摘 要：本文描述了丹佛斯FC300 變頻器在舞臺(tái)設(shè)備中的應(yīng)
用實(shí)例。
關(guān)鍵詞：FC302，同步定位卡，位置控制。
一、引言
近年來(lái)，隨著人們文化水平的提高，人們對(duì)演出活動(dòng)中舞臺(tái)效果的要求越來(lái)越高。在比較高檔的文化娛樂(lè)場(chǎng)所，為創(chuàng)造一種生動(dòng)活潑的立體演出效果，傳統(tǒng)的靜止舞臺(tái)逐漸被擯棄，而被可以旋轉(zhuǎn)升降的智能化舞臺(tái)取而代之。舞臺(tái)機(jī)械的主要任務(wù)是演出時(shí)的換景和載人，舞臺(tái)的現(xiàn)代化、智能化是必然的發(fā)展趨勢(shì)。人們從原有機(jī)械傳動(dòng)到對(duì)舞臺(tái)機(jī)械的起動(dòng)、制動(dòng)與運(yùn)行速度變化的要求，促使舞臺(tái)機(jī)械行業(yè)有了較大的發(fā)展。80年代以前，由于經(jīng)濟(jì)條件的限制，大多數(shù)舞臺(tái)機(jī)械是定速控制。極少數(shù)使用的是直流調(diào)速，其調(diào)速成本高，造成使用不能普及。隨著使用方便、耗資較少的交流變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展，使得調(diào)速設(shè)備的使用越來(lái)越多，越來(lái)越頻繁。目前舞臺(tái)機(jī)械中已廣泛使用交流調(diào)速方式控制的有轉(zhuǎn)臺(tái)、車(chē)臺(tái)、升降臺(tái)、吊桿、大幕等。通過(guò)變頻器與現(xiàn)場(chǎng)PLC共同控制，實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)的升降、移動(dòng)升降、旋轉(zhuǎn)、升降旋轉(zhuǎn)、伸縮、伸縮升降等運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到舞臺(tái)與舞美、演員、場(chǎng)景、燈光等協(xié)調(diào)變化功能，使精彩紛呈的演出更加豐富多彩、變幻無(wú)窮，實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)智能化的效果。在舞臺(tái)機(jī)械控制中，變頻器的應(yīng)用方式有以下幾種：
（1） 一臺(tái)變頻器拖動(dòng)一臺(tái)電機(jī)恒載運(yùn)轉(zhuǎn)；如升降臺(tái)、吊桿、大幕控制；
（2） 一臺(tái)變頻器同時(shí)成組拖動(dòng)2臺(tái)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行；如轉(zhuǎn)臺(tái)、車(chē)臺(tái)等；
（3）一臺(tái)變頻器以切換方式拖動(dòng)多臺(tái)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；如少數(shù)幾臺(tái)變頻器控制幾十臺(tái)吊桿調(diào)速運(yùn)行等；
（4）多臺(tái)變頻器各帶一臺(tái)電機(jī)同步運(yùn)行: 如升降臺(tái)、車(chē)臺(tái)的多電機(jī)多軸傳動(dòng)等。
本文以某劇院智能舞臺(tái)的設(shè)計(jì)安裝與調(diào)試為背景說(shuō)明丹佛斯FC300系列變頻器在舞臺(tái)的控制中的應(yīng)用。
二．智能舞臺(tái)控制系統(tǒng)構(gòu)成本智能舞臺(tái)控制系統(tǒng)主要有以下幾方面的動(dòng)作控制：?jiǎn)卧枧_(tái)臺(tái)面的升降運(yùn)動(dòng)；通道臺(tái)面的左右滑行控制；旋轉(zhuǎn)臺(tái)面的轉(zhuǎn)動(dòng)控制。所有活動(dòng)臺(tái)面均有現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)和自動(dòng)工作方式
選擇，其所有動(dòng)作均由PLC與變頻器通過(guò)CanOPEN總線聯(lián)接配合完成。通過(guò)上位機(jī)（監(jiān)控計(jì)算機(jī)）可實(shí)現(xiàn)整體舞臺(tái)活動(dòng)臺(tái)面的監(jiān)視和控制，圖1為本系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。其中左右滑行動(dòng)作及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)均屬普通啟?？刂?，由PLC根據(jù)編碼器反饋決定適當(dāng)?shù)膯⑼Ｎ恢?。但由于舞臺(tái)設(shè)備的慣量都比較大，所以每個(gè)電機(jī)都配備了機(jī)械制動(dòng)閘，由變頻器輸出抱閘控制信號(hào)。本系統(tǒng)重點(diǎn)在于三個(gè)臺(tái)面的升降控制以及幕
布，燈光設(shè)備的定位控制，由于需要定位準(zhǔn)確，響應(yīng)快速，故采用了同步卡控制。下文就以三個(gè)臺(tái)面控制為例闡述一下DANFOSS變頻器及同步卡在本系統(tǒng)的應(yīng)用情況。
三、臺(tái)面升降控制詳述
系統(tǒng)基本配置如下：
PLC型號(hào)：施耐德Premium TSX P57CP0244M
丹佛斯變頻器：FC302 30KW帶制動(dòng)功能，帶同步定位卡
制動(dòng)電阻：15歐姆/3KW
通訊協(xié)議：canopen
通訊速率：500K bps
編碼器：KOYO，分辨率為1024/P，脈沖系統(tǒng)分辨率約為2475p/mm
臺(tái)面控制要求：雙方向回零、定位運(yùn)行、任意位置中斷運(yùn)行、多臺(tái)隨意組合同步定位運(yùn)行、自動(dòng)抱閘控制，通過(guò)通訊總線實(shí)時(shí)回顯當(dāng)前臺(tái)面位置數(shù)據(jù)及變頻器運(yùn)行狀態(tài)，同步及定位運(yùn)行精度控制在3mm以?xún)?nèi)。
通過(guò)適當(dāng)?shù)某绦蜷_(kāi)發(fā)，應(yīng)用同步卡內(nèi)置的位置中斷功能，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了虛擬主軸的定位運(yùn)行，使多軸的同步運(yùn)行可以自由切換組合，并達(dá)到了1mm的定位精度，滿足客戶的需求。由于所有運(yùn)動(dòng)控制功能都在同步卡內(nèi)完成，上位可編程控制器只需要將操作者的動(dòng)作指令通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線傳送至變頻器即可，而無(wú)需對(duì)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算控制，大大簡(jiǎn)化了可編程控制器系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)難度，也降低了系統(tǒng)對(duì)可編程
控制器的性能要求。
四、技術(shù)插圖
系統(tǒng)在同步定位運(yùn)行時(shí)的速度同步示意圖：
五、應(yīng)用展望
隨著舞臺(tái)設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，舞臺(tái)機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制以PLC（可編程序控制器）和變頻器通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)組成的分布式控制系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)闹悄芑?，此?lèi)舞臺(tái)在一次投資建成后，由于其具有多種組合變化形式，可滿足各種演出節(jié)目的要求，故可免去許多原來(lái)須根據(jù)不同演出搭建不同舞臺(tái)的重復(fù)搭建演出舞臺(tái)的弊端，并且還增加了演出的場(chǎng)景變化，豐富了演出效果。并且丹佛斯特有的同步定位卡為舞
臺(tái)機(jī)械運(yùn)行提供實(shí)時(shí)的、高精度的、安全可靠的運(yùn)行保證，同時(shí)大大降低了系統(tǒng)對(duì)PLC的性能要求。因此，這種使用方式可以在舞臺(tái)機(jī)械控制系統(tǒng)中大力推廣。