PLC数字吊杆控制系统

设 计 说 明

1、功能和特点介绍

    可编程控制器（简称PLC）吊杆控制系统利用高可靠的工业控制技术，将分布在不同地点的多个节点联系在一起，并通过一台控制主机作为中央控制器进行统一的监控和管理，从而形成一个集中式的控制系统。整个系统全部采用模块化结构，大大提高了系统的可靠性。同时，使用图形化用户界面作为人机对话界面，具有操作简单，运行可靠的特点。代表了舞台机械最新的技术发展水平。

    PLC的主要功能有：

l        采用西门子S7-200PLC控制吊杆的自由升降；

l        控制台采用MODBUS总线，实现高可靠性通信；

l        在线路行程上的任何位置都可设置上限值和下限值；

l        在线路行程上的任何位置都可设置单一自由定位值；

l        控制任何一个线路的上行、下行、定位和停止；

l        控制任何一个线路的上限到位、下限到位和定位点到位的停止；

l        可以在一场演出中设置任意个（超过100）场景的线路定位设计；

l        可以在一个场景中同时动作10道吊杆；（具体数量依现场实际情况而定）

l        在每个场景设计中，可以分别设置每个线路的不同的定位位置；

l        可以对已经设计好的场景内容进行修改；

l        在演出中，可以按照任意的场景顺序控制线路位置；

l        在线路的运行过程中，具有定位误差的自动学习和自动校正功能，定位误差小于1cm；

系统特点：

l        灵活的配置方式，可任意增加或减少吊杆路数；

l        完全模块化结构，大大减少了现场布线的工作量；

l        高可靠的PLC控制技术，确保系统的安全可靠；

l        多重故障诊断措施，确保系统运行的安全可靠；

l        精确的定位精度，定位误差小于1cm；

l        高可靠性的传感技术，在任何恶劣的环境下都无需维护；

l        高度智能化的自学习功能，可有效的消除机械装置带来的定位误差；

l        模块化设置，系统最大可带100路吊杆；

l        大容量的场景设置及集控设置，确保任意复杂的场景组合的需要；

l        操作方便，使用简单，采用传统控制台和计算机相结合方式，二者可分别控制，互不影响；

l        图形化的操作界面，使用非常简便。

l        多重可靠性设计，系统运行非常稳定。杜绝演出过程中死机现象。

l        三重限位保护措施，彻底杜绝吊杆冲顶故障的发生。

2、系统说明

 2.1 控制系统构成：

  PLC吊杆控制系统主要由四大部分构成：主控制台（CSL）、智能控制单元PLC、人机界面单元（PC）、传感器单元（WTPC）。

系统连接框图如图1所示：

图1：  系统连接框图

2.2  主控制台说明

    主控制台是系统的中心枢纽，上位机PC均通过串行总线接在控制台上，控制台通过现场总线与主控PLC相连，控制台接受上位机发送来的控置信息，存储在本地大容量的电子盘中，同时，将正在运行的吊杆的位置及状态信息传送给人机界面单元，在人机界面上显示出来。

主控制台和人机界面之间通过RS232（或网口）相连，与PLC通过高可靠的工业现场总线MODBUS进行通信。

图2：豪华落地式控制台

2.3 智能控制单元PLC

智能控制单元PLC是整个控制系统的核心，它采用模块化结构及多种智能化算法。PLC硬件采用西门子PLC（S7-200-224）及相应数据采集模块。它通过高速计数单元采集光电编码器传送过来的计数脉冲，经过计算，换算成吊杆的位移信号，通过现场总线MODBUS发送给主控制台。它接受控制台发来的控制指令，控制相应的吊杆运行。

2.4传感器单元（WTPC）

传感器采用工业级的光电编码器，精度高达1200脉冲/转。该传感

器最大优点为：高精度、免维护、高可靠性。可在恶劣环境下，可靠的工作。是工业控制最常用的转速采集传感器。

2.5人机界面单元

 PLC数字吊杆控制系统的人机界面单元包括：控制台操作界面、触摸屏操作界面、PC操作界面、无线触摸屏操作界面四大组成部分。所有操作界面采用全图形化工作界面，操作简单、方便。

3、操作手册

    整个吊杆控制系统采用自动、手动两种控制互为备份。使用手动控制台操作时，需要首先打开自动台电源（为传感器单元WTPC供电）。这样，在使用手动台操作时，吊杆的位置信息同样可以显示，并记录下来。

PLC吊杆自动控制系统可通过控制台按键、上位机（PC）及手动控制台分别进行控制。三者互相独立，互为备份。

    注意：由于所有场景相关数据保存在桌面电脑的数据库中，所以，对场景操作，必须在PC上进行，或在PC上监控程序正常运行的情况下进行。

3.1  控制台基本操作步骤

l        打开电源锁、控制台加电

l        将自动/手动选择开关拨到自动位置

l        按下启动按钮，接通控制系统主电源

l        如果遇到电机失控等紧急情况，按下急停按钮，切断电机主电源

l        向右旋转急停按钮，释放急停按钮后，方可重新启动系统主电源

l        开启手动控制台前，必须先打开自动控制台电源（为传感器单元WTPC供电）

3.2          上位机操作说明

图3.1：桌面图标

打开电脑，系统会自动运行stage程序，或点击桌面上stage.exe图标。如图3.1所示。此时系统会出现如图3.2所示的登录界面。默认用户名为ADMIN，初始密码为123456。

图3.2：登录界面

点击“进入”按钮，将进入图3.3所示的封面页面。封页上有四个按钮，点击后可进入相应的操作页面。以下分别介绍。

图3.3   封面页面

点击“主控页面”按钮，系统将进入主控制界面。这也是正常操作时所需要的一个主界面。如图3.4所示。

图3.4：主控界面

界面的左侧为变频器选择按钮区，可分别选择1-10号变频器进行工作（可根据实际需要配备相应数量的变频器）。变频器选择按钮的下方有一 图标，该图标用于实时显示控制台和RTU之间的通信状态。界面中间为工作吊杆显示区。可实时显示10路吊杆的工作状态。中间靠上是图形化显示区，用图形方式形象显示吊杆的当前位置、定位位置、上限位置、下限位置等参数。

图形区域的下方为数据区域，同样用于显示每路吊杆的上限位置、下限位置、定位位置及当前位置。

数据区域下方，左侧为提示信息框，用于显示系统当前的工作状态。中间则为工作按钮区域。可分别控制吊杆的“上行”、“下行”、“定位”、“停止”等操作。而“场景执行”和“集控执行”两个按钮此时处于不可操作状态。“关闭”按钮，可关闭当前页面，返回到封面。如图3.3。

屏幕右侧为工作模式选择及吊杆选择区域。最上面得两个按钮 “装台模式”及“演出模式”用于选择工作模式。在“装台模式”下，以吊杆为基本单位进行操作，“演出模式”下，以场景为基本单位进行操作。以下分别加以说明：

 “装台模式”下：用鼠标点击需要运动的吊杆，则该吊杆的当前数据参数显示在图形工作区及数据工作区中，如图3.4所示。在主控页面可同时显示10路吊杆的信息。如果点击的吊杆数超过10个，则最先点击的吊杆将会被挤出窗口。

用鼠标点击需要运动的吊杆，则该吊杆被激活。点击功能区域中的“上行”、“下行”、“定位”或“停止”按钮。则被激活的吊杆将进行相应的动作。

图3.5：演出模式

点击“演出模式”按钮，系统将切换到演出模式中，演出模式以场景为基本单元进行吊杆的操作。本系统采用三级文件目录的格式进行演出数据的存储。使吊杆操作非常简单、方便。

   如图3.5所示，点击场景区域最上方的“点选剧目”按钮，系统将弹出如图3.5所示的剧目选择对话框。选择相应的剧目后，则该剧目下所有的场景数据将出现在场景选择区域中。

点击相应的场景按钮，则该场景下所有吊杆数据将出现在图形化工作区域中。如图3.6所示。

                                                 图3.6  场景执行界面

点击“场景执行”按钮，该场景下所有吊杆将同时动作，自动运行到设定的位置后停止。场景执行界面中，可以对场景下的吊杆单独进行“上行”、“下行”、“定位”、“停止”等控制。点击“关闭”按钮，则系统将返回到封面。

图3.7 设备管理界面

在封面上点击“设备管理”按钮，系统将进入如图3.7所示界面。点击相应按钮，可进入不同的设置界面。以下分别加以说明。

图3.8：吊杆管理界面

点击“吊杆管理”按钮，系统将进入吊杆管理界面，如图3.8所示。在该界面中，可对吊杆的名称、上限位置、下限位置、定位位置、当前位置（校正位置）、吊杆属性等参数进行设置或修改。

    在界面左侧为吊杆参数数据表，右侧为参数修改区域，屏幕下方则为设置功能键。

用鼠标点击参数管理表中某一根吊杆，则相应参数将出现在屏幕右侧参数修改区域中。如果需要修改某一项参数（如定位位置），则用鼠标点击屏幕右侧修改区域中相应的数据输入框，如定位值输入框，点击输入框边上的“置空”按钮，清空输入框。点击输入框下方的0-9十个数字按钮，输入新的定位值。点击“修改”按钮，则新的定位数据将保存到屏幕左侧的数据表中。点击屏幕下方的“定位值设置”按钮，则新的定位值将发送到相应的RTU中，进行数据同步。

“上限值设置”、“下限值设置”、“校正值（当前值）设置”的操作与定位值设置相同。

在10个数字键的下方，有两个单选钮，用于选择吊杆属性。在本系统中，所有吊杆皆为变频吊杆，因此所有吊杆的属性参数都设置为变频吊杆。

图3.9：剧目管理界面

点击图3.7上的“剧目管理”按钮，则系统会进入剧目管理界面，如图3.9所示。

本系统中，对文件管理采用三级目录方式：剧目为文件主目录，即所有文件是按照剧目为单位进行存放的。在剧目下子目录为“场景”、“场景”下的子目录为“吊杆”。即：一个剧目可以包含若干个场景，一个场景下又可以包含多个（不大于10个）“吊杆”。吊杆为文件系统的最基本单元。

用鼠标点击图3.9中左侧目录树，点击“增加剧目”按钮，则在目录树中会出现一个新的剧目名称，默认为“剧目1”，你可以在图3.10右侧的剧目名称输入框中修改剧目1名称,如把“剧目1”修改成“春节晚会”，点击保存后见图3.11

图3.10：增加剧目界面

图3.11：修改剧目名称界面

在目录树中点击国庆庆典使之变成蓝色后再点击“增加场景”按钮，则在春节晚会剧目下会出现一个新的二级子目录，默认名称为“场景01”，如图3.12

图3.12：增加场景界面

如同修改剧目名称一样，你也可以对“场景01”的名称进行修改，如把“场景01”修改成“升国旗”，见图3.13

图3.13：修改场景名称界面

在场景名称输入框的下方是一个“场景描述”输入框，你可以在其中增加适当的对于当前编辑的场景的注释，以方便以后的查阅。在编辑完场景名称后，你必须点击“保存”按钮，来保存当前目录树。同样，你可以在目录树中删除一个废弃的场景或删除一个剧目。需要注意的是删除一个剧目必须先把该剧目下面的场景全部删除后才可删除该剧目。

在图3.13中，你可以对此场景里面需要运行的吊杆进行编辑，点击“吊杆编辑”和“增加吊杆”按钮后会出现本系统里所有可用的吊杆，如图3.14，

如图3.14吊杆编辑界面

根据实际需要选择相应的吊杆，并对每道吊杆进行场景位置设定及和变频器的绑定设定（不带变频器的系统则没有变频器选择这项）

如果需要对某个已经编辑好的场景进行修改时，在图3.13中点击将要修改的场景后点击“吊杆编辑”则出现图3.15界面，在此界面里显示该场景下所有吊杆的消息，此时在该窗口下，你可以向一个场景中增加吊杆、移除吊杆，编辑吊杆需要运行到达的目标位置，将吊杆和变频器重新进行绑定等

如图3.15吊杆编辑界面

点击“增加吊杆”按钮，会出现图3.16所示窗口，在需要加入到当前场景的吊杆前打“√”，确认所有需要的吊杆都打上“√”以后，点击“确认”按钮，则所有需要的吊杆都将加入到当前场景数据中。鼠标点击吊杆编辑窗口中需要移除的吊杆，点击“移除吊杆”按钮，则当前吊杆将从当前场景中删除。

                          图3.16增加线路窗口

图3.17 编辑场景位置窗口

鼠标点击吊杆编辑表格中需要设定的吊杆，激活该吊杆。点击“场景位置”按钮，则会出现如图3.17所示界面。点击场景位置输入框，点击“空”按钮，清空场景位置。点击0-9十个数字键，输入吊杆需要运行到达的目标位置。点击“确定”按钮，则新的场景位置将保存到数据库中。

图3.18   变频器选择界面

在进行场景编辑时，一般需要给吊杆指定一个变频器。在场景运行时，该吊杆将和指定的变频器绑定后运行。在图3.15上首先点击吊杆编辑表中需要编辑的吊杆所在行，点击“变频器号”按钮，将出现如图3.18所示的变频器选择界面。点击需要绑定的变频器。该变频器图标变成灰色，此时表示该变频器已被绑定，在图3.15的吊杆编辑表的变频器一栏，将出现刚点击的变频器号。在确定所有该场景下的吊杆都已编辑完成后，点击“保存”按钮，则该场景下所有信息将保存到数据库中。

编组管理：

在图3.7中，点击“编组管理”按钮，系统将进入编组管理界面。所谓编组，就是指将几根吊杆组合起来,当成一个基本单元同时动作和停止。

图3.19：集控管理界面

和场景管理一样，集控管理同样可以编辑编组名称、向一个编组中增加吊杆、移除吊杆等操作，这里就不在一一描述。

系统设置：

系统设置是用于配置整个控制系统中：吊杆的数量、变频器的数量、界面的颜色及通信的速度等。系统设置只有在系统中设备发生变化时，才需要重新配置。正常工作时，则不能对系统设置中的大部分内容（界面颜色除外）进行更改，否则，会造成系统无法正常工作。

图3.20：系统设置界面