淺談舞臺機械控制系統的性能

劉兆華

摘 要：我國從上個世紀八十年代開始出現了以手動為主的舞臺機械，并且隨著我國科學技術的不斷發展，我國的舞臺設計迎來了全新的發展春天，而舞臺機械也逐漸朝著電子化的方向發展，將我國同西方先進國家之間的距離進一步縮短。本文將舞臺機械控制系統作為研究對象，通過從簡單論述舞臺機械控制系統的基本功能以及軟件核心功能作為出發點，以網絡性能和系統響應時間的角度，著重圍繞舞臺機械控制系統的性能進行簡要分析研究。

關鍵詞：舞臺；機械控制系統；性能

舞臺機械從上世紀80年代開始，就在我國得到了廣泛的應用，在近年來，舞臺機械開始從傳統的機械化朝著電子化方向發展，取得了更為顯著的發展效果。以下就針對舞臺機械控制的功能，性能等進行分析。

一、舞臺機械控制系統的功能

（一）具體基本功能

傳統規范的品字形舞臺機械設備通常可以被細分為臺上設備以及臺下設備，其中臺上設備主要為卷揚類，包括防火幕、假臺口、二道幕、單點吊機等等，甚至還有部分臺上設備配置了反聲罩。而臺下設備則主要為升降、推拉和旋轉，其中基本配置主要有升降臺、左右臺車、升降樂池等等，其中機械與流體傳動是舞臺機械的兩種傳動方式。

（二）軟件核心功能

舞臺機械控制系統通常可以被分成PLC以及上位機軟件功能，其中PLC軟件的核心功能主要為控制權限、設置數據、設備互鎖、設備旁路與禁用、暫停或恢復等場景運行介入以及顯示故障信息等。而在上位機當中的主要功能為設置設備名稱、設置和編場設備場景數據、顯示設備信息、記錄日志、下載劇目、打印系統信息等等。

二、舞臺機械控制系統的性能

在基于PLC的舞臺機械控制系統當中，一般使用具備位置控制功能的變頻器充當驅動控制器，負責控制調速設備，而變頻器與PLC之間主要利用包括線形、樹形、星形、環形燈眾多拓撲結構形式的Profibus DP實現通訊。

（一）網絡性能分析

網絡的交換速速以及控制程序的循環周期決定了舞臺機械控制系統的實效性，通常情況下舞臺控制系統的循環周期不應當大于網絡數據交換的一半，這樣能夠有效確保網絡循環速度是決定控制精度的唯一要素。其計算公式為：

TMC=（TSYN+TID1+TSDR+Header+I11TBit+O11TBit）Slaves

其中信息循環時間按位時間計用TMC表示，而在主站的空閑時間與典型的七十五個位時間相等，統一用TID1表示；在從站的站延遲時間與典型的十一個位時間相等，統一用TSDR表示；在清酒和響應幀中的電文頭與一百九十八個位時間相等，統一用Header表示；每個從站的輸入數據字節數用I表示，而每個從站的輸出數據字節數則用大寫字母O表示，Slaves表示從站個數。

值得注意的是，但波特率為1.5M時，一個位時間等于0.6667微秒，而波特率為6M時一個位時間為0.167微秒，而當波特率為12M時則一個位時間為0.083微秒，將其代入到計算公式當中，可以得知當從站數為39時，網絡配置的時間為TMC=（33+75+11+198+132+132）39=22659TBit，其中22659TBit（6MBaud）=TBit=0.166微秒=3.8ms.結合奈奎斯特理論我們可以得知，只有采樣頻率高于被采樣信號頻率兩倍時才能夠獲取可信區間，而采樣周期正是采樣頻率的倒數，當通訊速率為6Mbps時設備可控通訊循環周期為TTMC=3.82=7.6ms。

（二）系統響應時間

從控制臺發出命令到設備啟動運行需要經歷的時間就是舞臺機械控制系統的響應時間，基于PLC的舞臺控制系統主要使用循環掃描的方式，因此系統的響應時間應當是主循環時間，即TMax=TOB+TTMC+TBP其中系統設備最大響應時間用TMax表示，基于PLC舞臺控制系統的響應時間用TOB表示，系統傳輸所有設備可控響應時間用TTMC表示，包括制動反應時間在內的變頻器響應時間則用TBP表示。因此我們可以得知，當系統傳輸所有設備的相應時間，在從站數為39且傳輸速率為6Mbps之下，最大響應時間應為8ms。而在正常情況下，基于PLC舞臺控制系統掃描循環的時間為5到15ms，而變頻器的響應時間一般在500到1000ms之間，因此系統設備的最大響應時間將不會超過1.5s。

三、結語

總而言之，本文通過簡要分析研究舞臺機械控制系統的功能以及性能，了解到廣義的舞臺已經不再拘泥于傳統的正規劇場中的品字形舞臺，包括電視劇場、體育場館以及科技館等在內的眾多異性舞臺的相繼出現，也使得我國舞臺機械控制系統的應用正在朝著多元化的方向發展。基于PLC開發下的舞臺控制系統擁有強大的優勢與性能，能夠有效提升產品的檔次，進而推動我國舞臺控制系統朝著自動化、智能化、網絡化的方向實現長久穩定發展。

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