舞臺機械的同步控制研究

夏柳飛

（江西藝術中心，江西 南昌 330029）

隨著國民經濟的發展和社會科學的進步，國家加大力度進行了文化產業的投入，一些大中城市正在籌備劇院、體育館等一些演出場所的建設。江西藝術中心大劇院，是江西省目前規模最大、功能最全、設備最先進的劇院，具備推、拉、升、降、轉等多功能的先進舞臺。隨著投資規模的加大，江西藝術中心大劇院舞臺控制技術，也日趨高端和嫻熟。作為要實現的重要指標，必須要求舞臺控制系統中實現設備之間的同步控制。

位置控制和速度控制，是同步控制的兩個內容，它們分別應用在不同的場合，既能單獨使用，又能同時運用。要想實現同步控制，則具有多種多樣的方法。例如使用伺服控制系統，不僅動態特性良好，而且控制精度極高，但由于控制系統具有復雜性，同時設備具有特殊性，極大地限制了這種方法的應用。另外，還有一種方法是采用同步電機來完成控制操作。目前因為變頻量的廣泛使用，采用交流異步電動機，具有成本低、價格便宜、運行安全可靠且維護簡單便捷的特點，同時還能實現同步控制，這種控制方式已經被廣泛使用。

1 主從控制的工作原理

如何才能準確、高速地將主傳動的轉矩信號和速度信號，發送到從傳動變頻器，通過其對信號的計算，來實時地完成對主機的跟蹤和維護，這是主從控制的主要問題。

而實現這個問題的方式，將取決于產品的型號規格。同時在不同場合中，可以采用不同的方法，來完成與傳動控制精度相對應的要求。

主機和從機變頻器，分別采用速度控制模式和從機速度控制模式來完成運行工作，而從機變頻器上，還要安裝上一個同步卡選件。兩臺電機，都是利用增量型編碼器來完成信號的采集工作，然后將信號傳送到各自的變頻器，通過將編碼器信號從主機到從機同步卡的傳送，當成是參考點，來觀察從機的速度運行情況，其是隨主機的運行速度發生實時變化的，在主機與從機控制中，模式設定是不變的。

2 主從控制方式的實現方法

以SEW 電機MDX61B 為例，來研究硬件的連接。先安裝一塊DSR11B 同步卡到從機上，通過5 芯I/O數字量信號和9 芯編碼器信號，來連接主機和從機。

采用將從機同步卡上面的信號輸入端口和主機編碼器信號輸出端口連接的方式，同時還要將主機輸入端口信號和從機輸出端口相接。在設備的啟動過程中，通過主變頻器接收來源于外界的控制命令信號，同時帶動從變頻器的啟動，編碼器將主變頻器的速度轉化為信號。如果設備是同步運行，則從機必須大于主機的運行最高速度。其采用的是動態方式，來對二者之間的速度位置偏差進行調節，并將其設定在一個固定的范圍內。利用變頻器狀態菜單顯示，來觀察脈沖形式，確認主、從機之間的偏差。一旦偏差超過預設的范圍，則發出報警信號，隨后兩臺機器終止運行。

3 虛擬主軸的工作原理

所謂的虛擬主軸方式，實際上是沒有物理主軸，其是系統的無主軸運行方式?！爸鬏S”只是一個虛擬的形式，而組成系統中的任何一個同步控制器，都可以完成和執行這個概念。其是利用同步控制器的硬件結構，來完成外部命令的轉換。作為系統中的虛擬主軸——物理軸，都是一種從動軸，作為一種仿真器來模擬編碼器信號，因為是通用的主機信號，為保證系統的同步運行，提供服務和支撐。無論系統處在何種運行狀態下，必須實現每一個微分點上速度的同步運行。在整個運行方式的執行過程中，軸和軸之間不能出現偏差，具有時間的同步性。

所謂虛擬主軸的運行方式，是鑒于系統中存在多個運行的物理軸，它們不但要同步運行，還要保證精確度，不僅是保持系統運行狀態的穩定，同時還要求速度的每一個時間微分點都保持同步。在此方式的運行過程中，軸和軸之間沒有指令時間差，所以各個機械軸之間，在時間上具有很強的同步性，并且各軸之間的速比，可以隨意調整，只要是不超過規定的范圍。

4 虛擬主軸控制的實現方法

每個變頻器上，都必須配備一個運動控制卡，來完成硬件的連接。同時卡上還要連接的設備是：編碼器信號輸入接口，輸入和輸出數字量，各種安全保護和景吊桿的速度信號，安全開關及直接采集限位開關。所有的信號，通過運動控制卡的采集，利用高速實時通訊，傳送至上一級的PLC 系統。

通過將變頻器和運動卡的連接，利用虛擬主軸的控制方式，來準確控制每個設備的定位運行和同步運行。還有，利用變頻器運動控制卡內部程序的編輯，來完成一些復雜邏輯的使用，具有簡單和方便的特點。好比是部隊進行演兵訓練，有20 名戰士進行齊步走訓練，只要每個戰士都能聽從將領的號子進行動作，不必觀察前后左右，一樣可以將步伐走齊一樣。

5 結束語

伴隨著舞臺規模的擴大和控制技術的提高，需要采用什么樣的方式，來更好地完成同步控制，是要看一些實際和具體的情況。從研究結果表明，利用主從控制方式和虛擬主軸控制方式，是目前舞臺機械控制中，最普遍使用的方法。

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