在现代剧（jù）场和各种文化体育设施（shī）中，舞台机械设备是一项重要的组成部分，舞台机械系统设计能够满足大型剧场（chǎng）的演艺和文化传播的（de）要求。我国近年（nián）来比较著名的包（bāo）括（kuò）上海大剧院和国家大剧院的正式启动均带动了舞台机械系统设计的发展，越来越（yuè）多（duō）的（de）专业人士开始关（guān）注对我国大、中型舞台的新建和改造，重视提高舞台机械系统设计的智能化水（shuǐ）准，以促（cù）进国内整体舞台设计水平的提升。

1 智能舞台机械系统的设计要求
    1.1 智能舞台系统设计是一项综合性强的工程，需要充分认识到其和舞台音响、建筑声学、空调工程、智能工程、电气工程等其它专业多方的联系，协同好彼此间的（de）影响，确保舞台机械系统（tǒng）设计（jì）和使（shǐ）用的安全性。
    1.2 确保采用符合施工质（zhì）量标准的舞台机械（xiè）系统设备（bèi）构件（jiàn）和相（xiàng）应（yīng）零件，使机械设备在温度的范围内（nèi）转动，尽量控（kòng）制设备噪声，降低其（qí）对环境（jìng）及人们观感的影响（xiǎng）。
    1.3 提高舞台机械系统的安全（quán）性（xìng），确（què）保其电器设备（bèi）有一套良好的控制系统，特别是故障控制系统，确保其在无人员操（cāo）作时处于静止（zhǐ）状态，设备运行必须经由操作人员启（qǐ）动（dòng）。且为了（le）避免设备超行（háng）程运（yùn）动时出现不（bú）必要的碰撞，应（yīng）针对（duì）设（shè）备设置超程限位开（kāi）关。
    1.4 进一步提高舞台机（jī）械系统所有框架和外罩的牢固性，并改善其隔热性能，提高电路承载力。确保舞台（tái）机械设备中的（de）断路器、接触器、继电器具（jù）有短路过载和（hé）热（rè）保护功能（néng）。舞台机械设备的操（cāo）作台要便于操作，并且要设置控制按钮、指示器（qì）和紧急（jí）停车按钮等。

2 智能旋转升降舞台机械系统结构及主要技术（shù）性能参数
    本舞台机（jī）械系统的主要装置为低速大（dà）扭矩电液驱动装置，传动装置各构件为丝杠、链条、齿条等，舞台设（shè）备通过（guò）计算机进（jìn）行（háng）实时（shí）控制（zhì），以促进不（bú）同功能版块的功能发挥。智能化的舞台机械系统能够实现各个版块和关节的单独运动，同时能够有效联动（dòng），形成不同高度的（de）台阶和大型立体道具等。可在较大的升降舞台上防止小转（zhuǎn）台，营造（zào）出更加强烈的（de）演出氛围。
舞台的主要性（xìng）能参数智能化的舞台机械设备（bèi）能够平稳运行，且可以（yǐ）自动记录控制系统参（cān）数（shù）及舞台升降等运行状况。此外，智能化的舞台机械系统还能够（gòu）帮助（zhù）实时（shí）切换演出节目，且能够更加智能（néng）的控制（zhì）升降台的运行（háng）轨迹，改善运行效果。摩（mó）擦传动或销齿传动（dòng）是设备的主要传动方式，同时（shí）利用计算机对交流变频调速装置进行控制（zhì），从而促进转台的正反可逆旋转以及无级调速的实现，由此可见，智能化的舞台机械系统更加便于操作，更加容（róng）易（yì）获（huò）得准确（què）的定位以及更能够提高运行的安全性和稳（wěn）定性。

3 PLC运动（dòng）控制器在舞台机械系统设（shè）计中的应用
    PLC是当前舞台机械控制系统的核心控制器件，能够有效提升（shēng）设（shè）备（bèi）精确度，促进多电机准确联动。PLC运动控制器运用在舞台机械系统设计中能够发挥一下优势：一是PLC本身电器运行性能可靠，能够（gòu）支撑其使用更加开放的软件和硬件平台；二是可合理组合设备，并通过模块（kuài）化结（jié）构更加标准的封装软件（jiàn）；三是能够将运动系统平（píng）台搭建在现有系统（tǒng）中，从（cóng）而显著增强软件的通（tōng）用性和可移（yí）植性；四是采用的（de）以太网络（luò）能够缩短系统响应（yīng）时间到0.1ms，充分发挥现有（yǒu）舞台（tái）技术优势，并实现对舞台控制系统位置的可针对性（xìng）编程。   
    3.1 结构组成   
    采用的主干网络为百兆以太网Powerlink，主要应用分布式网络结构，每个PLC运动（dòng）控制器内对应（yīng）相应的运动轴。每（měi）个控制周期内各个轴的位置接收器为编码器，将每个轴的速（sù）度给定值计算出来并发送给各个变（biàn）频控制器。   
    在每一个多轴运动控制中都有一个主（zhǔ）轴，其（qí）他设备则为从动轴（zhóu），主动轴将实际（jì）位置值通过控制（zhì）网络传送给所有（yǒu）的从动轴，从动轴（zhóu）将获得的位置作为给定值，主运动设备也（yě）可（kě）由运动控制器作为虚拟主轴（zhóu）来获得位置给定值（zhí），促进电子齿轮（lún）等功（gōng）能的发挥。   
    中央控（kòng）制（zhì）器主要用来接收上（shàng）位系统命令，向上位系（xì）统反馈设备的轴状态，并且通过以太网对运动轴之间的信息进行同步调控，确（què）保设备（bèi）之间的轴命令状态信息和状态信息以微秒为单位、设备之间轴命令信息（xī）和状态信（xìn）息（xī）以毫秒为单位进（jìn）行（háng）等时同步传递。中央控制器下达（dá）命令之后（hòu）由运动控制器接收，并对每个控制设（shè）备的轴状（zhuàng）态进行反馈。变频器的速度的给定（dìng）控制设备是模拟量控（kòng）制变频器，并对位置和速度信息进行采集，采集设备为（wéi）电机编码器。通过可移动单控（kòng）调试设备对设备轴的位置属性（xìng）进行设定，具体通过详细的对设备轴（zhóu）位置环最大速度、加速度、到位窗口（kǒu）PI参（cān）数等位（wèi）控信息的控制实现（xiàn），确保（bǎo）轴控效果最佳。   
    3.2 控制方案（àn）设计   
    PLC运动控制器能够代替传统的变频器（qì），是一个微处理单元，能够（gòu）实现（xiàn）专（zhuān）用位控，PLC运（yùn）动控制（zhì）器（qì）依赖于更加开放的以太网络，能够对不同运（yùn）动控制器下的控制设备的实时位置（zhì）信息进行搜集，从而实现多轴联动和控制。PLC运动控制器的开发工具统一（yī）使用C语言，定义接口时（shí）采取模块化功能最终实现标准化，增强了可移植（zhí）性。运动控制器的实际控制部位是执（zhí）行元件，从而产生与设备电器控制有（yǒu）关的全部信号。运动控制器通（tōng）过获得指定（dìng）的运行曲线指令来将不（bú）同的运行数据进（jìn）行（háng）计算，在此基础上比较指定值（zhí）与实际值，对参数的控（kòng）制主要通过专（zhuān）用算法实现。运动（dòng）控制器可专门化产生信号，根据不（bú），同的要求提高信号的针对性，根据机械要求可产生专门的二进制信（xìn）号（hào），从而帮助传动离散速度。还可产生用（yòng）于无位置控制要求的变速传动的（de）模拟（nǐ）速（sù）度信号，产生用于（yú）有位置要求的变速传动与位置、时间有（yǒu）关的指定速（sù）度信号（hào）等。运动控制器的工作效率（lǜ）高，数据和时间处（chù）理精确，相对的减缓了中（zhōng）央处理器和运动控制器之（zhī）间的数据交换速率，从（cóng）而帮助中央处（chù）理器（qì）和运动控制器间点对（duì）点（diǎn）通信（xìn）的（de）实现。   
    3.3. 关键技术研究   
    运动控制器实现运动环运行，伺服（fú）驱动器或变频器实现速度环和电流环运行，位置环（huán）闭环控制由（yóu）运动控制（zhì）器执行，位置（zhì）T速度曲线发生器和位置T速度曲线调节（jiē）器向变频器发送速度指令（lìng），指挥设备接收指令之后严格按照质量运行位置。   
    在将PLC运动控制器应用到舞台机械系（xì）统的设计中时关键的技术在（zài）于位置/速度曲线发（fā）生器的（de）控制模式的设定和运行（háng）。在控制位（wèi）置发生器时其主要模式有两种，S曲线模式（shì）和梯形曲（qǔ）线模（mó）式。位置控制闭环具有自身特点，即PI特点和变频器内置的速度闭环特性，因此即使梯形曲线在启动或停止，设备仍可被平稳控制（zhì）。S曲线模式和梯形曲线模式（shì）相比，S曲线模式控制算法较为复杂，由此可知梯形曲线模式能够更加（jiā）快速的对（duì）设（shè）备运动过程中具有的在线目（mù）标速度和目标位置的改变做出反应。因此当运行场合（hé）对位置响应速度要求较高时，位置/速度曲线发生器应采用梯形曲线模式。  
 
4 结语（yǔ）   
    舞台机械系统设计需要不断（duàn）增添智能化（huà）因素，以更好的满足大、中型剧院的要求，并为观众营造良好的剧院和舞台观感体验。其（qí）中PLC作为舞台机械系统的（de）核心控制（zhì）设备在舞台机械系统设计中的作用越来越明显，其能够控制设备精确度，解决多电机准确联问（wèn）题等。本（běn）文在研究（jiū）舞台机械系统设计时从智能化角度出发，对不同的舞（wǔ）台结构（gòu）进行分（fèn）析（xī），并（bìng）积极设（shè）计出运（yùn）行质量更高的运动控制器，以提高智能化的舞台机械（xiè）系统设计设备的应（yīng）用成效。