日韩精品亚洲电影天堂,久久亚洲精品成人综合,无码人妻丰满熟妇**久久网站

舞臺機械領域應用的軸控制器主要是針對舞臺機械類設備專門研制的，側重于舞臺演出的運動控制器。目前，演藝行業用的機械控制系統主要有兩種：軸控制器和PLC（Programmable Logic Controller，可編程序控制器）。采用PLC控制的系統，一般采用主流自動化廠家研發的中大型PLC控制系統，如西門子、施耐德、AB、貝加萊等，基于PLC的方案多采用CPU作為主控加擴展模塊的方式來完成，一個系統中通常只采用1～2個主站來作為主控。采用軸控制器的系統，軸控制器主要來自于瓦格納、BBH、SBS等一些專業舞臺設備公司，一個軸控制器通常只控制1～4個設備，一個完整的系統中有幾十上百個軸控制器，并通過高速總線進行互聯。兩種控制系統最大的區別主要體現在系統架構方面，軸控制器一般采用分散控制的方式，而PLC則主要通過集中控制。因系統架構的差別，會帶來可維護性、易用性、精度、安全等方面的很大不同。

針對國內演藝市場需求及舞臺機械控制方面的特點，筆者所在技術團隊研發了舞臺機械類的軸控制器，如圖1所示，下面解析其軟硬件的設計，分析比較軸控制器和PLC控制系統在應用中的差異。

圖1 用于舞臺機械類的軸控制器

1 軸控制器的設計

1.1

軸控制器的基本功能

軸控制器作為舞臺機械設備專用運動控制器，需具備如下基本功能。

1.2

硬件設計

軸控制器的硬件設計也存在共性，如安全輸入點、安全輸出點配置、通信接口設置、變頻器交互接口、本地配置接口等。如圖2所示為軸控制器系統設計框圖，具有如下技術特點。

圖2 軸控制器硬件設計框圖

1.3

軟件設計

為了滿足安全標準的要求，在軟件設計中需要滿足如下軟件安全要求規范：

對于舞臺軸控制器而言，有些安全功能的實現必須依賴于軟件的實現，而無法通過外部硬件電路的搭建來實現，比如編組同步安全功能；還有一些驅動類安全功能也不容易通過簡單的硬件電路搭建來實現，比如運動軌跡監測、速度監測等，都需要進行安全回路的設計并配合軟件來完成。該類安全功能用PLC也是不容易實現的，但又是舞臺機械設備安全運行必備的。

以編組安全為例說明軟件設計方式。編組安全的常用方式是幾個設備同時驅動一個物體，一個設備發生故障要求組內其他設備進入快速停機模式。軟件實現過程如下：主控或者服務器下發單個設備的運行指令，設備生成對應的運動軌跡，在收到運行命令的情況下啟動設備運行，假如設備發生任何故障，比如變頻器故障、超載、松繩、亂繩、運行安全限位觸發等情況造成意外停機，軸控制器通過高速總線發送設備異常停機標志到主控，主控判定故障并快速發送命令給其他編組內設備使其快速停機。該種過程需要軟硬件進行配合，一般為了使系統具備快速響應能力，需要配置對外與主控的高速總線通信，比如實時以太網總線，使系統輪詢上百個軸控制器的時間在幾毫秒內完成。

對于此類安全功能，都可以納入到軟件設計中專業舞臺設備，并對該類功能進行詳細的黑盒測試和白盒測試，并通過第三方檢測機構的認證。而采用PLC方式則一般通過編程人員進行編寫，認證過程更為繁瑣且項目一致性較差。

2 應用中軸控制器與PLC的異同

PLC和軸控制器均可作為舞臺機械控制系統的核心，因此，需要明確實際應用中軸控制器和PLC的異同，以及容易混淆的方面。

2.1

穩定性和可維護性

軸控制器技術迭代性強，維護相對簡單，又因其功能及研制的特點一般由某個廠家進行長期維護。對于舞臺機械系統而言，究其根本還是有效控制電機的正反轉、按照多快的速度、在指定時間所到達的位置、設備安全開關的處理，基本上是一系列通用的流程。基于相似性和可重復性較高，可集成為多個外部輸入和輸出的控制器來進行控制，可以根據需求不斷迭代軸控制器的功能，進行軟件升級和硬件升級，將單個設備或者幾個設備的控制做到極致，從而使系統的穩定性更有保證。

采用PLC的控制系統，雖然可以進行一定程度的代碼重用，但每個項目調試的最終效果與調試人員的技術水平有關，代碼的穩定性相比軸控制器有所不如。因此，給用戶帶來的感覺就是，基于PLC的控制系統的舞臺機械系統經常需要不斷地完善一些功能，進而會帶來一定的風險。

由于軸控制器模塊化程度更好，對于系統的維護也更簡單一些，某個模塊損壞一般只需要更換對應的模塊即可，非專業人員也能進行替換操作。對于PLC控制系統，某個模塊的損壞通常需要專業人員進行診斷，先定位模塊故障點，再進行對應更換，對于人員技術水平要求較高。

2.2

安全性

目前的舞臺機械系統，均會涉及到安全方面的設計，越來越多的安全事故讓人不得不更加重視安全。相比于PLC控制系統，軸控制器更容易做到安全。安全主要體現在一些安全的設計思路上，比如一個舞臺提升設備，有很多輸入要求保障安全，有很多輸出要求穩定輸出，軸控制器能在設計之初就考慮這些內容，比如采用雙CPU甚至3CPU的冗余仲裁機制來保障處理器的可靠運行，用輸入回路多路采樣機制實現輸入的安全，用多路輸出耦合加對輸出結果進行采樣反饋的機制從硬件原理上滿足安全標準。

對于PLC控制系統，當然也可以采用一些安全機制，但不同于軸控制器的板級集成，PLC需要配合多個安全輸入和安全輸出模塊，并對安全輸入和輸出進行特殊編程來完成安全功能，實現較為復雜，甚至有些PLC控制系統的安全功能和主邏輯功能采用分離的方式，只能作為一種安全的補充，其設備安全功能的實現難度較高。

對于舞臺機械控制系統而言，采用安全型PLC實現的安全功能和采用軸控制器實現的安全功能會有區別，舞臺機械常見的與位置信息相關的安全功能，比如位置偏差、編組安

全等，采用安全PLC搭建的方式都不容易滿足，必須在變頻器側設計對應的安全功能，使用不靈活且功能受限。

2.3

定位精度和同步精度

（1）單軸定位精度

從單個設備定位精度而言，差異不大，兩種系統都能達到毫米級的定位精度。舞臺機械要求的定位精度也都在毫米級，優劣不明顯。但對于軸控制器而言，可以將設備的運行軌跡做得更多樣化一些，比如，加減速度的不同設定、運行加減速過程中斜坡的角度、加速類型是普通的梯形加減速還是S型加減速。當然，目前高端變頻器加高速PLC也能達到此類效果，只是有的過程會繁瑣一些。就單個設備實用角度而言，兩者差距不大。

（2）同步精度

目前，同步測試效果比較理想的情況，主要在于機械設備的一致性做得比較好。假如測試條件換成兩個不同類型的設備專業舞臺設備，比如對一個升降臺和一個吊桿進行同步，如若吊桿正在下降的過程中升降臺也同步下降，同步的效果就會因系統的不同而不同。在PLC控制系統中實現并不容易，而采用軸控制器的方式實現則相對簡單。不同類型的設備同步需要多種條件，功率差異大的設備，變頻器需要的勵磁時間差異很大，吊桿設備都運行了，升降臺還沒開始運行，假如要同步，需要兩個設備都具備零速懸停、高速總線、高速同步的能力，這在PLC控制系統中不是辦不到，只是比較困難，代價昂貴。在軸控制器系統中做起來相對簡單，更像是設計之初就考慮的必要問題，其出身自帶高速總線，多數在幾毫秒內同步傳輸上百個軸數據；另外，采用雙電機或多電機驅動也是一種解決之道。

2.4

PLC控制系統的適用性

目前，在國內PLC控制系統還是主流系統，以PLC作為主控系統，入門門檻較低，熟練的PLC人員能比較好地完成舞臺系統軟件的編寫，特別是對于標準劇場，PLC依然是一種比較理想的解決方案。常規劇場標準設備多數是卷揚系統和升降臺（塊）系統，且多數情況下是對單個設備的定位精度，對于同步精度有要求的設備，多數也為同種類型的設備，設備的同步要求也都在可達到的范圍之內。PLC系統一般均可滿足劇場的需求。流動演出對控制系統有一些特殊要求，包括靈活的系統結構形式，即插即用、自動識別的硬性需求，而普通的PLC控制系統難以滿足這些要求，不太適用。當然一些特殊的秀場，也采用了軸控制器，以獲得更靈活方便的控制效果。

3 結語

筆者針對軸控制器系統的基本設計，從硬件設計到軟件設計，以及軸控制器應用中的共性進行分析，并分析比較了PLC控制系統和軸控制器系統的優缺點。相比PLC控制系統，軸控制器系統更具優勢，特別是在安全性方面更為明顯。雖然目前的安全型PLC控制系統也可以完成不少的安全功能，但是對于一些核心的安全功能，比如驅動類安全、編組類安全、偏差類安全等功能，采用PLC的方式依然不容易實現，或者實現的成本極高，或者根本無法實現。

舞臺機械設備對于安全的要求會越來越高，采用軸控制器的方案能更好地滿足此類需要。但目前國內外關于軸控制方面的進展依然存在不小的差距，歐美等地區國家的軸控制器發展時間久，成熟度高，均有滿足SIL3的軸控制器產品，并在國內一些大型的劇場如《重慶大劇院》《江蘇大劇院》《無錫大劇院》等得到廣泛應用；反觀國內軸控制器，由于發展時間相對較短，多數國內企業承建的劇場依然以PLC控制系統為主。但近兩年，國內自主研發的軸控制器也越來越多地得到應用，特別是應用于流動演出行業，如《澳門回歸祖國20周年文藝晚會》《阿里20周年慶典》《2019天貓雙十一》《2020蘇寧618》《2020東方衛視跨年晚會》《2020浙江衛視跨年晚會》《五月天2019演唱會》《容祖兒出道20周年演唱會》等，均采用了自主研發的軸控制器的控制方案。

PLC方案在發展初期可以提供一種解決方案，會為軸控制器的研發爭取過渡時間。未來的舞臺機械行業，將會有越來越多的國內廠家能提供軸控制器的產品和方案，軸控制器將得到更好的研發應用。

選自《演藝科技》2020年第9期侯鵬強，唐 偉，向 飛《舞臺機械技術與設備系列談（四）——軸控制器》，轉載請標注：演藝科技傳媒。更多詳細內容請參閱《演藝科技》。

（本文僅用于行業交流學習，并不用于商業用途。文中觀點為作者獨立觀點。如不慎侵涉第三方權益，請與我們聯絡，我們將第一時間刪除處理。）