基于PLC的兩軸舞龍裝置

翁柏濤++鄭譽煌++鄧國++林舒靜++梁奕嵐++李俊輝

摘要：該文以可編程控制器（PLC）為控制系統(tǒng)，驅(qū)動兩臺步進電機，從而實現(xiàn)了舞動兩節(jié)龍的機械裝置。PLC的高速脈沖控制步進電機的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速，從而控制舞龍動作的多樣化，達到能舞龍的喜慶效果。

關(guān)鍵詞：步進電機；PLC；舞龍

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）04-0237-02

Design of PLC Control System of Dragon Dance

WENG Bai-tao1，ZHENG Yu-huang1，2，DENG guo1，LIN Shu-jing1，LIANG Yi-lan1，LI Jun-hui1

（1. Department of Physics and Information Engineering， Guangdong University of Education， Guangzhou 510303， China； 2. Guangdong Provincial Key Laboratory of Precision Equipment and Manufacturing Technology， Guangzhou 510641， China）

Abstract： In this paper， the programmable controller （PLC） drives two stepper motors， in order to achieve the dragon dance mechanical device. PLC uses high-speed pulse to control rotation and speed of the stepper motors and achieve the diversity of dragon dance action and effect.

Key words： Stepper motor； PLC； Dragon Dance

1 引言

在傳統(tǒng)中國文化中，舞龍文化源遠流長，其動作多樣化，表達出的喜慶效果，都令人矚目。但舞龍需要人員眾多，龍頭龍身又偏重，耗費人力偏大。為此本文提出了以PLC為控制核心，步進電機為驅(qū)動的舞龍裝置。根據(jù)不同的舞龍動作，PLC控制步進電機輸出不同的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，從而實現(xiàn)不同的舞龍動作。

2 舞龍裝置組成

舞龍裝置由以下幾部分組成：

（1）空氣開關(guān)：主要有斷電保護功能，確保用電安全。

（2）PLC：本設(shè)計采用的是步科EK205-DT 晶體管輸出型PLC。此PLC帶有3路高速輸出脈沖端口，非常適合步進電機或伺服電機控制領(lǐng)域。本裝置只用到其中的兩路。

（3）步進電機及其驅(qū)動器：步進電機驅(qū)動器接收來自PLC發(fā)送的脈沖信號和方向信號，從而驅(qū)動步進動機改變轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。本系統(tǒng)采用兩相四線1.2Nm步進電機。

（4）24V開關(guān)電源：本裝置的PLC和步進電機驅(qū)動器都需要的DC 24V電源驅(qū)動。值得注意的是，PLC的脈沖輸出端與步進電機驅(qū)動器之間需要加2K電阻限流，否則會損壞PLC輸出端。

（5）龍身：龍身采用雙節(jié)龍，每節(jié)龍分別用一臺步進電機驅(qū)動。每一節(jié)龍身的支撐體通過聯(lián)軸器與步進電機連接。本裝置的支撐體和聯(lián)軸器全部采用3D打印技術(shù)制作。

本裝置的電氣原理圖如圖1所示。機械安裝時，注意要考慮好龍身的長度，龍身舞動時有一定的伸展性，應(yīng)將步進電機進行合理的位置擺放。另外還要考慮每個軸的舞龍最大角度。

3 舞龍控制思路

（1）舞龍動作設(shè)計思路：通過步進電機來控制龍頭以及龍身進行不同方向的擺動，在擺動過程中，通過改變脈沖頻率來改變舞動速度，兩者相結(jié)合，從而形成有節(jié)奏感的，優(yōu)美的舞龍動作。

（2）步進電機驅(qū)動器接受來自PLC的脈沖信號和方向信號。方向信號類似于數(shù)字信號，當(dāng)信號為“0”時，步進電機正轉(zhuǎn)，信號為“1”時，步進電機反轉(zhuǎn)。在步進電機不超載的情況下，每接受一個脈沖信號，步進電機就會轉(zhuǎn)動一個步進角，通過控制脈沖信號的數(shù)量，就可以控制步進電機轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的幅度。而控制脈沖信號頻率的快慢，則可以控制步進電機轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的速度。因此在PLC程序設(shè)計中，應(yīng)考慮好PLC的最大輸出脈沖數(shù)和最大輸出頻率。對于步進電機的脈沖值應(yīng)該要注意，盡量減少程序不合理的設(shè)計而導(dǎo)致的噪聲、步進電機失步等問題。

（3）根據(jù)思路，在進行程序設(shè)計時，常開觸點輸出到Q0.2，常閉觸點輸出到Q0.3，發(fā)送到兩個步進電機驅(qū)動器的DIR+端口作為步進電機擺動的方向信號，實現(xiàn)兩個步進電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。之后在脈沖信號的上升沿階段，Q0.0，Q0.1的脈沖信號分別輸出到兩個步進電機驅(qū)動器的CP+端。脈沖信號剛開始輸出時，脈沖信號頻率逐漸加大，舞龍速度增快。當(dāng)達到限定的峰值時，頻率開始減少，舞龍速度變慢。從而形成有規(guī)律的舞龍動作。主程序如圖2所示。

4 小結(jié)

以PLC為控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用在各個行業(yè)，幾乎是涉及自動化控制的方面，都離不開PLC。本文提出的基于PLC設(shè)計而成的兩軸舞龍裝置，體型較小，適合于小型擺放展示的場合。今后將在此基礎(chǔ)上繼續(xù)研究，探索到三軸甚至六軸舞龍裝置，使得舞龍動作的更加多元化和復(fù)雜化，提高審美價值，使其適用于更大規(guī)模的場合。

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