在（zài）現代劇場和各種（zhǒng）文化體育設施中，舞台機械設備（bèi）是一項重要的組成部分，舞台機械係統設計能夠滿足大型劇場的演藝和文（wén）化傳播的要求。我（wǒ）國近（jìn）年來比較著名的包括（kuò）上海大劇院和國家大劇院的正式啟動（dòng）均帶動了舞台機械係統設計的發展，越來越多的專（zhuān）業（yè）人（rén）士開始關注對我國大、中型舞台的新建和改造，重（chóng）視提高舞台機械係統設計的智（zhì）能化水準，以促進國內（nèi）整體舞台設計水平的提升。

1 智能（néng）舞台機械係統的設（shè）計要（yào）求（qiú）
    1.1 智能舞台係統設計是（shì）一（yī）項綜合性強的工程，需要充分認識到其和舞台音響、建築聲學、空（kōng）調（diào）工程（chéng）、智能工程（chéng）、電氣工（gōng）程等其它專業多方的聯（lián）係，協同好（hǎo）彼此（cǐ）間的（de）影響，確保舞台機械（xiè）係統設計和使（shǐ）用的安全性。
    1.2 確（què）保采用符合施工質量標準的舞台機械（xiè）係統（tǒng）設備構件和相應零（líng）件，使機械設備在（zài）溫度的範圍內轉動，盡量控製設備噪聲，降低其對環境及人們觀感的影響。
    1.3 提高舞台機械係統的安全性，確保其電器設備有一套良好（hǎo）的控製係統，特別是故障控製係統（tǒng），確保其（qí）在無人員操作時處於靜止狀態，設備運行（háng）必須經由操作（zuò）人員啟動。且為（wéi）了避免設備超行程運動時（shí）出（chū）現不必要的碰撞，應（yīng）針對設（shè）備設置超程限位開關。
    1.4 進一步提高舞台機（jī）械係統所有框架和外罩的牢固性，並改善其隔熱性（xìng）能，提高電路承載力。確保舞台機械設備中的斷路器、接觸器、繼電器具有短路過載和（hé）熱保護功（gōng）能。舞台機（jī）械設（shè）備的操（cāo）作台（tái）要便於操（cāo）作，並（bìng）且要設置控製按（àn）鈕、指示器和緊（jǐn）急停車按鈕（niǔ）等。

2 智能旋轉升降舞台機械係（xì）統結構及（jí）主要（yào）技（jì）術性能參數
    本舞台機械係統（tǒng）的主要（yào）裝置為低速大（dà）扭（niǔ）矩電液驅動裝置，傳動裝置各（gè）構件為絲杠、鏈條、齒條等，舞台設備通過計（jì）算機進行實時控製（zhì），以促進不同功能版塊（kuài）的功能發揮。智能化的舞台機械係統能夠實現各個版塊和關節的單獨運動，同時能夠有效（xiào）聯動，形成不同（tóng）高度的台階（jiē）和大型立體（tǐ）道具等。可在（zài）較大的升降舞台上防止小轉台，營造出更加強烈的演出氛圍。
舞台的主要性能參數智能化的舞台機（jī）械設（shè）備能夠平（píng）穩運行，且可以自動記錄控製係統參數及（jí）舞台升降等（děng）運行狀況（kuàng）。此外，智能化（huà）的（de）舞台機械係統還能夠幫助（zhù）實時切換演出（chū）節（jiē）目，且能夠更加智能的控製升降台的運行軌跡，改善運行效果。摩擦（cā）傳動或銷齒傳動是設備的主要傳動方式，同時利用計算機（jī）對交流變頻（pín）調速裝置進行控製，從而（ér）促進轉（zhuǎn）台的正反可逆旋轉以及無級調速的（de）實現，由此可見，智能化的舞台（tái）機械係統更加便（biàn）於操作，更加容易獲（huò）得準確的定位以及更（gèng）能（néng）夠提高運行的安全性和穩（wěn）定性。

3 PLC運動控製（zhì）器在舞台機（jī）械係（xì）統設計中的應用
    PLC是當前舞台機（jī）械控製係統的核心控製器（qì）件，能夠有效提升設備精確度，促進多電機準確聯動。PLC運動控製器運用（yòng）在舞台機械係統設（shè）計中能夠（gòu）發揮（huī）一下優（yōu）勢：一是PLC本身電器（qì）運（yùn）行性能可靠，能夠支撐（chēng）其使用更加開放的軟件和硬件平台；二（èr）是可合理組合設備，並通（tōng）過模塊化結構更加標準的（de）封裝軟件；三是能夠（gòu）將運動係統平台搭建在現有係統（tǒng）中，從（cóng）而顯著增強（qiáng）軟件的（de）通用性和可移植（zhí）性；四是采用的以太網絡（luò）能夠縮短係統響應時間到0.1ms，充分發揮現有舞台技術優勢，並實現對舞台控（kòng）製係統位置的可針對性編程。   
    3.1 結構組成   
    采用的主（zhǔ）幹網絡為百兆以太網Powerlink，主要應用分布式網絡結構，每個PLC運動控製器內對應相應的運動軸。每個控製（zhì）周期內各個（gè）軸（zhóu）的位置接收器為編碼器，將每個（gè）軸的速度給定值計算（suàn）出來並發送給各個變頻控製器。   
    在每一個多（duō）軸運動控製中都有一（yī）個（gè）主軸，其他設備則為從動軸，主動（dòng）軸將（jiāng）實際位（wèi）置值通過控製網絡傳送給所有的從動軸，從動軸（zhóu）將獲得的（de）位置（zhì）作為給定值，主運動設備也可由運動（dòng）控製器作為虛擬主軸來獲得位置給定（dìng）值，促進電子齒輪等功能的發揮。   
    中央控製器（qì）主要用來（lái）接收上（shàng）位係統命令（lìng），向上位係統反饋設備的軸（zhóu）狀態，並且通（tōng）過以太網對運動軸之間（jiān）的信息進行同步調控，確（què）保設備之間的軸命令狀態信息和狀態信息（xī）以微秒為單位、設備之間軸（zhóu）命令信（xìn）息和狀態信息以毫秒為單位進行等（děng）時同步（bù）傳遞。中央控（kòng）製器下達命令之後由運動控（kòng）製器接（jiē）收，並對每個控製設備的軸狀態進行反饋。變頻器的速度的給定（dìng）控製（zhì）設備是（shì）模擬量控製變頻（pín）器，並對位置和速（sù）度信息進行采集，采集設備為電機編碼器。通過可移動單控調試設備對設（shè）備軸的位置屬性進行設定，具體通過詳細的對設備軸位置環最（zuì）大速（sù）度、加速度、到位窗口PI參數等位控（kòng）信息的控製實現，確保軸（zhóu）控效果最佳。   
    3.2 控製方案設計   
    PLC運動控製器能夠代替傳統的變頻器，是一個（gè）微處理單元，能夠（gòu）實現專用位控，PLC運動控製器依賴於更加（jiā）開放的以太網絡，能夠對不同運動控製器下的控製設備的實時位置信息進行搜集，從而實現多軸聯動和控製。PLC運動控製器的開發工具統一使用（yòng）C語言，定義接口時采取模塊化（huà）功能最終實現標準化，增強了可移植性。運動控製器的實際（jì）控製部（bù）位是執（zhí）行元件（jiàn），從（cóng）而產生與設備電器控製有關的全部信號。運動（dòng）控製器通（tōng）過獲得指定的運行曲線指（zhǐ）令來（lái）將不同的運行數據（jù）進行計算，在此基礎上比較指定值與實際值，對參數的控（kòng）製主要通過專用算法實現。運動控製器可專門化產生信號，根據不，同的要求提高信號的針對性，根據機械要求可產（chǎn）生專門的二進製信號，從而幫助傳動離散速度。還可產生用於無位置控製要求的（de）變速傳動的（de）模擬速度信號，產（chǎn）生（shēng）用於有位置（zhì）要求（qiú）的變（biàn）速傳動與位置、時間有關（guān）的指定速度（dù）信號等（děng）。運動控製器的工作（zuò）效率高，數據和時間處理精確，相對的減緩了中央處理器和運動控製器之間（jiān）的數據交換速率，從而幫（bāng）助中央處理器和運動控製器間點對點通信的實現。   
    3.3. 關（guān）鍵技（jì）術研究   
    運動控製（zhì）器實現運動環運行，伺服驅動（dòng）器（qì）或變頻（pín）器實現速度環和電流環運行，位置環（huán）閉環控製由運動控製（zhì）器執行，位置（zhì）T速度曲線發（fā）生器和位置T速度曲線調節器向變頻器（qì）發送速度指令（lìng），指揮設備接收指（zhǐ）令之後嚴格按照質量運（yùn）行（háng）位置。   
    在（zài）將PLC運動（dòng）控製器應用到舞（wǔ）台機械係統的設計中時（shí）關鍵（jiàn）的技術在於位置/速（sù）度曲線發生（shēng）器的控製模（mó）式的設定和運行。在控（kòng）製位置（zhì）發生器時（shí）其主要（yào）模式有兩（liǎng）種，S曲線模式和梯形（xíng）曲線模式。位置（zhì）控製閉環具（jù）有自（zì）身特點，即PI特點和變頻器內置的（de）速度閉環特性，因此即使梯形曲線在啟動或停止，設（shè）備仍可被平穩控製。S曲線模式和梯形（xíng）曲線模式相比，S曲線模式控製算法較為複雜，由此可知梯形曲線模式能夠更加快速的對設備運動過程中具有（yǒu）的在線目標速度和目標位置的改變做出（chū）反應。因此當運行場合對位置響應速度要求較高時，位置/速度曲線發生（shēng）器（qì）應采用梯形曲線模（mó）式。  
 
4 結語   
    舞台機械係統設（shè）計需要不（bú）斷增添智能（néng）化因素，以更好的滿足大、中（zhōng）型（xíng）劇院的要求，並為觀眾營造良好的劇院和舞台觀感體驗（yàn）。其中PLC作為舞台機械係統的核心控製設備（bèi）在舞台機械係統設（shè）計中的作用越來越明顯，其能夠控製設備精確度，解決多電（diàn）機準（zhǔn）確聯問題等。本文在研究舞台機械（xiè）係統設計時從智（zhì）能化角度出發（fā），對（duì）不同的（de）舞台結構進行分析，並積極設計出運行質量更高（gāo）的運動控製器，以提高智能化的舞台機（jī）械（xiè）係統設計設備的應用成效（xiào）。