分布式舞臺機械計算機控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)

周晨

【摘要】隨著科學技術的不斷發(fā)展，舞臺機械控制系統(tǒng)需要以現(xiàn)代化控制技術的應用來提高其性能，在豐富現(xiàn)有功能的基礎上，以簡單易操作且運行安全可靠的特點來滿足實際應用需求，為提高舞臺藝術的表現(xiàn)力、滿足受眾需求奠定基礎。而從目前國內(nèi)舞臺機械控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀看，現(xiàn)有控制方式下相應系統(tǒng)的可靠性偏低，如何將分布式計算機控制系統(tǒng)進行完善應用，亟待解決。本文針對分布式舞臺機械計算機控制系統(tǒng)的設計與開發(fā)問題進行了研究，以供參考。

【關鍵詞】分布式；計算機控制系統(tǒng)；舞臺機械；研究；開發(fā)

前言

在全面推進社會主義精神文明建設步伐的過程中，文化建設的快速發(fā)展促使大眾對舞臺藝術的呈現(xiàn)效果提出了更高的要求。在此背景下，舞臺建設與改造工程隨之興起，而為了進一步提高舞臺控制水平，以趕超國外現(xiàn)有舞臺控制技術，則就需要以分布式計算機控制技術與舞臺機械控制相融合。只有不斷設計技術的自主研發(fā)，才能夠打破當前技術靠引進這一弱勢的束縛，以降低技術成本投入，在確保滿足舞臺機械控制之需的同時，為進一步促進我國舞臺技術的發(fā)展步伐奠定基礎。

1、舞臺機械分布式計算機控制系統(tǒng)所提出的基本要求

對于舞臺表演而言，舞臺作為藝術呈現(xiàn)的場所，相應機械設備的功能將直接影響到舞臺藝術的最終呈現(xiàn)效果，因此，要想進一步提升舞臺藝術的表現(xiàn)力與感染力，則就需要提高對舞臺的重視程度。而在相應機械控制系統(tǒng)上，其不僅關系到表現(xiàn)效果，同時也涉及到了設備與人員的安全性問題，所以在實際進行這一控制系統(tǒng)研發(fā)的過程中，要以實現(xiàn)系統(tǒng)安全可靠性設計為出發(fā)點，確保設備在這一控制系統(tǒng)下實現(xiàn)安全可靠運行，避免失誤動作的出現(xiàn)；同時，要求舞臺升降、選裝以及移動等功能的發(fā)揮能夠定位精準，且相應噪音較低，不影響到表演的質量。此外，還需要保證在控制操作上能夠靈活方便。

2、分布式舞臺機械計算機控制系統(tǒng)的設計

2.1設計原則

在實際進行舞臺可分布式控制系統(tǒng)設計的過程中，要求要確保系統(tǒng)的可靠性極高，能夠具備較強的抗電磁干擾能力，針對重點機械設備，采用雙機系統(tǒng)以確保在主機發(fā)生故障時，實現(xiàn)自動切離裝換到另一臺設備上；第二，要具備實時性，即要求能夠在限定的時間內(nèi)到達指定位置，能夠針對發(fā)出的指令信息進行及時快速相應與處理，同時具備自動警報功能；第三，要具備良好的操作性。要求這一控制系統(tǒng)能夠將控制信息進行直觀的展示，且操作、維護維修等工作的開展簡單方便，提高設備運行的質量與效益。

2.2抗干擾設計與軟件選擇

第一，在抗干擾設計上。需要以閉環(huán)控制系統(tǒng)的設計來規(guī)避外界干擾，確保能夠實現(xiàn)對電磁干擾的抵御，在實際設計的過程中，采用交流穩(wěn)壓電源，實現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)的搭建，且確保二者分開，以隔離變壓器的設置來向PLC控制系統(tǒng)供電，比例為1：1；同時，要實現(xiàn)變壓器的正確安裝；在接地系統(tǒng)的設計上，要將PLC控制設備等進行共同接地處理，或是以串聯(lián)以及分別接地的方式進行處理，在此過程中，要注重接地線與接地電阻的選擇；在輸出與輸入部分實現(xiàn)抗干擾設計，要以防止反電勢以及防漏電流等方式來落實；針對低信噪比的模擬量信號所產(chǎn)生的干擾問題，可采用數(shù)字濾波進行抗干擾處理。第二，軟件設計。工控組態(tài)軟件采用的是MCGS系統(tǒng)，能夠滿足分布式控制系統(tǒng)功能設計之需，且界面具備著良好的一致性，且使用方便、通用性極強。

2.3升降臺控制系統(tǒng)的設計

基于舞臺下，要求相應出演環(huán)境能夠確保表演者的安全，而升降臺的控制系統(tǒng)需要實現(xiàn)獨立設計，以確保在某個控制系統(tǒng)發(fā)生故障時，不影響到其它系統(tǒng)的運行，而在設計原理上是一樣的，以主升降臺為例，SIMATIC S7-3000/400PLC的各個模塊的配置，然后以STEP7軟件進行軟硬件組態(tài)控制系統(tǒng)的搭建，并以此來實現(xiàn)PLC控制程度的編制，同時實現(xiàn)對信號檢測部分的設計。

3、分布式舞臺機械計算機控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1組態(tài)軟件MCGS

其主要功能為：能夠借助Windows功能的充分利用，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的實時動態(tài)采集分析與處理，并以線程為單位進行分時并行處理；在數(shù)據(jù)處理上的功能較強，可實現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理并實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的實時提供。同時相應工具箱能夠實現(xiàn)對常用硬件設備的支撐，且具備良好的自主開發(fā)功能，并能夠是按系統(tǒng)數(shù)據(jù)報表的顯示與打印。

3.2通信的實現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

以組態(tài)模塊化思想進行通信模塊的設計，針對所涉及到的驅動軟件，將其設計成標準模塊程序，進而實現(xiàn)通信功能，在設置的過程中，需要添加設備驅動后來實現(xiàn)參數(shù)的設置，在此基礎上進行設備調(diào)試。在監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)上，需要確保監(jiān)控系統(tǒng)具備實時處理、分布式控制與管理以及可視化操作的基本功能，同時建立相應的安全機制，確保能夠實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的現(xiàn)場采集、處理，并能夠實現(xiàn)自動報警。

3.3升降臺控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

針對升降臺的設計，在實際搭建的過程中，首先需要針對相應剪叉結構的運動模型進行研究與計算，結合該模型的特征，基于PID控制器特點下，搭建出基于PID的Adaline網(wǎng)絡控制算法，通過仿真運行后，證明這一控制方法下相應的控制精準度較高，且收斂速度較快，能夠為確保升降臺實現(xiàn)精準的定位以及均勻的運動奠定基礎，進而提升了升降臺控制系統(tǒng)的安全可靠性。

總結

綜上，基于舞臺機械控制下，借助分布式計算機控制技術的融入，能夠為實現(xiàn)舞臺機械控制系統(tǒng)功能的進一步優(yōu)化奠定技術基礎。在實際應用這一技術進行該控制系統(tǒng)設計的過程中，要在明確設計原則的基礎上，針對抗干擾、軟件選擇以及升降臺進行設計，然后借助組態(tài)軟件MCGS來實現(xiàn)這一控制系統(tǒng)的搭建。通過仿真實驗表明該控制系統(tǒng)能夠為滿足設計要求、為確保系統(tǒng)實現(xiàn)安全可靠運行提供保障，進而能夠為進進一步推進我國舞臺控制技術的發(fā)展注入動力。

參考文獻

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