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PLC數(shù)字吊桿控制系統(tǒng)
設 計 說 明
1、功能和特點介紹
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，將分布在不同地點的多個節(jié)點聯(lián)系在一起，并通過一臺控制主機作為中央控制器進行統(tǒng)一的監(jiān)控和管理，從而形成一個集中式的控制系統(tǒng)。整個系統(tǒng)全部采用模塊化結構，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。同時，使用圖形化用戶界面作為人機對話界面，具有操作簡單，運行可靠的特點。代表了舞臺機械最新的技術發(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，實現(xiàn)高可靠性通信；
l 在線路行程上的任何位置都可設置上限值和下限值；
l 在線路行程上的任何位置都可設置單一自由定位值；
l 控制任何一個線路的上行、下行、定位和停止；
l 控制任何一個線路的上限到位、下限到位和定位點到位的停止；
l 可以在一場演出中設置任意個（超過100）場景的線路定位設計；
l 可以在一個場景中同時動作10道吊桿；（具體數(shù)量依現(xiàn)場實際情況而定）
l 在每個場景設計中，可以分別設置每個線路的不同的定位位置；
l 可以對已經設計好的場景內容進行修改；
l 在演出中，可以按照任意的場景順序控制線路位置；
l 在線路的運行過程中，具有定位誤差的自動學習和自動校正功能，定位誤差小于1cm；
系統(tǒng)特點：
l 靈活的配置方式，可任意增加或減少吊桿路數(shù)；
l 完全模塊化結構，大大減少了現(xiàn)場布線的工作量；
l 高可靠的PLC控制技術，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，在任何惡劣的環(huán)境下都無需維護；
l 高度智能化的自學習功能，可有效的消除機械裝置帶來的定位誤差；
l 模塊化設置，系統(tǒng)最大可帶100路吊桿；
l 大容量的場景設置及集控設置，確保任意復雜的場景組合的需要；
l 操作方便，使用簡單，采用傳統(tǒng)控制臺和計算機相結合方式，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 多重可靠性設計，系統(tǒng)運行非常穩(wěn)定。杜絕演出過程中死機現(xiàn)象。
l 三重限位保護措施，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)構成：
PLC吊桿控制系統(tǒng)主要由四大部分構成：主控制臺（CSL）、智能控制單元PLC、人機界面單元（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，控制臺接受上位機發(fā)送來的控置信息，存儲在本地大容量的電子盤中，同時，將正在運行的吊桿的位置及狀態(tài)信息傳送給人機界面單元，在人機界面上顯示出來。
主控制臺和人機界面之間通過RS232（或網口）相連，與PLC通過高可靠的工業(yè)現(xiàn)場總線MODBUS進行通信。
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是整個控制系統(tǒng)的核心，它采用模塊化結構及多種智能化算法。PLC硬件采用西門子PLC（S7-200-224）及相應數(shù)據(jù)采集模塊。它通過高速計數(shù)單元采集光電編碼器傳送過來的計數(shù)脈沖，經過計算，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，控制相應的吊桿運行。
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1200脈沖/轉。該傳感
器最大優(yōu)點為：高精度、免維護、高可靠性。可在惡劣環(huán)境下，可靠的工作。是工業(yè)控制最常用的轉速采集傳感器。
2.5人機界面單元
PLC數(shù)字吊桿控制系統(tǒng)的人機界面單元包括：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
整個吊桿控制系統(tǒng)采用自動、手動兩種控制互為備份。使用手動控制臺操作時，需要首先打開自動臺電源（為傳感器單元WTPC供電）。這樣，在使用手動臺操作時，吊桿的位置信息同樣可以顯示，并記錄下來。
PLC吊桿自動控制系統(tǒng)可通過控制臺按鍵、上位機（PC）及手動控制臺分別進行控制。三者互相獨立，互為備份。
注意：由于所有場景相關數(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上進行，或在PC上監(jiān)控程序正常運行的情況下進行。
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/手動選擇開關撥到自動位置
l 按下啟動按鈕，接通控制系統(tǒng)主電源
l 如果遇到電機失控等緊急情況，按下急停按鈕，切斷電機主電源
l 向右旋轉急停按鈕，釋放急停按鈕后，方可重新啟動系統(tǒng)主電源
l 開啟手動控制臺前，必須先打開自動控制臺電源（為傳感器單元WTPC供電）
3.2 上位機操作說明
圖3.1：桌面圖標
打開電腦，系統(tǒng)會自動運行stage程序，或點擊桌面上stage.exe圖標。如圖3.1所示。此時系統(tǒng)會出現(xiàn)如圖3.2所示的登錄界面。默認用戶名為ADMIN，初始密碼為123456。
圖3.2：登錄界面
點擊“進入”按鈕，將進入圖3.3所示的封面頁面。封頁上有四個按鈕，點擊后可進入相應的操作頁面。以下分別介紹。
圖3.3 封面頁面
點擊“主控頁面”按鈕，系統(tǒng)將進入主控制界面。這也是正常操作時所需要的一個主界面。如圖3.4所示。
圖3.4：主控界面
界面的左側為變頻器選擇按鈕區(qū)，可分別選擇1-10號變頻器進行工作（可根據(jù)實際需要配備相應數(shù)量的變頻器）。變頻器選擇按鈕的下方有一 圖標，該圖標用于實時顯示控制臺和RTU之間的通信狀態(tài)。界面中間為工作吊桿顯示區(qū)。可實時顯示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、定位位置及當前位置。
數(shù)據(jù)區(qū)域下方，左側為提示信息框，用于顯示系統(tǒng)當前的工作狀態(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“場景執(zhí)行”和“集控執(zhí)行”兩個按鈕此時處于不可操作狀態(tài)。“關閉”按鈕，可關閉當前頁面，返回到封面。如圖3.3。
屏幕右側為工作模式選擇及吊桿選擇區(qū)域。最上面得兩個按鈕 “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行操作，“演出模式”下，以場景為基本單位進行操作。以下分別加以說明：
“裝臺模式”下：用鼠標點擊需要運動的吊桿，則該吊桿的當前數(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。在主控頁面可同時顯示10路吊桿的信息。如果點擊的吊桿數(shù)超過10個，則最先點擊的吊桿將會被擠出窗口。
用鼠標點擊需要運動的吊桿，則該吊桿被激活。點擊功能區(qū)域中的“上行”、“下行”、“定位”或“停止”按鈕。則被激活的吊桿將進行相應的動作。
圖3.5：演出模式
點擊“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行吊桿的操作。本系統(tǒng)采用三級文件目錄的格式進行演出數(shù)據(jù)的存儲。使吊桿操作非常簡單、方便。
如圖3.5所示，點擊場景區(qū)域最上方的“點選劇目”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。
點擊相應的場景按鈕，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
點擊“場景執(zhí)行”按鈕，該場景下所有吊桿將同時動作，自動運行到設定的位置后停止。場景執(zhí)行界面中，可以對場景下的吊桿單獨進行“上行”、“下行”、“定位”、“停止”等控制。點擊“關閉”按鈕，則系統(tǒng)將返回到封面。
圖3.7 設備管理界面
在封面上點擊“設備管理”按鈕，系統(tǒng)將進入如圖3.7所示界面。點擊相應按鈕，可進入不同的設置界面。以下分別加以說明。
圖3.8：吊桿管理界面
點擊“吊桿管理”按鈕，系統(tǒng)將進入吊桿管理界面，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、當前位置（校正位置）、吊桿屬性等參數(shù)進行設置或修改。
在界面左側為吊桿參數(shù)數(shù)據(jù)表，右側為參數(shù)修改區(qū)域，屏幕下方則為設置功能鍵。
用鼠標點擊參數(shù)管理表中某一根吊桿，則相應參數(shù)將出現(xiàn)在屏幕右側參數(shù)修改區(qū)域中。如果需要修改某一項參數(shù)（如定位位置），則用鼠標點擊屏幕右側修改區(qū)域中相應的數(shù)據(jù)輸入框，如定位值輸入框，點擊輸入框邊上的“置空”按鈕，清空輸入框。點擊輸入框下方的0-9十個數(shù)字按鈕，輸入新的定位值。點擊“修改”按鈕，則新的定位數(shù)據(jù)將保存到屏幕左側的數(shù)據(jù)表中。點擊屏幕下方的“定位值設置”按鈕，則新的定位值將發(fā)送到相應的RTU中，進行數(shù)據(jù)同步。
“上限值設置”、“下限值設置”、“校正值（當前值）設置”的操作與定位值設置相同。
在10個數(shù)字鍵的下方，有兩個單選鈕，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)都設置為變頻吊桿。
圖3.9：劇目管理界面
點擊圖3.7上的“劇目管理”按鈕，則系統(tǒng)會進入劇目管理界面，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：一個劇目可以包含若干個場景，一個場景下又可以包含多個（不大于10個）“吊桿”。吊桿為文件系統(tǒng)的最基本單元。
用鼠標點擊圖3.9中左側目錄樹，點擊“增加劇目”按鈕，則在目錄樹中會出現(xiàn)一個新的劇目名稱，默認為“劇目1”，你可以在圖3.10右側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”，點擊保存后見圖3.11
圖3.10：增加劇目界面
圖3.11：修改劇目名稱界面
在目錄樹中點擊國慶慶典使之變成藍色后再點擊“增加場景”按鈕，則在春節(jié)晚會劇目下會出現(xiàn)一個新的二級子目錄，默認名稱為“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“場景描述”輸入框，你可以在其中增加適當?shù)膶τ诋斍熬庉嫷膱鼍暗淖⑨專苑奖阋院蟮牟殚啞Ｔ诰庉嬐陥鼍懊Q后，你必須點擊“保存”按鈕，來保存當前目錄樹。同樣，你可以在目錄樹中刪除一個廢棄的場景或刪除一個劇目。需要注意的是刪除一個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行的吊桿進行編輯，點擊“吊桿編輯”和“增加吊桿”按鈕后會出現(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)實際需要選擇相應的吊桿，并對每道吊桿進行場景位置設定及和變頻器的綁定設定（不帶變頻器的系統(tǒng)則沒有變頻器選擇這項）
如果需要對某個已經編輯好的場景進行修改時，在圖3.13中點擊將要修改的場景后點擊“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，此時在該窗口下，你可以向一個場景中增加吊桿、移除吊桿，編輯吊桿需要運行到達的目標位置，將吊桿和變頻器重新進行綁定等
如圖3.15吊桿編輯界面
點擊“增加吊桿”按鈕，會出現(xiàn)圖3.16所示窗口，在需要加入到當前場景的吊桿前打“√”，確認所有需要的吊桿都打上“√”以后，點擊“確認”按鈕，則所有需要的吊桿都將加入到當前場景數(shù)據(jù)中。鼠標點擊吊桿編輯窗口中需要移除的吊桿，點擊“移除吊桿”按鈕，則當前吊桿將從當前場景中刪除。
圖3.16增加線路窗口
圖3.17 編輯場景位置窗口
鼠標點擊吊桿編輯表格中需要設定的吊桿，激活該吊桿。點擊“場景位置”按鈕，則會出現(xiàn)如圖3.17所示界面。點擊場景位置輸入框，點擊“空”按鈕，清空場景位置。點擊0-9十個數(shù)字鍵，輸入吊桿需要運行到達的目標位置。點擊“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
在進行場景編輯時，一般需要給吊桿指定一個變頻器。在場景運行時，該吊桿將和指定的變頻器綁定后運行。在圖3.15上首先點擊吊桿編輯表中需要編輯的吊桿所在行，點擊“變頻器號”按鈕，將出現(xiàn)如圖3.18所示的變頻器選擇界面。點擊需要綁定的變頻器。該變頻器圖標變成灰色，此時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，點擊“編組管理”按鈕，系統(tǒng)將進入編組管理界面。所謂編組，就是指將幾根吊桿組合起來,當成一個基本單元同時動作和停止。
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)設置：
系統(tǒng)設置是用于配置整個控制系統(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)設置只有在系統(tǒng)中設備發(fā)生變化時，才需要重新配置。正常工作時，則不能對系統(tǒng)設置中的大部分內容（界面顏色除外）進行更改，否則，會造成系統(tǒng)無法正常工作。
圖3.20：系統(tǒng)設置界面
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