基于PLC的舞台吊杆控制系统设计毕业论文.docx

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基于PLC的舞台吊杆控制系统设计毕业论文

毕业论文

题目：

基于PLC的舞台吊杆控制系统设计

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摘要：

本课题研究目标是开发一套基于组态软件技术和可编程控制器（PLC）控制技术的舞台吊杆控制系统，具体方案上位机组态软件选用昆仑通态的MCGS软件，下位机选用西门子公司的S7-200PLC，配合变频器，编码器等实现精确控制舞台吊杆的控制系统。

上位机起监控和管理作用，下位机根据上位机命令，或者本地操作实时控制监测舞台吊杆。

本设计的吊杆控制系统，取代了传统的舞台吊杆控制系统多采用继电器，接触器的控制方式。

采用PLC的控制系统，可以很方便的实时，精确对舞台吊杆进行控制，另外本设计的安全保护措施也大大降低了系统失控造成的人员，财产等的损失，极大的保护了使用方的利益。

关键词：

组态软件，MCGS，PLC，舞台吊杆

Abstract:

Thetargetofthisprojectistodevelopasetofconfigurationsoftwaretechnologyandbasedonprogrammablelogiccontroller（PLC）stagesuspendercontrolsystemcontroltechnology,theconcreteschemeofthePCconfigurationsoftwareselectionofKunlunon-stateMCGSsoftware,theselectionofSiemenscompanyS7-200PLC,withfrequencyconverter,toachieveprecisecontrolsystemstagesuspendercontrolencoderetc..PCplayamonitoringandmanagement,lowercomputeraccordingtothehostcommand,orthelocaloperationofreal-timecontrolandmonitoringstagesuspender.Thecontrolsystemofthisdesign,toreplacethetraditionalstagesuspendercontrolsystemusestherelay,contactorcontrolmode.ThePLCcontrolsystem,canbeveryconvenienttoreal-time,accurateinstagesuspendercontrol,inadditiontothedesignofthesafetyprotectionmeasuresarealsogreatlyreducedthesystemoutofcontrolduetothepersonnel,propertyloss,helpsprotecttheuseofparties.

Keywords:

Configurationsoftware,MCGS,PLC,stagesuspender

绪论

改革开放以来，中国社会主义市场经济的蓬勃发展，我国人民的生活状况也发生了翻天覆地的变化，在人们物质生活逐步富裕的同时，也开始追求精神文化事业的发展。

近年来，全国各地特别是经济发达地区掀起起了文化设施建设的热潮，很多的剧场急需现代化设备来装备，各类剧场成为文化设施建设中的主角，这正是我国经济迅速发展、人民生活水平逐步提高和文化事业空前繁荣的具体体现。

建造这些设施适应了频繁的文艺演出、各类形式的文化节、艺术活动和国际文化艺术交流不断增长的需要。

应该说，国家大剧院的建设促进和带动了剧场建设的发展，也大大推动了我国舞台机械及装备事业的前进步伐。

国家大剧院舞台机械工程的技术文件已成为剧场建设舞台机械设计的一个良好的例证，并为规范舞台机械行业的技术和商业活动起到较大的作用。

舞台设备发展到今天，是致力于这方面研究的众多科技工作者是分不开的，我们有必要先回顾我国舞台机械设备的发展进程。

解放之前，我国舞台机械的发展非常缓慢，设备极其简陋。

随着新中国的建立，在物质生活水平提高的同时，人们迫切需要提高科学文化水平，党和政府非常重视人民群众文化事业的发展，早在五十年代初就兴建了一批有代表性的典型剧场，配备了相当数量的舞台机械设备：

手动吊杆，假台口，电动垂直吊杆等，虽然控制手段还比较落后，但毕竟有了自己的舞台设备。

到了六、七十年代，我国建成了一大批相对规模较大的剧场，最典型的是北京的人民大会堂，另外还有广州的友谊剧院、长沙青年宫、杭州剧院等。

这些剧院都设置了较先进的平衡手动吊杆和假台口、甚至还有升降池。

但在舞台机械这方面，还没有什么突破，不可否认，在舞台的发展方面，我国与发达国家还有相当大的差距。

进入了八十年代以后由于我国经济条件好转，先后根据各自不同的演出功能要求，设计了各种不同类型的舞台机械：

用于歌舞表演的中国剧院、用于戏剧表演的中央戏剧学院排练场、用于话剧演出的中国少儿艺术剧院等，这些舞台机械适应了不同的演出要求，丰富了人民的业余文化生活。

进入九十年代处，我国舞台机械方面又有了长足进步，先后建成了深圳大剧院等一系列大型的较先进的现代化影剧院。

这些剧院的舞台机械已经较为齐全，如台上舞台机械有匀速吊杆、电动伸缩大幕、活动假台口，还有灯光渡桥、灯光吊笼、天幕灯架等。

台下舞台机械有机械伸降乐池、活动假台口，还有灯光渡桥、舞台伸降台、车台。

特别是后舞台还有移动式转台，该设备具有可以电动行走到主台并可以旋转的功能，技术含量较高，应用较方便。

这是，我国舞台机械化程度与世界先进水平之间的差距一逐渐缩小。

第一章课题相关背景介绍

1.1课题简介

随着社会主义精神文明建设的发展，人们对文化生活水平的要求也越来越高，为了配合这种步伐，全国各地都开始新建文化设施场所，出现了不少剧院、广场、展览中心等。

剧院作为人们日常参与文化活动的主要场所，随着大大小小的商业和文艺演出、文化节、文艺庆典都不断出现，提高技能设备来改善剧院的环境、提高舞台控制系统都是非常有必要的，一个城市剧院设备的现代化也是这个城市现代化的侧面反映，也是我国科学技术水平不断提高的具体体现。

作为剧院非常重要的一部分——舞台，按照专业分类可以分为三大系统：

舞台机械及控制系统、灯光及控制系统和音响及控制系统。

舞台机械设备为舞台演出提供运动、动作和位置变化的服务。

与传统机械产品一样，舞台机械同样是以电气、机械、液压和自动控制技术为基础。

当有良好的、精确的舞台机械控制与音响、灯光、演员、舞蹈及场景相配合，不仅能为整场表演添光增彩，还可以使人们得到完美的视听感受，陶冶人们的情操。

本课题主要完成舞台吊杆控制系统的设计，分三层进行设计，上层是PC，中层是HMI控制，下层是选用西门子S7-200系列CPU226。

由一个交流电机控制一道吊杆，下位机与上位机连接，通过485通信可以实现多杆联动。

PLC由于抗干扰能力强、可靠性高、编程简单方便等特点作为舞台吊杆的控制核心，若要调动舞台吊杆，只需要由上位机发送指令，下位机顺序执行就可以轻易地实现，这样做降低了工作难度，提高了工作效率。

1.2课题的现状

一场文艺演出和戏剧表演最重要的物质基础是剧院的舞台设备，少了它，正场演出都无法达到预期的效果。

随着经济、科学技术和文化产业的不断发展，舞台形式也在不断变化发展中，从空间上可以分为开敞式舞台、近端式舞台和伸出式舞台三大类。

舞台又布置台上机械和台下机械，为舞台演出提供更多的技术支持。

吊杆就是一种装在舞台上空的机械，它的作用是提升舞台上的布景构件，挂设幕布，悬挂舞台灯光设备等器具。

目前，国内外常见的舞台吊杆有三大类，分别是：

手动吊杆、电动吊杆和液压吊杆。

手动吊杆是通过人力来驱动吊杆的，由于人力资源有限，所以手动吊杆的大部分载荷要通过施加平衡重来平衡掉。

电动吊杆则是通过电动机驱动的吊杆，它还可以分为卷扬式电动吊杆和曳引式吊杆。

液压吊杆是通过液压能来驱动吊杆的，它也分为两种，一种是液压缸驱动吊杆，还有一种是液压马达驱动吊杆。

现代化的剧院是广大人民群众接收文化熏陶的一个重要通道，剧院的舞台机械设备也随之增多，也带来了更多的技术功能要求，各式各样的问题也不断出现，如舞台吊杆的数量不断增加，随之带来的是继电器、接触器数量庞大，复杂的接线问题和难控制等问题。

由于PLC具有编程简单方便、抗干扰能力强、可靠性高的特点，被广泛地应用在工业控制中。

将PLC应用到舞台吊杆控制系统中，对吊杆的控制管理都非常有帮助。

1.3国外研究现状

在西方文明史中，最早的戏剧在古希腊的雅典诞生，然后流传到古罗马，这些戏剧是依靠白天的自然光源在露天剧场演出，包括三个部分：

乐池、景屋和观众席，乐池就是表演、舞蹈、歌唱的地方；景屋就是最早的换衣间和道具储藏室；观众席一般环绕在乐池的周围，依山而建，摆放着整齐的长椅方便观众观看演出。

文艺复兴时期，文学艺术空前繁荣，戏剧内容更加丰富多彩，也推动着戏剧舞台的发展。

17世纪的欧洲打破了以往传统的露天剧场局限，剧院里开始出现镜框台口、箱型舞台和多层包厢的观众厅，这对日后舞台形式的发展起到了潜移默化的作用。

18世纪，欧洲各大主要城市纷纷效仿建造意大利式的剧场，深受社会各界的好评。

最具代表性的要属有歌剧麦加之称的米兰歌剧院了，拥有马蹄形的观众厅和六层环绕的包厢，观众厅设计为对声场非常有利的“黄金律”，许多著名的歌剧都在此演出。

19世纪后半叶，欧洲兴建了一批非常豪华的歌剧院，延续了古典剧场的传统模式也增加了舞台机械设备，如安装了起吊布景机械的巴黎歌剧院和水压式的机械升降台的布达佩斯国立歌剧院。

50年代，为了达到更好的视听效果，舞台中安装了电力驱动的转台。

第二次科技革命进一步推动了生产技术的发展，舞台机械技术、照明技术等科学成就被广泛地应用到乐池、镜框台口、箱型舞台中，舞台文化艺术产业空前发展。

美国的剧院舞台也效仿英国的舞台技术，到了20世纪和21世纪才开始发展自己的舞台技术，并形成了一套自己特有的风格。

总之，国外的舞台机械设备发展还是比较早的，经过几百年的发展演变，更多的科学技术成果被应用到舞台控制系统中，通过各种升降、推拉、转功能的转换使舞台艺术表演更加完美，对现代舞台机械的发展影响深远。

1.4国内研究现状

我国的戏剧发展可以追溯到汉代，宋元南戏、元杂剧、明清传奇、京剧都是不同时代的代表。

这些传统戏曲演出主要讲究的是唱、念、打、做的配合，大都采用敞开式舞台，如果需要场景更换之类的都是靠人为的拉动、推送完成，与同一时期的西方国家相比，我们的舞台设施建设远远落后于他们。

直到20世纪初，我国才学习西方舞台形式，建设了镜框式箱型舞台，北京、上海、广州等大城市的剧院开始启用一些简单的电动设备，还出现了人力小转台、手动吊杆等，这些都促进了我国舞台机械的发展。

但是电动设备还是有其自身局限性的，比如它不能调速，也不能进行定位控制，难免使戏剧演出时受设备的影响而达不到完美效果。

20世纪50年代，我国的传统戏剧开始走向世界，在国际性舞台上绽放光彩。

同时，西方的歌剧、戏剧等剧种也在国内舞台上表演，对我国的舞台设备有了更多的要求，我们必须与国际接轨，促进剧场建设和舞台设备的建设。

因此，许多文化设施场所开始安装舞台机械设备，以北京首都剧场为例，它在剧场建设了假台口、转台和电动吊杆等机械设备。

20世纪70年代末期，国内各地的剧院也如法炮制，设置了台上设备和台下设备，采用液压技术的驱动系统还有计