，默認(rèn)名稱(chēng)為“場(chǎng)景01”，如圖3.12
圖3.12：增加場(chǎng)景界面
如同修改劇目名稱(chēng)一樣，你也可以對(duì)“場(chǎng)景01”的名稱(chēng)進(jìn)行修改，如把“場(chǎng)景01”修改成“升國(guó)旗”，見(jiàn)圖3.13
圖3.13：修改場(chǎng)景名稱(chēng)界面
在場(chǎng)景名稱(chēng)輸入框的下方是一個(gè)“場(chǎng)景描述”輸入框，你可以在其中增加適當(dāng)?shù)膶?duì)于當(dāng)前編輯的場(chǎng)景的注釋?zhuān)苑奖阋院蟮牟殚�。在編輯完�?chǎng)景名稱(chēng)后，你必須點(diǎn)擊“保存”按鈕，來(lái)保存當(dāng)前目錄樹(shù)。同樣，你可以在目錄樹(shù)中刪除一個(gè)廢棄的場(chǎng)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(chǎng)景全部刪除后才可刪除該劇目。
在圖3.13中，你可以對(duì)此場(chǎng)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(duì)每道吊桿進(jìn)行場(chǎng)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(méi)有變頻器選擇這項(xiàng)）
如果需要對(duì)某個(gè)已經(jīng)編輯好的場(chǎng)景進(jìn)行修改時(shí)，在圖3.13中點(diǎn)擊將要修改的場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)景中刪除。
圖3.16增加線(xiàn)路窗口
圖3.17 編輯場(chǎng)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(chǎng)景位置”按鈕，則會(huì)出現(xiàn)如圖3.17所示界面。點(diǎn)擊場(chǎng)景位置輸入框，點(diǎn)擊“空”按鈕，清空?qǐng)鼍拔恢�。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(chǎng)景位置將保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。
圖3.18 變頻器選擇界面
在進(jìn)行場(chǎng)景編輯時(shí)，一般需要給吊桿指定一個(gè)變頻器。在場(chǎng)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(hào)”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(hào)。在確定所有該場(chǎng)景下的吊桿都已編輯完成后，點(diǎn)擊“保存”按鈕，則該場(chǎng)景下所有信息將保存到數(shù)據(jù)庫(kù)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(lái),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(chǎng)景管理一樣，集控管理同樣可以編輯編組名稱(chēng)、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(duì)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(wú)法正常工作。
圖3.20：系統(tǒng)設(shè)置界面
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