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升降樂池自動控制系統的設計
發布時間:2017-03-24 15:11:56 點擊次數:2599

沙寶良,于 淇,羅永波

(1. 哈爾濱理工大學計算機與控制學院,黑龍江哈爾濱150080 ;2. 黑龍江人民廣播電臺,黑龍江哈爾濱150001 ;3. 哈爾濱市香坊區城市建設綜合開發公司,黑龍江哈爾濱150036)

摘 要:演播中心和劇院通常需要升降樂池來滿足樂隊的演奏要求。 采用了變頻器、可編程序控制器等器件,設計了樂池自動升降和自動調速系統. 系統具有操作方便、安全可靠的特點,完全滿足大型音樂會和演唱會對樂池自動升降的要求.

關鍵詞:樂池;變頻器;可編程序控制器

中圖分類號:TP271  文獻標識碼:A  文章編號:1672 - 0946(2003) 02 - 0164 - 03

Design on automatic control system of lifting orchestra

SHA Bao-liang1 ,YU Qi2,LUO Yong-bo3

 (1. School of Computer &Control ,Harbin University of Science and Technology ,Harbin 150080 ,China ;2. Heilongjiang People’s Broadcasting Station ,Harbin 150001 ,China ;3. Harbin Civil Building Development Company of Xiangfang District ,Harbin 150036 ,China)

Abstract : Studio center and theater usually need lifting orchestra for request of band playing.De2signed an automatic lifting and speed regulating system by adopting frequency converter and PLC. The system is easy to operate , safe and reliable ,meet the request of orchestra auto - lifting for large concert and vocal concert .

Key words : orchestra ;frequency converter ;PLC

  舞臺系統中經常會用到樂池裝置,當有合唱或者音樂會時樂隊常常在樂池上演奏,沒有演出時樂池可以落到舞臺的底部,因此對樂池的控制要求是隨時啟停,自由的調節升降速度,并在電器上采用安全保護. 本文采用計算機控制技術設計了一個樂池升降的自動控制系統,系統運行安全可靠、操作方便。

1 系統的硬件設計

升降樂池運行中的基本要求是: (1) 可以在6m范圍內任意高度啟動和停止; (2) 升降的速度可調; (3) 啟動和停止的時候要平穩,可以設定啟動的加速度和停止的減速度; (4) 在最頂層和最底層自動減速停止; (5) 在最頂層和最底層要求限位保護.

升降樂池是一個鐵制的平臺,依靠4 個絲杠的轉動來完成升降,而驅動絲杠轉動的是制動電機.為了實現對樂池的控制,樂池的機械機構從上到下依次安裝了6 個行程開關用來檢測樂池當前的狀態. 這些行程開關分別檢測光池的上極限位置、上平層位置、上減速位置、下減速位置、下平層位置、下極限位置,每一個行程開關有一個常開觸點和一個常閉觸點. 上極限和下極限是樂池機械裝置的極限運行位置,當樂池運行到這個位置時必須切斷主電源,否則會發生機械事故,或者永久地損傷絲杠等機械裝置,因此把這兩個行程開關的常閉觸點串入控制回路中. 當碰到行程開關時自動切斷主電源,保護設備,同時其常開觸點用來驅動上越層報警燈和下越層報警燈,指示當前的越層報警狀態.為了使用方便,設計了顯示A、B、C 三相電源的指示燈和顯示控制電源的指示燈,另外還有指示樂池當前狀態的上行指示燈和下行指示燈. 樂池機械裝置上的行程開關位置如圖1 所示.

圖片1.png 

為了實現對制動電機的調速,選擇了變頻調速[1 ]的方法. 這種方法實現簡單,便于控制,運行可靠,可以實現無級調速. 而且能夠自動調整電機的電樞電壓, 設計中選擇的是富士公司的變頻器5000G11S. 調節電機轉速可以在變頻器的31 和11端子上接入可變電位器,通過調整可變電位器的阻值來調節電機轉速. 由于使用的是制動電機,電機停止轉動時,負責制動的抱閘失去電力而抱住電機的轉動軸,使電機迅速制動. 本文對樂池平層停車采用的控制方式是當樂池到達上減速(或者下減速) 位置時,變頻器控制電機按一定的減速度減速,當樂池到達上平層(或下平層) 位置時,電機的轉速已經接近于零,此時讓抱閘繼電器斷電,電機在抱閘的制動作用下會立刻停止轉動,使樂池停靠在上平層(或下平層) 位置. 樂池啟動的過程是:按下上行(或下行) 按鈕,抱閘繼電器加電,使抱閘松開,控制變頻器按照預定的減速度開始平穩加速,到一定的速度后平穩地勻速運行;樂池停車的過程是:按下停止按鈕,變頻器按照預定的減速度使電機減速運行,當電機完全停止運行時,變頻器輸出的開關量使抱閘繼電器失電,抱閘抱住電機主軸,樂池完全停止.

為了實現上述的控制過程,可以采用工業控制機[2 ] 和可編程序控制器,圖2是樂池控制系統的電氣原理圖系統采用了可編程序控制器[3 ] 

圖片2.png 

作為控制單元,用它來處理按鈕的輸入、抱閘繼電器、上下減速、上下平層,以及各種指示燈的狀態. 其中PLC和IN0、IN1、IN2 檢測樂池的上行、下行、停止三按鈕,負責控制樂池的升降; IN4、IN5 檢測上減速開關、下減速開關,當機械撞鐵碰到這些開關時,PLC 控制樂池的平層減速: IN6、IN7 檢測上平層開關、下平層開關,用以控制樂池的平層停車;OUT2、OUT3 是送給變頻器的正反轉控制信號,控制樂池

的上行和下行方向。

2  系統的軟件設計

樂池控制系統的軟件是指PLC 的梯形圖. 控制程序完成對各個按鈕和行程開關的檢測,根據當前的輸入指令控制樂池的上行、下行、減速、停車,同時考慮各個電器的聯鎖關系,約束各個支作的先后次序,主要的梯形圖如圖3.

圖片3.png 

3  結語

本文設計了升降樂池的自動控制系統,使用了可編程序控制器、變頻器等先進的控制元件,結合了計算機軟件,實現了對樂池升降的平穩控制。經過現場調試和使用,控制效果理想,運行可靠,啟動停止平穩,平層準確,達到了預期的要求。

參考文獻:

[1 ]佟純厚,現代交流調速[M] . 北京:冶金工業出版社,1985.

[2 ]于海生. 微型計算機控制技術[M] . 清華大學出版社,2002.

[3 ]白忠凱. PLC 在舞臺機械控制中的應用[J ] . 國內外機電一體化技術,2002 (3) :26 - 28.


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