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丹佛斯FC302在舞台设计中的应用


摘 要:本文描述了丹佛斯FC300 变频器在舞台设备中的应
用实例。
关键词:FC302,同步定位卡,位置控制。
一、引言
近年来,随着人们文化水平的提高,人们对演出活动中舞台效果的要求越来越高。在比较高档的文化娱乐场所,为创造一种生动活泼的立体演出效果,传统的静止舞台逐渐被摈弃,而被可以旋转升降的智能化舞台取而代之。舞台机械的主要任务是演出时的换景和载人,舞台的现代化、智能化是必然的发展趋势。人们从原有机械传动到对舞台机械的起动、制动与运行速度变化的要求,促使舞台机械行业有了较大的发展。80年代以前,由于经济条件的限制,大多数舞台机械是定速控制。极少数使用的是直流调速,其调速成本高,造成使用不能普及。随着使用方便、耗资较少的交流变频调速技术发展,使得调速设备的使用越来越多,越来越频繁。目前舞台机械中已广泛使用交流调速方式控制的有转台、车台、升降台、吊杆、大幕等。通过变频器与现场PLC共同控制,实现舞台的升降、移动升降、旋转、升降旋转、伸缩、伸缩升降等运动,从而达到舞台与舞美、演员、场景、灯光等协调变化功能,使精彩纷呈的演出更加丰富多彩、变幻无穷,实现舞台智能化的效果。在舞台机械控制中,变频器的应用方式有以下几种:
(1) 一台变频器拖动一台电机恒载运转;如升降台、吊杆、大幕控制;
(2) 一台变频器同时成组拖动2台电机同时运行;如转台、车台等;
(3)一台变频器以切换方式拖动多台电机运转;如少数几台变频器控制几十台吊杆调速运行等;
(4)多台变频器各带一台电机同步运行: 如升降台、车台的多电机多轴传动等。
本文以某剧院智能舞台的设计安装与调试为背景说明丹佛斯FC300系列变频器在舞台的控制中的应用。
二.智能舞台控制系统构成本智能舞台控制系统主要有以下几方面的动作控制:单元舞台台面的升降运动;通道台面的左右滑行控制;旋转台面的转动控制。所有活动台面均有现场手动和自动工作方式
选择,其所有动作均由PLC与变频器通过CanOPEN总线联接配合完成。通过上位机(监控计算机)可实现整体舞台活动台面的监视和控制,图1为本系统的控制网络拓扑图。其中左右滑行动作及旋转运动均属普通启停控制,由PLC根据编码器反馈决定适当的启停位置。但由于舞台设备的惯量都比较大,所以每个电机都配备了机械制动闸,由变频器输出抱闸控制信号。本系统重点在于三个台面的升降控制以及幕
布,灯光设备的定位控制,由于需要定位准确,响应快速,故采用了同步卡控制。下文就以三个台面控制为例阐述一下DANFOSS变频器及同步卡在本系统的应用情况。




三、台面升降控制详述
系统基本配置如下:
PLC型号:施耐德Premium TSX P57CP0244M
丹佛斯变频器:FC302 30KW带制动功能,带同步定位卡
制动电阻:15欧姆/3KW
通讯协议:canopen
通讯速率:500K bps
编码器:KOYO,分辨率为1024/P,脉冲系统分辨率约为2475p/mm
台面控制要求:双方向回零、定位运行、任意位置中断运行、多台随意组合同步定位运行、自动抱闸控制,通过通讯总线实时回显当前台面位置数据及变频器运行状态,同步及定位运行精度控制在3mm以内。
通过适当的程序开发,应用同步卡内置的位置中断功能,本系统实现了虚拟主轴的定位运行,使多轴的同步运行可以自由切换组合,并达到了1mm的定位精度,满足客户的需求。由于所有运动控制功能都在同步卡内完成,上位可编程控制器只需要将操作者的动作指令通过现场总线传送至变频器即可,而无需对电机的运转进行实时计算控制,大大简化了可编程控制器系统的开发难度,也降低了系统对可编程
控制器的性能要求。
四、技术插图
系统在同步定位运行时的速度同步示意图:

五、应用展望
随着舞台设计和计算机技术的不断发展,舞台机械运动控制以PLC(可编程序控制器)和变频器通过现场总线技术组成的分布式控制系统具有相当的智能化,此类舞台在一次投资建成后,由于其具有多种组合变化形式,可满足各种演出节目的要求,故可免去许多原来须根据不同演出搭建不同舞台的重复搭建演出舞台的弊端,并且还增加了演出的场景变化,丰富了演出效果。并且丹佛斯特有的同步定位卡为舞
台机械运行提供实时的、高精度的、安全可靠的运行保证,同时大大降低了系统对PLC的性能要求。因此,这种使用方式可以在舞台机械控制系统中大力推广。

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