畢業(yè)設計---舞臺特效控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　舞臺機械自動化控制系統(tǒng)是一個集舞臺機械、電力電子技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、電視技術(shù)、聲學、美學等多學科、多界面相互結(jié)合的宏大的科學藝術(shù)體系。目前舞臺機械自動化設備及其運動的控制已經(jīng)成為一項重要的研究課題，德國、日本、英國、美國等都有專門的生產(chǎn)廠家和相關(guān)的研究機構(gòu)，它們的歷史悠久、經(jīng)驗豐富、產(chǎn)品質(zhì)量比較高，但價格相對來說比較昂貴。因此，

2、如果我們能開發(fā)出一套技術(shù)先進、性能穩(wěn)定可靠的舞臺機械自動化控制系統(tǒng)，那么就能節(jié)約成本，降低國家的投資，從而推動我國舞臺機械行業(yè)的發(fā)展。</p><p>　　目前，從設計水平、整體工藝、控制性能以及投資費用方面來看，我國的舞臺機械自動化設備同歐洲產(chǎn)品仍有一定差距。所以，立足于我國國情，研究開發(fā)高性能、低成本的舞臺機械自動化設備及運動控制系統(tǒng)具有很大的實用價值。</p><p>　　本文針對大

3、型舞劇《粉末春秋》主舞臺的配置方案，首先，闡明了系統(tǒng)的硬件選型、組成，控制線路的連接，其次編寫了整個系統(tǒng)PLC控制程序，并進一步詳細論述了PLC實現(xiàn)多電動機同步控制策略。本設計中由于選擇了步進電機驅(qū)動電機，對于步進電機由于它是開環(huán)控制元件，為使得控制更加精確增加了反饋環(huán)節(jié)用到了線性位移傳感器。最后為舞臺控制系統(tǒng)繪制了CAD步進電機的電氣接線圖。</p><p>　　關(guān)鍵詞：同步控制 步進電機 線性位移傳感器 CA

4、D PLC </p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Automatic stage machinery control system is a grand science and art system with stage machinery, electric power electronic technology, networ

5、k technology, TV technology, acoustics, aesthetic science, and multiple interface combination. At present , automatic stage machinery equipment and motion control have become a significant research subject, Germany, Japa

6、n, Britain, the United States already have specialized manufacturer and related research institutes. They all have a long history, rich exp</p><p>　　At present, from the level of design, the whole process, c

7、ontrol performance and investment costs, there is still some distance between China and Europe in the automation equipment of stage machinery. So, that, being based on China's national conditions, we research and dev

8、elop the automation equipment of stage machinery and motion control which is high-performance and lowcost , has certain practical value.</p><p>　　This article aims at illustrating the configuration scheme of

9、 the large ballet "fenmo chun qiu". Firstly, expound the system hardware selection, composition, control circuit connection. Secondly, write the whole system of PLC control program, and further explain the rea

10、lization synchronous motor PLC control strategy. This design due to choose the stepping motor driver motor, for step motor because it is the open loop control device, in order to make the control for more accurate feedba

11、ck part ,</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 緒論- 1 -</p><p>　　1.1項目的背景及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀- 1 -</p><p>　　1.1.1項目的背景- 1 -</p><p>　　1.1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)況- 1 -<

12、/p><p>　　1.2課題研究的意義- 3 -</p><p>　　1.3本文的主要研究工作- 3 -</p><p>　　第2章 系統(tǒng)的組成- 5 -</p><p>　　2.1舞臺特效控制系統(tǒng)的整體要求- 5 -</p><p>　　2.2電氣部分組成- 5 -</p><p>　　

13、2.2.1對電機數(shù)目的選取方案討論- 5 -</p><p>　　2.2.2對電機類型的選取- 6 -</p><p>　　2.2.3對轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)中反饋環(huán)節(jié)器件的選擇- 7 -</p><p>　　2.2.4對主電機速動控制中調(diào)速方式的選擇- 8 -</p><p>　　2.3硬件部分組成- 8 -</p><

14、p>　　2.3.1PLC的選擇- 8 -</p><p>　　2.3.2 CAD的簡要介紹- 13 -</p><p>　　2.3.3硬件設計- 13 -</p><p>　　2.4軟件設計- 14 -</p><p>　　第3章 舞臺控制系統(tǒng)硬件設計- 15 -</p><p>　　3.1舞臺控制系統(tǒng)

15、整體介紹- 15 -</p><p>　　3.2舞臺控制系統(tǒng)硬件設計- 17 -</p><p>　　3.2.1舞臺控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖3-3- 17 -</p><p>　　3.2.2步進電機的有關(guān)介紹- 19 -</p><p>　　3.3.3系統(tǒng)中步進電機的工作方式- 21 -</p><p>　　第

16、4章 系統(tǒng)的軟件設計- 23 -</p><p>　　4.1 PLC通信協(xié)議及本文采用的編程環(huán)境- 23 -</p><p>　　4.2 PLC程序設計- 25 -</p><p>　　4.2.1 PLC控制信號定義- 26 -</p><p>　　4.2.2 PLC實現(xiàn)舞臺控制的程序- 26 -</p><p&

17、gt;　　第5章 系統(tǒng)的分析- 31 -</p><p>　　5.1系統(tǒng)分析- 31 -</p><p>　　5.2控制方案的提出- 32 -</p><p>　　第6章 結(jié)論- 35 -</p><p>　　參考文獻- 36 -</p><p><b>　　致謝- 37 -</b>&

18、lt;/p><p>　　附 錄- 38 -</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1項目的背景及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　1.1.1項目的背景</p><p>　　隨著人們文化、生活水平的提高，對舞臺節(jié)目演出的質(zhì)量要求也越來越高，舞臺的現(xiàn)代化、智能化是

19、必然的發(fā)展趨勢。本文是以大型舞劇《粉末春秋》的主舞臺研制為背景，全面詳細論述了舞臺控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。通過智能化控制及機電一體化技術(shù)實現(xiàn)舞臺的平移、旋轉(zhuǎn)等運動。針對大型舞劇《粉末春秋》主舞臺的配置方案，論述PLC實現(xiàn)多電動機同步控制策略；系統(tǒng)的硬件選型、組成，控制線路的連接；PLC控制程序的編寫。</p><p>　　1.1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)況</p><p>　　舞臺機械自動化是一個集舞

20、臺機械、電力電子技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、電視技術(shù)、聲學、美學等多學科、多界面相互結(jié)合的宏大科技藝術(shù)體系。現(xiàn)代舞臺技術(shù)的發(fā)展與科學技術(shù)密不可分，隨著科學技術(shù)的進步現(xiàn)代舞臺技術(shù)正在發(fā)生日新月異的變化，在有限的舞臺里創(chuàng)造了更多的發(fā)展空間，并給舞臺演藝人員提供了更美更廣闊的表演場地。同時，人們對舞臺藝術(shù)效果追求完美的要求，使得舞臺機械自動化設備不僅要運行穩(wěn)定、定位準確、同步運行精度高、噪音低，而且在運行速度、空間位置變化上要實現(xiàn)豐富多彩，操作上更加方便

21、、靈活，使推、拉、升、降、轉(zhuǎn)的各種功能組合變化更加迅速、便捷，形成機械與藝術(shù)的完美結(jié)合。</p><p>　　因此，針對舞臺機械自動化設備及其運動的控制成為一項重要的研究課題，德國、日本、英國、美國等都有專門的生產(chǎn)廠家和相關(guān)的研究機構(gòu)，而且它們歷史悠久、經(jīng)驗豐富、產(chǎn)品質(zhì)量比較高，但價格相對來說比較昂貴。我國的舞臺機械自動化設備制造起步較晚，最早出現(xiàn)于解放之后，經(jīng)歷了從無到有、從半自動化到全自動化、從單一化到多樣化

22、、從低精度到高精度的發(fā)展過程。目前，舞臺機械自動化設備從設計水平、整體工藝、控制性能以及投資費用方面來看，我國的舞臺機械自動化設備同歐洲產(chǎn)品仍有一定差距。所以，立足于我國國情，研究開發(fā)出高性能、低成本的舞臺機械自動化設備及運動控制系統(tǒng)具有一定的實用價值。在舞臺機械自動化設備中，旋轉(zhuǎn)臺是常用的一種臺下設備，它可以按某一固定或移動軸旋轉(zhuǎn)，用來快速變換舞臺場景或制造一些特殊的舞臺效果。對舞臺的旋轉(zhuǎn)運動通常要求能無級變速，啟動、制動迅速，轉(zhuǎn)動平

23、穩(wěn)，定位可靠，因而轉(zhuǎn)臺的電氣傳動和調(diào)速控制性能成為整個系統(tǒng)乃至演出效果的一項決定性因素。</p><p>　　我國舞臺機械自動化與歐洲和亞洲的一些發(fā)達國家相比發(fā)展較晚。二十世紀八十年代以前，舞臺機械自動化設備只是手動或局部電動的設備。手動設備要人力拉或推，使用時需要配備許多專門的工作人員。電動驅(qū)動設備不能調(diào)速，更無法定位，控制系統(tǒng)是相當簡單的常規(guī)控制電路，演出時使用的設備數(shù)量、操作等受到限制，影響演出效果。<

24、;/p><p>　　進入二十世紀八十年代，中國劇院為配合大型音樂舞蹈史詩《中國革命之歌》的演出，設置臺上、臺下舞臺機械設備，驅(qū)動系統(tǒng)采用滾壓技術(shù)，控制系統(tǒng)采用直接的計算機控制。如此規(guī)模的應用舞臺機械在我國劇院建設中是開創(chuàng)性的，控制系統(tǒng)也是采用當時先進控制技術(shù)。但因液壓設備維護量大，控制系統(tǒng)不太穩(wěn)定，后來設備處于停用狀態(tài)。</p><p>　　進入二十世紀九十年代后期，隨著歌劇、戲曲、音樂、舞蹈

25、、雜技等多重文化的興起，劇院建設相對進入一個高潮期，對舞臺機械自動化設備的需求成倍增長，也對舞臺機械自動化設備的性能提出了更高的要求。舞臺的設計大多數(shù)為正規(guī)的鏡框式臺口或品字型舞臺，臺下設備主要有主升降臺、左右車臺、后車轉(zhuǎn)臺、升降樂池等。臺上設備主要配備防火幕、假臺口、大幕機、二道幕、吊桿、單點吊機、燈桿、過渡橋、燈光吊籠等。這時，國際知名舞臺機械自動化設備制造廠商紛紛進入中國，積極參與中國的劇院建設及舞臺的自動化改造，主要有日本三菱，

26、德國SBS、力士樂公司等，中高端劇院建設幾乎被他們壟斷。</p><p>　　隨著我國國民經(jīng)濟實力的不斷增強，人民生活水平的不斷提高，文化修養(yǎng)的日漸提升，對文化藝術(shù)的需要也越來越高，我國的劇院建設、改造進入了一個蓬勃發(fā)展的時期。而作為現(xiàn)代化劇院不可缺少的主要組成部分——舞臺機械自動化設備，也逐漸成為人們關(guān)注的焦點。從舞臺機械自動化發(fā)展的歷史和使用情況來看，舞臺機械自動化設備在劇院建成后的長期使用中，起著非常重要的

27、作用。舞臺機械自動化設備最初是為了滿足演出中大型場景的切換而設置的可以控制的系統(tǒng)，但現(xiàn)在舞臺機械自動化設備除了有大型場景的變化功能之外，還越來越多地參與舞臺效果的表演。通過舞臺機械的運動來實現(xiàn)演員的出場、謝幕，或者為營造某種氛圍，產(chǎn)生特殊視覺效果的一種手段，成為導演的表演道具，可以說舞臺機械自動化設備的性能直接決定了劇院的現(xiàn)代化水平。</p><p>　　盡管國內(nèi)舞臺機械自動化設備生產(chǎn)廠商比較多，但水平參差不齊，

28、國內(nèi)中低檔的舞臺機械工程主要是國內(nèi)廠商承建，極大多數(shù)廠商的控制系統(tǒng)與日本模式比較接近，主要的控制器也是PLC，定位靠PLC的定位模塊來實現(xiàn)。</p><p>　　1.2課題研究的意義</p><p>　　隨著劇院建設的蓬勃發(fā)展，舞臺機械自動化設備行業(yè)的發(fā)展前景被人們看好。據(jù)統(tǒng)計，每年舞臺機械自動化工程加起來有五個億人民幣，而且呈逐年遞增的趨勢。國外舞臺機械廠商經(jīng)驗豐富、業(yè)績多、技術(shù)先進，目

29、前中高端市場被國外公司所壟斷。但由國外廠商承建的項目，價格很高，這使得很多劇院無法承受，例如日本三菱公司承建的國家大劇院歌劇院舞臺機械自動化設備的合同金額就有三千萬美元。</p><p>　　舞臺機械自動化控制系統(tǒng)作為舞臺機械的靈魂，顯得尤為重要。舞臺機械的性能在一定程度上來說主要由控制系統(tǒng)決定的?？刂葡到y(tǒng)先進性決定了舞臺機械的現(xiàn)代化水平，控制系統(tǒng)的安全可靠性決定了舞臺機械的安全可靠，控制系統(tǒng)的人機界面決定了操作

30、的方便程度。如果我們開發(fā)出技術(shù)先進、性能穩(wěn)定可靠、成本相對較低的舞臺機械控制系統(tǒng)，不僅能節(jié)約成本，降低國家的投資，而且能推動我國舞臺機械行業(yè)發(fā)展。</p><p>　　舞臺機械自動化項目的開發(fā)成功，不但使傳統(tǒng)的舞臺本身發(fā)生了實質(zhì)性的變化，而且是在機械、液壓及計算機自動控制方面和機電一體化方面又開發(fā)出一個成功的范例，具有明顯的經(jīng)濟及社會效益。舞臺機械自動化設備集機械、液壓、計算機、電機、自動控制于一體，具有先進性、

31、實用性、創(chuàng)新性等性能，舞臺的大量制造對于機械制造業(yè)、機—電一體化、自動化行業(yè)均有很大的推動作用。</p><p>　　1.3本文的主要研究工作</p><p>　　對舞臺空間姿態(tài)控制系統(tǒng)的性能、工作方式、工作過程進行了分析研究，參閱了大量的資料。根據(jù)舞劇的要求設計了該舞臺控制系統(tǒng)和電氣自動化控制系統(tǒng)。按照控制方案進行了硬件系統(tǒng)的構(gòu)建，軟件系統(tǒng)的設計。編寫了PLC程序，實現(xiàn)舞臺空間控制系統(tǒng)的

32、自動化控制。</p><p>　　該舞劇對舞臺的具體設計要求是：該舞臺通過電氣設計控制能達到使舞臺前進、后退、左右、斜行45度、旋轉(zhuǎn)的舞臺效果，除此之外還要求舞臺可以快速組裝（舞臺是分片的）。</p><p><b>　　本文的主要工作：</b></p><p>　?。?）根據(jù)舞臺空間姿態(tài)控制系統(tǒng)的特點，設計電氣控制方案。</p>

33、<p>　?。?）綜合運用有關(guān)課程的知識，了解步進電機調(diào)速原理。</p><p>　?。?）掌握有關(guān)傳感器控制和PLC編程方面的知識，樹立正確的設計思想</p><p>　?。?）根據(jù)步進電機控制原理，設計帶有反饋的控制流程圖。</p><p>　?。?）編寫PLC控制程序。</p><p>　?。?）畫出CAD電機分布圖。<

34、;/p><p><b>　　第2章 系統(tǒng)的組成</b></p><p>　　2.1舞臺特效控制系統(tǒng)的整體要求</p><p>　　一、舞臺控制系統(tǒng)的外形尺寸</p><p>　　舞臺空間控制系統(tǒng)尺寸（長×寬×高）</p><p>　　標準6×4×5 單位m<

35、;/p><p>　　底座加樓門重2.5 單位t</p><p>　　二、舞臺空間控制系統(tǒng)的技術(shù)要求</p><p>　　控制對象為四個輪子，首先要通過反饋得到每個輪子的實際角度，編程計算出與所發(fā)出的命令的角度差，發(fā)出相應數(shù)量的脈沖給步進電機，對輪子方向進行控制。而步進電機雖然便宜實用，但是沒有伺服電機自帶反饋的特點，容易丟步，而伺服電機價格較高，所有在選擇使用步進電機

36、控制時，要加入反饋環(huán)節(jié)，在步進電機執(zhí)行完命令后，再測一次輪子的角度，反饋至PLC中，再與指定角度相比較，如果有偏差，根據(jù)偏差大小，發(fā)出相應的脈沖數(shù)，使步進電機繼續(xù)執(zhí)行，直到反饋信號與給定信號一致，說明角度已經(jīng)調(diào)整正確，可以進行下面的動作。</p><p>　　舞臺橫向移動時輪子角度設置為0度；縱向移動時90度；45度移動時45度，旋轉(zhuǎn)時四個輪子的角度分別設置為45度、135度、45度、135度</p>

37、<p><b>　　2.2電氣部分組成</b></p><p>　　2.2.1對電機數(shù)目的選取方案討論</p><p>　　針對該舞臺的設計要求對可行方案進行了討論：該舞臺的電氣控制采用直流電機來實現(xiàn)，具體到采用幾個電機比較合理進行了考慮如下：</p><p>　　1、若采用一個電機，對于舞臺的方向性控制不好，故不宜采用。<

38、/p><p>　　2、若采用兩個電機，一方面對舞臺的方向性控制不好，另一方面舞臺的鋼結(jié)構(gòu)性能不好。</p><p>　　3、若采用三個電機，對舞臺的方向性具有了一定的控制力，但考慮到三臺電機對舞臺的支撐性能不夠好。</p><p>　　4、由于以上三種情況故而至少選用四臺電機，既滿足了對舞臺方向性的控制要求又滿足了對舞臺的支撐性能要求。</p><p

39、>　　介于以上對電機數(shù)目的選擇，對該設計應采用4套動力裝置，每套動力裝置中有主驅(qū)動裝置，轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝置。</p><p>　　2.2.2對電機類型的選取</p><p>　　對于該驅(qū)動電機選擇直流型，現(xiàn)對選取直流電機理由如下：</p><p>　　1、對直流電動機交流電動機在實際應用中的比較：直流電機調(diào)速方便，低速轉(zhuǎn)矩大，技術(shù)比較成熟，可簡易調(diào)速。而交流電機結(jié)構(gòu)

40、簡單，運行可靠，采用V/F可方便調(diào)速。但這種調(diào)速方式牽涉到電源轉(zhuǎn)換問題，一般蓄電池都是直流的，可移動性較好，而交流電源比較固定。</p><p>　　2、對該舞臺四套電機系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)電機都采用步進電機。在自動控制系統(tǒng)中，常常需要把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為角位移。步進電機就是一種用電脈沖進行控制、講電脈沖信號轉(zhuǎn)換為相應角位移的電機。步進電動機輸入一個電脈沖就前進一步，其輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。它

41、在數(shù)控開環(huán)系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，例如用在數(shù)字程序控制線切割機、平面繪圖機中。使用最多的一種步進電機是反應式步進電機。永磁式步進電動機和感應子式永磁步進電動機的基本原理與反應式步進電動機相似。直流永磁式驅(qū)動電動機的磁場不變，電壓與轉(zhuǎn)速成正比。</p><p>　　3、采用步進電機的缺點及需要改進的地方：步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€性位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號

42、的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點，使得其在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變得非常簡單。但是步進電機是開環(huán)控制元件，由于開環(huán)控制元件控制器與被控對象間只有順序作用而無反向聯(lián)系且控制單方向進行，故而開環(huán)控制元件的控制精度通常較低、無自動糾偏能力。</p><p>　　介于以上對步進電機缺點的分析

43、，我們對該舞臺控制系統(tǒng)采用步進電機的控制方式進行了修改，采用增加反饋環(huán)節(jié)的方式來解決步進電機開環(huán)控制的不足。以下做簡單的介紹：在對步進電機控制原理的分析研究之后，我們在步進電機給轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝置提供脈沖的過程中，在角度驅(qū)動電機與轉(zhuǎn)向驅(qū)動輪之間增加了一個反饋環(huán)節(jié)，此環(huán)節(jié)用于檢測、控制步進電機是否按照給定的角度要求來給轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝置發(fā)送脈沖。</p><p>　　此反饋環(huán)節(jié)會有兩種情況出現(xiàn)：一、當步進電機按要求正常發(fā)送脈沖

44、數(shù)目給轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝置時，反饋環(huán)節(jié)檢測到到步進電機工作正常，此時反饋環(huán)節(jié)不做任何處理；二、當步進電機工作出現(xiàn)誤差或由于控制過程出現(xiàn)偏差時，反饋環(huán)節(jié)會檢測到步進電機未按規(guī)定要求給轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝置發(fā)送正確的脈沖數(shù)目，此時反饋環(huán)節(jié)起作用，經(jīng)過反饋環(huán)節(jié)的比較之后會反饋與所缺脈沖數(shù)目成一定比例的電壓值給步進電機的控制系統(tǒng)，使得步進電機補發(fā)不足的脈沖數(shù)，使其工作在正常狀態(tài)。</p><p>　　4、對于步進電機選擇另外比較重要的原因

45、是：步進電機比起交流伺服電機來更經(jīng)濟實用，控制簡單。</p><p>　　2.2.3對轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)中反饋環(huán)節(jié)器件的選擇</p><p>　　對于給步進電機控制系統(tǒng)所要加的反饋控制系統(tǒng)有兩種辦法可以選擇，介于現(xiàn)場的舞臺設計要求的考慮我們選其中的一種，具體辦法及其取舍分析如下：</p><p>　　一、反饋環(huán)節(jié)采用線性位移傳感器來檢測步進電機是否正常工作。該線性位移傳感

46、器的簡單工作原理是：在一定的小范圍角度內(nèi)，一定的角度對應一定的長度，他們之間在這個小范圍內(nèi)的關(guān)系是呈線性的，然后該傳感器再將所測得的長度轉(zhuǎn)換為一定量的電信號，該電信號再與開始所規(guī)定的角度轉(zhuǎn)換成的電信號做比較，若與規(guī)定角度轉(zhuǎn)換成的電信號相符合則不處理；若與規(guī)定角度轉(zhuǎn)換成的電信號不符合則需要把比較后所差電信號反饋到步進電機，進行相應的調(diào)整。</p><p>　　二、反饋環(huán)節(jié)采用多圈電位器來檢測步進電機是否正常工作。該

47、多圈電位器的簡單工作原理是：多圈電位器也是通過一定角度范圍的線性關(guān)系來檢測角度的器件，多圈電位器在上電后，等步進電機發(fā)送的脈沖轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)向輪上一定的圈數(shù)（即一定的角度），轉(zhuǎn)向輪再通過連軸器與多圈電位器相連，多圈電位器對轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)即角度進行監(jiān)測，多圈電位器是直接線性反應角度的器件，此時多圈電位器將角度信號轉(zhuǎn)換為電信號與規(guī)定角度的電信號進行比較。若多圈電位器與所規(guī)定角度的電信號正好相符合，則不做處理；若多圈電位器與所規(guī)定角度的電信號不符

48、合，則多圈電位器反饋電壓信號給步進電機，使其補發(fā)不夠的脈沖。</p><p>　　對于以上兩種反饋環(huán)節(jié)器件的比較，他們的在舞臺特效控制系統(tǒng)中所起的作用都相同，但是由于第一種線性位移傳感器的占用空間比較大，考慮到舞臺設計的要求，在都能滿足條件的情況下，我們選擇第二種比較簡單實用且占用空間比較小的多圈電位器來實現(xiàn)所要求的控制效果。</p><p>　　2.2.4對主電機速動控制中調(diào)速方式的選擇

49、</p><p>　　為了滿足舞臺特效控制系統(tǒng)中，舞臺可快速組裝的要求對驅(qū)動主動輪工作的主電機采用24V直流電源。有兩種方法可實現(xiàn)調(diào)速，對這兩種方式分析如下：</p><p>　　一、采用交流電動機，通過V—F轉(zhuǎn)換來調(diào)速。定電壓頻率比（定V／F）是一種基本的交流調(diào)速方法。其基本原理是在調(diào)速過程中保持電壓和頻率的比值不變，從而使每極磁通量為定值。空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）是一種新型的脈寬

50、調(diào)制模式，它不但對三相交流電機產(chǎn)生的諧波失真最小，而且還能提供比正弦調(diào)制更有效的電壓。</p><p>　　二、采用直流電動機，用IGBT降壓斬波調(diào)速。直流斬波調(diào)速控制的基本原理是按一個固定頻率來接通和斷開電源，并更具需要改變一個周期內(nèi)接通和斷開的時間比（占空比）來改變直流電機電樞上電壓的“占空比”，從而改變平均電壓，控制電機的轉(zhuǎn)速。在脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，當電機通電時其速度增加，電機斷電時其速度減低。只要按照一定的規(guī)

51、律改變通、斷電的時間，即可控制電機轉(zhuǎn)速，而且采用直流斬波技術(shù)構(gòu)成的無極調(diào)速系統(tǒng)，啟停時對直流系統(tǒng)無沖擊，并且具有啟動功耗小、運行穩(wěn)定的特點。</p><p>　　對于以上分析對該舞臺主電機的速度控制部分選擇直流電動機，用IGBT降壓斬波的調(diào)速方式。</p><p><b>　　2.3硬件部分組成</b></p><p>　　2.3.1PLC的選

52、擇</p><p>　　S7-200 PLC基礎(chǔ)知識</p><p>　　可編程控制器（PLC）是一種數(shù)學邏輯運算與操作的控制裝置。它作為傳統(tǒng)繼電器的替代產(chǎn)品，廣泛應用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。由于PLC可以通過軟件來改變控制過程，具有體積小、組裝靈活、編程簡單、抗干擾能力強及可靠性高等特點，因此特別適合在惡劣環(huán)境下運行。</p><p>　　在舞臺控制系統(tǒng)中我們選用西

53、門子S7-200系列PLC，它是德國西門子公司生產(chǎn)的一類小型PLC，它以結(jié)構(gòu)緊湊、價格低廉、可靠性高、指令集豐富、易于掌握、便捷的操作、豐富的內(nèi)置集成功能、實時特性、強勁的通訊能力和豐富的擴展模塊等特點在集散自動化系統(tǒng)中發(fā)揮著強大的作用。S7-200系列PLC使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制，應用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環(huán)境保護設備

54、等等。</p><p>　　PLC通過輸入/輸出點與現(xiàn)場設備構(gòu)成一個完整的PLC控制系統(tǒng)，因此要綜合考慮現(xiàn)場設備的性質(zhì)及PLC的輸入/輸出特性。</p><p>　　S7-200 PLC屬于小型PLC，其主機的基本結(jié)構(gòu)是整體式，主機上有一定數(shù)量的輸入/輸出點，一個主機單元就是一個系統(tǒng)。它還可以進行靈活的擴展，如果I/O點不夠，則可以增加I/O擴展模塊；如果需要其他特殊功能，如特殊通信或定位

55、控制等，則可以增加相應的功能模塊。</p><p>　　一個完整的系統(tǒng)組成如圖2-1：</p><p>　　圖2-1 S7-200 PLC系統(tǒng)組成</p><p><b>　　1.主機單元</b></p><p>　　主機單元，又稱CPU模塊。它有CPU、存儲器、基本輸入輸出點和電源組成，是PLC的主要部分。實際上它就是

56、一個完整的控制系統(tǒng)，可以單獨完成一定的控制任務。</p><p>　?。?）主機外形見圖2-2</p><p>　　圖2-2 S7-200 系列PLC主機外觀</p><p>　　圖2-3 S7-200 系列PLC的基本構(gòu)成</p><p>　　本設計采用CPU226來實現(xiàn)</p><p>　　CPU226具有24輸入

57、/16輸出共40個數(shù)字量I/O點，連接7個擴展模塊單元，最大可擴展至248個數(shù)字量I/O或35路模擬量I/O，組成的I/O端子排列可以很容易地整體拆卸。具有13KB 程序和數(shù)據(jù)存儲空間、6個獨立的30KHz的高速計數(shù)器、2路獨立的20KHz的高速脈沖輸出、PID控制器、2個RS-485通信/編程口、點對點接口PPI通信協(xié)議、多點接口MPI通信協(xié)議和自由通信口。</p><p><b>　　2.擴展模塊&

58、lt;/b></p><p>　　擴展模塊主要有4類：數(shù)字量輸入/輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊、通信模塊和特殊功能模塊。</p><p>　　當主機單元模板上的I/O點數(shù)不夠時，或者涉及到模擬量控制時，除了CPU221外，可能通過增加擴展單元模板的方法，對輸入/輸出點數(shù)進行擴展。</p><p>　　在進行I/O擴展時，要考慮以下幾個因素：</p>

59、;<p>　?、貱PU主機模板所能夠擴展模板數(shù)</p><p>　?、贑PU主機模板的映像寄存器的數(shù)量</p><p>　　③CPU主機模板在5VDC下所能提供的最大擴展電流。</p><p>　　例如：CPU224提供的擴展電流為660mA，可以有幾種擴展方案：</p><p>　　A、4個EM223，DI16/DO16晶體管

60、/繼電器模板和2個EM221 DI8晶體管模板，消耗的電流為4×150+2×30＝660mA。</p><p>　　B、4個EM223，DI16/DO16晶體管/繼電器模板和1個EM222 DO8晶體管模板，消耗的電流為4×150+1×40＝640mA。</p><p>　　C、4個EM223，DI16/DO16晶體管輸出模板，消耗的電流為4

61、5;160＝640 mA。</p><p>　　圖2-4 EM235</p><p>　　本設計采用235模塊充當擴展模塊如圖2-4</p><p>　　EM235：模擬量混合輸入/輸出模塊</p><p>　?、倌M量輸入4路，模擬量輸出1路。</p><p>　?、诓罘州斎耄妷海?～10V，0～5V，0～1V，0

62、～500mV、0～100mV，0～50mV，±10V，±5V，±2.5V，±1V，±500mV,±250mV,±100mV,±50mV和±25mV;</p><p>　　電流：0～20mA。</p><p>　?、坜D(zhuǎn)換時間小于250us。</p><p>　?、芊€(wěn)定時間：電壓1

63、00us，電流2ms.</p><p><b>　　3.特殊功能模塊</b></p><p>　　當需要完成某些特殊功能的控制任務時，需要擴展功能模塊。它們是完成某種特殊控制任務的一些裝置，如運動控制模塊、特殊通信模塊等。</p><p>　　EM252模塊屬于定位模塊，定位模塊EM253可提供如下所述的單軸、開環(huán)運動控制所需要的功能。<

64、/p><p>　?、偬峁└咚倏刂?，從每秒12個脈沖至每秒200000個脈沖。</p><p>　　②支持急停（S曲線）或線性的加速、減速功能。</p><p>　?、厶峁y量系統(tǒng)，既可以使用工程單位（如英寸或厘米）也可以使用脈沖數(shù)。</p><p>　?、芴峁┛山M態(tài)的backlash補償。</p><p>　?、葜С纸^對、

65、相對和手動的位控方式。</p><p><b>　?、尢峁┻B續(xù)操作。</b></p><p>　?、咛峁┒噙_25組的移動（包括Profile），每組最多可有4種速度。</p><p>　?、嗵峁?種不同的參考點尋找模式，每種模式都能對起始的尋找方向和最終的接近方向進行選擇。</p><p>　?、崽峁┛刹鸱值默F(xiàn)場接線端子

66、，便于安裝和拆卸。</p><p>　　4.通信接口：其作用是通過這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機和其它的計算機相連，從而實現(xiàn)“人-機”或“機-機”之間的對話。</p><p><b>　　5.電源部分</b></p><p>　　PLC一般使用220V的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為PLC的中央處理器、存儲器等電路提供5V、±24V等直

67、流電源，使PLC能正常工作。</p><p><b>　　6.編程設備</b></p><p>　　編程設備的作用是供用戶進行程序的編制、編輯、調(diào)試與監(jiān)視。</p><p>　　2.3.2 CAD的簡要介紹</p><p>　　CAD（computer aided design，,計算機輔助設計）是隨著計算機及其外圍設備

68、和軟件的迅速發(fā)展而形成的一門新興技術(shù)，是電子信息技術(shù)與工程產(chǎn)業(yè)技術(shù)的結(jié)晶。</p><p>　　CAD通過交互式圖形顯示、實時構(gòu)造、編輯、變換及修改并存儲各類幾何及拓撲信息，利用應用程序進行工程計算分析，并對設計進行模擬、優(yōu)化、確定產(chǎn)品主要參數(shù)，利用圖形處理和動畫技術(shù)對模型進行仿真檢驗，計算機自動繪圖并輸出圖紙、數(shù)據(jù)等各種形式的設計結(jié)果，以及數(shù)據(jù)交換，并為CAM（計算機輔助制造）、CAPP（計算機輔助工藝安排）、

69、CAE（計算機輔助工程）、PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）及CIMS（計算機集成制造 系統(tǒng)）以至MRPII（制造資源管理系統(tǒng)）、ERP（企業(yè)資源管理系統(tǒng)）、MIS（管理信息系統(tǒng)）等產(chǎn)業(yè)信息化系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。CAD成為現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。</p><p>　　CAD（computer aided design）的含義是指計算機輔助設計，是計算機技術(shù)的一個重要的應用領(lǐng)域。AutoCAD則是美國Autodesk企業(yè)開

70、發(fā)的一個交互式繪圖軟件，是用于二維及三維設計、繪圖的系統(tǒng)工具，用戶可以使用它來創(chuàng)建、瀏覽、管理、打印、輸出、共享及準確復用富含信息的設計圖形。</p><p>　　AutoCAD是目前世界上應用最廣的CAD軟件，市場占有率位居世界第一。AutoCAD軟件具有如下特點：</p><p>　?、啪哂型晟频膱D形繪制功能。</p><p>　?、朴袕姶蟮膱D形編輯功能。<

71、;/p><p>　?、强梢圆捎枚喾N方式進行二次開發(fā)或用戶定制。</p><p>　?、瓤梢赃M行多種圖形格式的轉(zhuǎn)換，具有較強的數(shù)據(jù)交換能力。</p><p>　　⑸支持多種硬件設備。</p><p>　　⑹支持多種操作平臺。</p><p>　?、司哂型ㄓ眯?、易用性，是用于各類用戶。</p><p>

72、<b>　　2.3.3硬件設計</b></p><p>　　系統(tǒng)硬件部分的設計見第三章舞臺控制系統(tǒng)的硬件設計</p><p><b>　　2.4軟件設計</b></p><p>　　具體情況見第四章系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)</p><p>　　第3章 舞臺控制系統(tǒng)硬件設計</p><p&g

73、t;　　3.1舞臺控制系統(tǒng)整體介紹 </p><p>　　舞臺特效控制系統(tǒng)分為兩個部分：轉(zhuǎn)向控制（即角度控制）和速度控制?，F(xiàn)將該控制系統(tǒng)的具體方案分幾個步驟介紹如下：</p><p>　　圖3-1 舞臺控制系統(tǒng)流程圖</p><p>　　1、轉(zhuǎn)向控制部分。轉(zhuǎn)向控制部分有：三級步進電機M2，轉(zhuǎn)向輪，連軸器，多圈電位器。三級步進電機帶動轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)動帶動主輪按

74、6：1的比例轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動的過程中，多圈電位器通過連軸器與轉(zhuǎn)向輪相連監(jiān)測步進電機是否正常工作，通過電位的比較來使得步進電機按照要求正確無誤的發(fā)送所需脈沖數(shù)目。</p><p>　　2速度控制部分。主輪在轉(zhuǎn)向輪及主電機M1的驅(qū)動下運動，為了滿足舞臺可快速組裝的要求主電機電源使用24V直流電源，對該直流電動機的調(diào)速采用IGBT降壓斬波的調(diào)速方式。具體的調(diào)速情況按照參數(shù)具體設定。</p><p&

75、gt;　　3、舞臺控制系統(tǒng)中系統(tǒng)簡要流程圖見圖3-1。</p><p>　　4、舞臺控制系統(tǒng)中輪子轉(zhuǎn)向示意圖見圖3-2。</p><p>　　圖3-2 輪子轉(zhuǎn)向示意圖</p><p>　　3.2舞臺控制系統(tǒng)硬件設計</p><p>　　3.2.1舞臺控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖3-3</p><p>　　圖3-3 舞臺控制系

76、統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　該步進電機4路轉(zhuǎn)向電機驅(qū)動器中用到了3-8譯碼器和2-4譯碼器，現(xiàn)將它們各自的作用介紹如下：</p><p>　　1、3線-8線譯碼器的作用是用于步進電機角度選擇進行編碼輸出，具體為表3-1：</p><p>　　表3-1 3線-8線譯碼器具體功能表</p><p>　　74LS138的芯片圖（如圖3-4）及

77、作用為：</p><p>　　圖3-4 用與非門組成的3線-8線譯碼器 74LS138</p><p>　　譯碼是編碼的逆過程，它的功能是將具有特定含義的二進制碼進行辨別，并轉(zhuǎn)換成控制信號，具有譯碼功能的邏輯電路稱為譯碼器。</p><p>　　3-8譯碼器的輸入是3個腳,輸出是8個腳。用高低電平來表示輸入和輸出，3只腳也就是3位二進制數(shù)，3位二進制最大是111 也

78、就是8，輸出是8個腳，表示10進制。如果輸入是101 那么就是第5只腳高電平，表示二進制數(shù)是5。 其實3-8譯碼器的功能就是把輸入的3位2進制數(shù)翻譯成10進制的輸出。 3-8譯碼器是常用的組合邏輯電路，其功能是對輸入碼（3位碼）進行譯碼。</p><p>　　2、2線-4線譯碼器的作用是用于某個步進電機轉(zhuǎn)向電機的選擇，其功能與3線-8線譯碼器相同，其具體譯碼見表3-2： </p><p>

79、　　表3-2 2線-4線譯碼器具體功能</p><p>　　3.2.2步進電機的有關(guān)介紹</p><p>　　一、步進電動機的原理</p><p>　　步進電機是數(shù)字控制電機，它將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個脈沖 信號，步進電機就轉(zhuǎn)動一個角度，因此非常適合于單片機控制。步進電機可分為 反應式步進電機（簡稱VR）、永磁式步進電機（簡稱PM）和混合式步進電

80、機（簡稱HB）。 步進電機區(qū)別于其他控制電機的最大特點是，它是通過輸入脈沖信號來進行控制的，即電機的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。步進電機的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機產(chǎn)生。其基本原理作用如下： </p><p>　　1.控制換相順序 </p><p>　　通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如：三相步進電機的三拍工作方式，其各相通電順序為A—B—

81、C—D，通電控制脈沖必須嚴格按照這一順序分別控制A、B、C、D相的通斷。 </p><p>　　2.控制步進電機的轉(zhuǎn)向 </p><p>　　如果給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機就反轉(zhuǎn)。 </p><p>　　3.控制步進電機的速度 </p><p>　　如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖

82、，它會再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)得越快。</p><p>　　二、步進電動機有如下特點</p><p>　　1.步進電動機的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比。因此當它轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)后，沒有累計誤差，具有良好的跟隨性。</p><p>　　2.由步進電動機與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單、廉價，又?？煽康耐瑫r，它也可以有角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)

83、。</p><p>　　3.步進電動機的動態(tài)響應快，易于起停、正反轉(zhuǎn)及變速。</p><p>　　4.速度可在相當寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得很大的轉(zhuǎn)矩，因此一般可以不用減速器而直接驅(qū)動負載。</p><p>　　5.步進電動機只能通過脈沖電源供電才能運行，它不能直接用交流電源或直流電源。</p><p>　　6.步進電動機自身的噪

84、聲和振動比較大，帶慣性負載的能力差。</p><p>　　三、步進電動機可分為3大類</p><p>　?。ㄒ唬?反應式步進電動機（vanable rellictance簡稱VR）</p><p>　　反應式步進電動機在定、轉(zhuǎn)子鐵心的內(nèi)外表面上設有按一定規(guī)律分布的相近齒槽，利用這兩種齒槽相對位置變化引起磁路磁阻的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。這種步進電動機步矩角可做到1°

85、～15°，甚至更小，精度容易保證，起動和運行頻率較高，但功耗較大，效率較低。</p><p>　?。ǘ?永磁式步進電動機（permanent magnet 簡稱PM）</p><p>　　永磁式步進電動機的轉(zhuǎn)子是用永磁材料制成的，轉(zhuǎn)子本身就是一個磁源，它的輸出轉(zhuǎn)矩大，動態(tài)性能好，轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同，所以步距角一般較大。需供給正負脈沖信號。永磁式步進電動機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩

86、和體積較小，步進角一般為7.5度或15度。</p><p>　　永磁感應子式步進電動機又稱混合式步進電動機。是永磁式步進電動機和反應式步進電動機兩者的結(jié)合，并兼有兩者的優(yōu)點。</p><p>　?。ㄈ?混合式步進電動機（hybrid 簡稱HB）</p><p>　　混合式步進電動機綜合了反應式和永磁式兩者的優(yōu)點，它的輸出轉(zhuǎn)矩大，動態(tài)性能好，步距角小，但結(jié)構(gòu)復雜，成

87、本較高。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為0.72度。這種步進電動機的應用最為廣泛。</p><p>　　四、步進電動機的驅(qū)動系統(tǒng)</p><p>　　步進電動機使用脈沖電源工作。三極管T是按照控制脈沖的規(guī)律“開”和“關(guān)”。使直流電源以脈沖方式向繞組L供電。這一過程我們稱它為步進電動機的驅(qū)動。</p><p>　　步進電動機的驅(qū)動方式有多

88、種，如單電壓驅(qū)動，雙電壓驅(qū)動，斬波驅(qū)動等，因本設計選用步進電動機的功率不是很高，所以控制系統(tǒng)為單電壓驅(qū)動步進電動機。</p><p>　　3.3.3系統(tǒng)中步進電機的工作方式</p><p>　　在該舞臺特效控制系統(tǒng)中，角度的控制主要由四個三級步進電機連動來實現(xiàn)，在每次舞臺進行移動前，舞臺要進行調(diào)零，此工作由電阻來實現(xiàn)。</p><p>　　系統(tǒng)中角度控制過程為，先由

89、步進電機發(fā)送脈沖，該脈沖數(shù)對應一定的角度，角度與齒輪的圈數(shù)相對應， PLC將脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成電量之后，多圈電位器會同時監(jiān)測電量是否與規(guī)定的電量相同，如果不同，會對步進電機發(fā)送的脈沖通過PLC來進行調(diào)整。當反饋與原來發(fā)送的脈沖轉(zhuǎn)換成的電量無差別時，可進行舞臺角度的實際控制。</p><p>　　1、對于步進電機調(diào)零的介紹</p><p>　　1.0V 4.0V</p&g

90、t;<p>　　圖3-5 步進電機調(diào)零電阻</p><p>　　當步進電機執(zhí)行完一次角度控制，再要去執(zhí)行下一下角度運動之前要對，步進電機進行角度調(diào)零（如圖3-5），這個通過電阻實現(xiàn)。角度從0～180°對應著0～5V的電量，現(xiàn)在令電阻的中間值即為每次角度運動之前的初始時刻，這樣既便于調(diào)節(jié)又便于識別。電阻的前半部分為0～2.5V，后半部分對應2.5～5V。為了使調(diào)節(jié)范圍能夠線性處理，現(xiàn)在選擇的

91、電量范圍為1.25～3.75V，這樣可以保證角度與模擬電量之間為線性的關(guān)系。</p><p>　　計算時角度與電量成正比，對于各角度具體對應的電量為：</p><p>　　計算公式：（A-1）/（4-1）=（D-0°）/（180°-0°） </p><p>　　A為模擬量D為數(shù)字量</p><p>　　0

92、76;--------- 1.00V； </p><p>　　45°-------- 1.75V； </p><p>　　90°-------- 2.50V；</p><p>　　135°------- 3.50V；</p><p>　　180°----

93、--- 4.00V。</p><p>　　2、步進電機角度控制具體過程：</p><p>　?、挪竭M電機M2發(fā)送一定脈沖，脈沖轉(zhuǎn)換成角位移也即輪2的圈數(shù)；</p><p>　?、芇LC將脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換為模擬電量；</p><p>　?、嵌嗳﹄娢黄髯鳛榉答伃h(huán)節(jié)的元件，對電量進行檢測比較，比較發(fā)送出的脈沖轉(zhuǎn)換成的電量是否與要求的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成的電量想吻

94、合，如果電壓有差別，則控制步進電機進行相應的調(diào)整，使其按目標角度進行運動。</p><p>　?、容?轉(zhuǎn)動時，由于輪1與輪2相咬合帶動輪1進行轉(zhuǎn)動，輪2與輪1的圈數(shù)關(guān)系是6︰1，輪1與輪2的半徑關(guān)系為R1=6R2。</p><p>　?、蓤A的線速度計算公式為：</p><p>　　輪2：V2=s/t=2∏R2/t 輪1：V1=12∏R2/t</p>

95、<p>　　該公式用于輪子線速度的計算。在該設計中，輪1的最大線速度為:Vmax=500mm/s</p><p>　　第4章 系統(tǒng)的軟件設計</p><p>　　4.1 PLC通信協(xié)議及本文采用的編程環(huán)境</p><p>　　OPC[55] (OLE for Process Control)是一套以微軟OLE、組件對象模型COM、分布式組件對象模型DC

96、OM(Distributed COM)技術(shù)為基礎(chǔ)，基于Windows操作平臺，為工業(yè)應用程序提供高效的信息集成和交互功能的組件對象模型接口標準。</p><p>　　它的出現(xiàn)為基于Windows的應用程序和現(xiàn)場過程控制的應用建立了橋梁。在過去，為了存取現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)信息，每一個應用軟件開發(fā)商都需要編寫專用的接口函數(shù)。由于現(xiàn)場設備的種類繁多，且產(chǎn)品的不斷升級，往往給用戶和軟件開發(fā)商帶來了巨大的工作負擔。通常這樣也不

97、能滿足工作的實際需要，系統(tǒng)集成商和開發(fā)商急切需要一種具有高效性、可靠性、開放性、可互操作性的即插即用的設備驅(qū)動程序。在這種情況下，OPC標準應運而生。</p><p>　　OPC標準以微軟公司的OLE技術(shù)為基礎(chǔ)，它的制定是通過提供一套標準的OLE/COM接口完成的，在OPC技術(shù)中使用的是OLE 2技術(shù)，OLE標準允許多臺微機之間交換文檔、圖形等對象。通過這種機制，系統(tǒng)能夠以標準方式從數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)并將其傳遞給任何

98、客戶應用程序。這樣，只要開發(fā)一套遵循OPC規(guī)范的服務器與數(shù)據(jù)進行通信，其他任何客戶應用程序便能通過服務器訪問設備。</p><p><b>　　OPC應用領(lǐng)域</b></p><p>　　1、工控解決方案用戶 </p><p>　　2、樓控解決方案用戶 </p><p>　　3、工控解決方案廠商 </p>

99、<p>　　4、樓控解決方案廠商 </p><p>　　5、工控解決方案集成商 </p><p>　　6、樓控解決方案集成商</p><p>　　7、所有的自動化領(lǐng)域</p><p>　　OPC服務器的定制接口為c++程序服務，自動化接口為VB等可使用自動化對象的程序服務。定制接口是服務商必須提供的，而自動化接口則是可選的，不過OP

100、C基金會提供了一個叫做“自動化包裝器”的動態(tài)連接庫，用于在兩者間轉(zhuǎn)換。</p><p>　　OPC數(shù)據(jù)存取規(guī)范規(guī)定的基本對象有3類：服務器(Server)、組(Group)和數(shù)據(jù)項(Item)。服務器對象包含服務器的所有信息，也是組對象的容器，一個服務器對應于一個OPC Server，即一種設備的驅(qū)動程序。組對象除了包含它自身信息外，還負責管理數(shù)據(jù)項。每一個數(shù)據(jù)項代表到數(shù)據(jù)源的一個連接，但它沒有提供外部接口，客戶

101、端程序無法對數(shù)據(jù)項直接進行操作，應用程序必須依靠數(shù)據(jù)項的容器組對象來對它進行操作。</p><p>　　OPC客戶端程序就是一種COM客戶端程序，實現(xiàn)COM客戶端程序編程模型需要六個基本步驟。根據(jù)所在的程序設計環(huán)境或應用框架，有些步驟也許可以由編譯程序自動實現(xiàn)。在C++中，接口是通過指針引用的，而在Visual Basic中使用的是默認接口。</p><p>　　(1)初始化COM庫。在C

102、++中完成此功能的是調(diào)用COM庫API(應用程序編程接口)函數(shù)Colnitialize或ColnitialzeExo Visual Basic中可以自動進行初始化。</p><p>　　(2)獲得初始接口的指針。在C++中，可以通過調(diào)用CoCreateInstance(用于本地)或CoCreateInstanceEx(用于遠程)來獲得接口指針。在Visual Basic中，可以使用操作符New或CreateObj

103、ect來獲得接口引用。</p><p>　　(3)通過接口指針可以調(diào)用該接口的方法。</p><p>　　(4)如果要調(diào)用其它接口的方法，可以執(zhí)行QueryInterface。在C++中，通過接口指針調(diào)用Querylnterfaoe.而在Visual Basic 6.0中，可以通過執(zhí)行一個Set操作實現(xiàn)。</p><p>　　(5)在C++中，當不再使用接口指針時，

104、要調(diào)用Release將其釋放。在Visual Basic中，引用在其作用域外會自動釋放，也可以顯式地把它設置為“Nothing”。</p><p>　　(6)當用完COM時，你要調(diào)用CoUninitialize來取消COM初始化。Visual Basic可以自動實現(xiàn)這一步。</p><p>　　通過這六個基本步驟的比較，就比較清楚地知道采用Visual Basic開發(fā)環(huán)境是比較容易和方便的

105、。就開發(fā)語言本身而言，Visual Basic也比Visual C++語言容易掌握。就開發(fā)語言本身而言，Visual Basic也比Visual C++語言容易掌握。而且組態(tài)軟件一般就有類似的Visual Basic腳本語言，對于本來就使用組態(tài)軟件開發(fā)監(jiān)控軟件的用戶來說，也是比較容易掌握Visual Basic開發(fā)OPC客戶端程序。而且整個風缸、制動管自動監(jiān)控軟件都是應用Visual Basic開發(fā)，使用Visual Basic開發(fā)客戶

106、端更容易和整個軟件結(jié)合，把客戶端開發(fā)成整個軟件的一個功能模塊，更利于軟件的升級。所以在的項目中就采用自動化接口來訪問OPC服務器，也就是說使用Visual Basic開發(fā)客戶端程序。</p><p>　　4.2 PLC程序設計</p><p>　　圖4-1STEP 7 MicroWIN的軟件主界</p><p>　　基于STEP 7 MicroWIN的軟件主界面如圖

107、4-1所示，進行控制系統(tǒng)的PLC梯形圖程序設計。程序設計步驟如下：</p><p>　?。?）深入了解被控系統(tǒng)的全部控制功能，包括系統(tǒng)要求的工作方式，PLC與其它設備之間的關(guān)系，PLC通信聯(lián)網(wǎng)，緊急情況處理，電路的安全設計等；</p><p><b>　?。?）建立項目；</b></p><p>　?。?）確定系統(tǒng)輸入輸出點，中間變量；<

108、/p><p><b>　?。?）梯形圖設計。</b></p><p>　　舞臺控制系統(tǒng)中，PLC模塊的功能主要是采集、存儲、傳遞現(xiàn)場信號，供工控機實時查詢，以便操作員監(jiān)控現(xiàn)場設備，分析檢測數(shù)據(jù)；并按照上位機發(fā)出的命令執(zhí)行相應的邏輯控制。從運行狀態(tài)看，系統(tǒng)PLC主要有手動模塊和自動運行模塊。手動運行時，操作人員控制操作臺上的按鈕控制相應的動作，自動運行時，按每一幕的邏輯順序

109、運行。主程序基本上都在上位機上完成，PLC中只有部分基本的功能操作。</p><p>　　4.2.1 PLC控制信號定義</p><p>　　整個系統(tǒng)由于4個高速計數(shù)器輸入口，所以用1個S7-200 226CPU。舞臺控制I/O點的配置如表4-1所示</p><p>　　表4-1舞臺控制I/O點的配置</p><p>　　4.2.2 PLC實

110、現(xiàn)舞臺控制的程序</p><p>　　Main //主程序</p><p>　　Network 1 </p><p>　　LD I0.0</p><p>　　MOVR 0.0, VD210 // 舞臺動作1，水平方向，標準角度：0、0、0、0度</p><p><