PLC运动控制器在舞台机械系统中的设计与研究.pdf

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1、PLC运动控制器在舞台机械系统中的设计与研究刘基顺。等PLC运动控制器在舞台机械系统中的设计与研究DesignandResearchonthePLC—basedMotionControllerinStageMachinerySystem纠瘿Il孬④广琴陆乐高侄伦(北京总装备部工程设计研究总院，北京100028)摘要：随着科学技术的发展，基于PLC运动控制器的研究已成为当前舞台机械运动控制领域的重要研究方向。结合剧院舞台机械表演设备的需求，给出了运动控制器硬件整体组成。具体介绍了运动控制器的结构和总体设计方法，并研究了运动控制器的核心算法及其实现。实际应用表

2、明，该运动控制器取得了良好的效果。关键词：PLC运动控制器变频器现场总线实时以太网中图分类号：TP273文献标志码：AAbstract：Alongwiththedevelopmentofscienceandtechnology，theresearchonPLC-basedmotioncontrollerhasbecomesignificantdirectioninstagemachinerymotioncontrolarea．Combiningthedemandsfortheaterstagemachineryperformingequipment。the

3、overaJlcompositionofthehardwareofmotioncontrollerissiven．Thestructureandsystematicdesignmethodofthemotioncontrollerareintroduced，andthekernela190fithmandimplementationofthemotioncontrollerareresearched．Practicalapplicationindicatesthatthemotioncontrollerachievesgoodresults．Keyword

4、s：PLCMotioncontrollerInverterFieldbusRealtimeEthernet0引言机械舞台设备是现代剧场和文化体育设施的重要组成部分。21世纪末，上海大剧院的建成和国家大剧院的正式启动，带动了我国大、中型舞台的新建和改造工程，国内舞台设计由此进入了一个高潮阶段⋯。随着科学技术的发展，剧院舞台硬件设施的自动化、机械化、大型化、集成化程度越来越高，各种演出的需求也越来越复杂。目前，国内大型剧场舞台机械使用的变频器数量多达上百台，驱动的电机数量(包括定速设备)将近两百台。一般来讲，其运动控制系统采用PLC+现场总线从站+带有位控功能

5、的变频器实现。在现有的控制方式下，变频器受本身位控功能限制，选择控制方式较为单一；而且在控制要求程度高、关联程度复杂的多设备位置联动方面，不可能完全满足准确同步要求，这必然会影响演出效果。因此，有必要开发一种新型运动控制器，实现多设备实时控制要求。按核心控制部件分类，多轴运动控制器的控制方案主要有基于PLC的运动控制系统和“PC+运动控制卡”两种形式。其中，基于PLC的运动控制系统以修改稿收到日期：2012-ll—08。第一作者刘基顺(1973一)，男，2003年毕业于北京化工大学控制理论与控制工程专业，获硕士学位，高级工程师；主要从事工业自动化及电机拖动

6、技术的研究。《自动化仪表》第34卷第1期2013年1月PLC为基本运动控制单元，采用“上位机+服务器”或“具有服务器功能的PLC+轴控制器(PLC)+驱动单元”。“PC+运动控制卡”的方案大规模应用于舞台行业，主要以国外的控制系统为主。这些系统采用专用轴控制卡，如Waagnerbiro公司的AXIOII轴控制器系统和Parker公司的ACR9000系列轴控制器系统。由于受到实时网络和运动控制算法的限制，目前前一种控制方式在国内舞台机械行业中的应用并不多。1结构组成及方案设计1．1结构组成采用实时百兆以太网Powerlink作为PLC多轴控制系统的主干网(包

7、括B&R公司的PCC产品)。该系统应用分布式网络结构，每个运动轴的位置环位于对应的PLC运动控制器内。在每个控制周期，运动控制器通过编码器接收各个轴的位置反馈，计算每个轴的速度给定值并发送给各个变频控制器。在多轴运动控制中，某一运动设备作为主动轴，而其他设备作为从动轴。在每个控制周期，所有从动轴通过控制网络接收主动轴的实际位置值作为自己的位置给定值；也可不指定实际设备作为主运动设备，由运动控制器作为“虚拟主轴”产生位置给定值，从而实现电子齿轮等功能。运动控制网络结构如图1所示。83PLC运动控制器在舞台机械系统中的设计与研究刘基顺。等中央控制器运动控制罂1

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