CN103529790A - 一种升降舞台控制装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种升降舞台控制装置及控制方法，包括主控制器，PLC控制器，若干个交流伺服电机，与交流伺服电机数量相同的升降台，设于每个交流伺服电机上的电流传感器，设于每个升降台上的至少1个位置传感器，和设于每个交流伺服电机上的转速传感器；PLC控制器与各个交流伺服电机电连接，每个交流伺服电机与相对应的升降台电连接；转速传感器、电流传感器和位置传感器分别与主控制器电连接；主控制器上设有显示屏。本发明具有既保证了舞台升降转换的效率又能保证演员在表演过程中的安全需求；改造成本低；可以实现舞台在无载和有载状态下的多种运行方式的特点。

Description

一种升降舞台控制装置及控制方法
技术领域
本发明涉及舞台控制技术领域，尤其是涉及一种安全性好、升降效率高的升降舞台控制装置及控制方法。
背景技术
现有的升降舞台通常采用PLC+伺服控制电机来实现舞台运行，在艺术表现力上，采用设定PC程序或者演出后场工人手动来控制实现，在实现方法上凭经验操作，相对比较原始，造成的演出后场工人的劳动强度大，控制的准确性差，无法实现一些难度较高的舞台动作；在演出安全上，传统升降台控制装置只以人身安全为第一考虑，牺牲了升降台的一些动作要求，比如不论演员是否在台上，只能实现升降台的缓慢上升或下降，这样造成整个舞台运动的效率大大降低。在舞台运动安全上，传统升降台只考虑演员是否在台上，而不考虑演员在台上的实际情况，艺术表现力大大下降。
中国专利授权公开号：CN103197632A，授权公开日2013年7月10日，公开了一种智能舞台、灯光、舞美综合演艺系统，包括智能调光系统、智能舞台控制系统、智能舞美控制系统和中心控制系统；所述中心控制系统包括工控主机、存贮设备、通讯接口、输入设备和显示屏；所述中心控制系统通过通讯接口分别连接所述智能调光系统、智能舞台控制系统和智能舞美控制系统；所述智能调光系统、智能舞台控制系统、智能舞美控制系统上分别设计、存储了不同剧情时段各自的若干子场景模块，所述子场景模块分别供各自对应的智能调光系统、智能舞台控制系统、智能舞美控制系统调用，分别执行调光、舞台和舞美动作。该发明存在不能对升降台进行安全、快速的控制的不足。
发明内容
本发明的发明目的是为了克服现有技术中升降舞台的安全性好、升降效率低的不足，提供了一种安全性好、升降效率高的升降舞台控制装置及控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种升降舞台控制装置，包括主控制器，PLC控制器，若干个交流伺服电机，与交流伺服电机数量相同的升降台，设于每个交流伺服电机上的电流传感器，设于每个升降台上的至少1个位置传感器，和设于每个交流伺服电机上的转速传感器；PLC控制器与各个交流伺服电机电连接，每个交流伺服电机与相对应的升降台电连接；转速传感器、电流传感器和位置传感器分别与主控制器电连接；主控制器上设有显示屏。
本发明的交流伺服电机通电后，设于交流伺服电机上的电流传感器检测到的伺服控制电流与电机输出转矩变化呈正比例关系；
即无论交流伺服电机是否工作，只要通电，交流伺服电机上控制电流的变化就与升降台上负载变化成正比例关系，本发明利用此原理，来实现升降台上压力大小的检测，并控制升降台运行。
当检测到的某升降台的伺服电机上的控制电流值小，表明升降台上负载轻，反之，当检测到的某升降台伺服电机上的控制电流值大时，表明升降台上负载重。
本发明的转速传感器、电流传感器和位置传感器的设置能够检测升降舞台的运行速度、高度及升降台上的压力情况，从而有效保障演员人身安全；可在现有升降舞台的基础上进行改造，无需增加过多的额外成本；可以实现舞台在无载和有载状态下的多种运行方式，既保证了舞台升降转换的效率又能保证演员在表演过程中的安全需求。
主控制器通过连接导线与PLC控制器电连接，连接导线上设有过载电流传感器；过载电流传感器通过信号放大器与主控制器电连接。过载电流传感器的设置用于对本发明的升降舞台控制装置提供过载断电保护。
主控制器中设有与电流传感器检测的电流值相对应的标准压力范围，升降台的标准升降范围，交流伺服电机的标准转速范围和相邻升降台的最大高度差H；设于每个交流伺服电机上的电流传感器、位置传感器和转速传感器分别检测施加在升降台上的压力、升降台的高度和交流伺服电机的转速；
在标准压力范围、标准升降范围和标准转速范围内，主控制器通过PLC控制器及交流伺服电机控制升降台升降；
当过载电流传感器检测的电流超过标准电流范围的上限值时，主控制器发出停止所有升降台的升降的指令，所有升降台停止运行；显示器中显示过载报警信息。主控制器根据各个传感器检测的数据信息进行分析、运算并做出相对应的升降舞台运行控制。
因此，本发明具有可在现有升降舞台的基础上进行改造，无需增加过多的额外成本；可以实现舞台在无载和有载状态下的多种运行方式，既保证了舞台升降转换的效率又能保证演员在表演过程中的安全需求的特点。
作为优选，所述主控制器为ARM控制芯片，转速传感器通过第一信号放大器与主控制器电连接，电流传感器通过第二信号放大器与主控制器电连接。
ARM控制芯片具有体积小、低功耗、低成本、高性能；支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；大量使用寄存器，指令执行速度更快；大多数数据操作都在寄存器中完成；寻址方式灵活简单，执行效率高；指令长度固定的特点。
作为优选，位置传感器与仪表放大器电连接，仪表放大器与主控制器电连接。
作为优选，所述升降台为2至32个。
作为优选，还包括遥控信号接收器和遥控器，遥控信号接收器与主控制器电连接。
一种升降舞台控制装置的控制方法，包括如下步骤：
(6-1)主控制器中设有与电流传感器检测的电流值相对应的标准压力范围，升降台的标准升降范围，交流伺服电机的标准转速范围和相邻升降台的最大高度差H；电流传感器、位置传感器和转速传感器分别检测施加在升降台上的压力、升降台的高度和交流伺服电机的转速；
在标准压力范围、标准升降范围和标准转速范围内，主控制器通过PLC控制器及交流伺服电机控制升降台升降；
(6-2)设A为所有升降台中的任一个升降台，当升降台A上的电流传感器检测到的电流所对应的压力值超过标准压力范围的上限值时，主控制器通过交流伺服电机控制升降台A停止运动；
(6-3)当升降台A的高度高于标准升降范围的上限值或升降台的高度低于标准升降范围的下限值，主控制器通过交流伺服电机控制升降台A停止运动；
(6-4)当设于升降台A上的转速传感器检测的转速超过标准转速范围的上限值时，主控制器控制升降台A上的交流伺服电机的转速降为标准转速范围的上限值的1/2至3/4速度运行；
(6-5)当升降台A上的电流传感器检测到的电流所对应的压力值小于标准压力范围的下限值时，主控制器控制升降台A上的交流伺服电机按照标准转速范围的上限值转动；
(6-6)在升降台A上的交流伺服电机按照标准转速范围的上限值转动过程中，当升降台A上有物体或演员时，则主控制器控制升降台A上的交流伺服电机按照标准转速范围的上限值的1/2至3/4的速度转动；并且主控制器控制与升降台A相邻的各个升降台B与升降台A之间的高度差均小于H米。
为了增加在舞台上表演的演员的安全保障，防止演员在表演时因相邻升降台落差过大而跌落。因此，必须限定相邻升降台之间的高度差，严禁相邻的升降台出现一个位于高位置状态、一个位于低位置状态的现象，现有升降舞台采用人工程序化位置设定，演员站立在升降台上时，严禁升降台多次运行。本发明中升降台位置传感器的设置就是控制升降台实时升降高度，用于配合多个升降台在安全高度差内运行。
作为优选，所述标准升降范围为0至1.6米。
作为优选，所述标准压力范围为10至200千克。
作为优选，标准转速范围为0至2100r/min。
作为优选，H为0.3米至0.6米。
因此，本发明具有如下有益效果：(1)既保证了舞台升降转换的效率又能保证演员在表演过程中的安全需求；(2)改造成本低；(3)可以实现舞台在无载和有载状态下的多种运行方式。
附图说明
图1是本发明的一种原理框图；
图2是本发明的实施例的一种流程图。
图中：主控制器1、PLC控制器2、交流伺服电机3、升降台4、电流传感器5、位置传感器6、转速传感器7、显示屏8、第一信号放大器9、第二信号放大器10、仪表放大器11、遥控信号接收器12、遥控器13。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1所示的实施例是一种升降舞台控制装置，包括主控制器1，PLC控制器2，2个交流伺服电机3，2个升降台4，设于每个交流伺服电机上的电流传感器5和设于每个升降台上的位置传感器6，和设于每个交流伺服电机上的转速传感器7；PLC控制器与2个交流伺服电机电连接，每个交流伺服电机与相对应的升降台电连接；转速传感器、电流传感器和位置传感器分别与主控制器电连接；主控制器上设有显示屏8。
主控制器为ARM控制芯片，转速传感器通过第一信号放大器9与主控制器电连接，电流传感器通过第二信号放大器10与主控制器电连接，升降台上的位置传感器与仪表放大器11电连接，仪表放大器与主控制器电连接。ARM控制芯片可通过扩展I/O模块，最多实现对32个升降台的运动控制。
还包括遥控信号接收器12和遥控器13，遥控信号接收器与主控制器电连接。
本实施例中，升降台在标准升降范围内共设定“上”、“中上”、“中”、“中下”“下”五个位置状态，有演员站立时，相邻升降台只能出现“上、中上”或者“中上、中”或者“中、中下”或者“中下、下”位置状态运行，主控制器接收相邻升降台上与位置传感器相连接的仪表放大器的输出电压差值不能超过0.5V。
如图2所示的一种升降舞台控制装置的控制方法，包括如下步骤：
步骤100，在主控制器中设有与电流传感器检测的电流值相对应的标准压力范围为10至200千克，升降台的标准升降范围为0至1.6米，交流伺服电机的标准转速范围为0至2100r/min和相邻升降台的最大高度差H为0.4米；电流传感器、位置传感器和转速传感器分别检测施加在升降台上的压力、升降台的高度和交流伺服电机的转速；
仪表放大器的输出电压范围为0-3.3V，0.5V与升降台的标准升降范围中的0值相对应，3.0V与升降台的标准升降范围中的1.6米相对应，按照升降台在标准升降范围内的五个位置，与位置传感器相连接的仪表放大器输出电压从低到高分为0.5V、1.0V、1.5V、2.0V、2.5V、3.0V等设定值。
第二信号放大器的输出电压范围为0.5-3.0V，当第二信号放大器的输出电压大于0.5V为升降台有载状态，小于0.5V为升降台无载状态，当第二信号放大器的输出电压大于3.0V为升降台超重状态；
与转速传感器相连接的差分放大器的输出电压范围为0-3.3V，按照交流伺服电机的转速从慢到快分为0、1.0V、1.5V、2.0V、3.0V等设定值。ARM主控制芯片可根据需求扩展I/O模块，最多能够控制实现32组升降台运动。
在标准压力范围、标准升降范围和标准转速范围内，主控制器通过PLC控制器及交流伺服电机控制升降台升降；
步骤200，设A为所有升降台中的任一个升降台，当升降台A上的电流传感器检测到的电流所对应的压力值超过200千克时，主控制器通过交流伺服电机控制升降台A停止运动；
当升降台A上的电流传感器检测到的电流所对应的压力值超过200千克时，主控制器检测到与电流传感器连接的第二信号放大器的输出端的输出电压大于3.0V，表明升降台上有超重物体或演员，运行将造成一定演员身伤害或者损坏舞台。
步骤300，当升降台A的高度高于1.6米或升降台的高度低于0米，主控制器通过交流伺服电机控制升降台A停止运动；
当升降台A的高度高于标准升降范围的1.6米时，主控制器检测到与设于升降台A上位置传感器相连的仪表放大器输出的电压大于3.0V：
当升降台的高度低于0米，主控制器检测到与设于升降台A上位置传感器相连的仪表放大器输出的电压小于0.5V，为了确保舞台装备以及舞台运行安全，主控制器通过交流伺服电机控制升降台A停止运行；
步骤400，当设于升降台A上的转速传感器检测的转速超过2100r/min时，主控制器控制升降台A上的交流伺服电机的转速降为1300r/min速度运行；
步骤500，当升降台A上的电流传感器检测到的电流所对应的压力值小于10千克时，主控制器控制升降台A上的交流伺服电机按照2100r/min转动；
当电流传感器检测到施加在升降台A上的压力小于10千克时，主控制器检测到与电流传感器连接的第二信号放大器的输出端的输出电压小于0.5V，表明无演员或者物体在台上，主控制器控制升降台A上的交流伺服电机按照2100r/min转动；以降低升降台升降时间，提高舞台转换效率；
步骤600，升降台A上的交流伺服电机按照2100r/min转动过程中，当升降台A上有物体或演员时，则主控制器控制升降台A上的交流伺服电机按照1300r/min的速度转动；并且主控制器控制与升降台A相邻的各个升降台B与升降台A之间的高度差均小于0.4米，主控制器检测到相邻升降台上位置传感器相连的仪表放大器的输出端的输出电压均小于0.5V。
当升降台A上的电流传感器检测到升降台上有物体或演员时，主控制器检测到第二信号放大器的输出端的输出电压为0.5V至3.0V。
主控制器可控制相邻升降台运行至“上”、“中上”、“中”、“中下”“下”五个位置状态，也可以根据舞台运行需求，白行设定位置值，只要满足相邻升降台高度差小于0.4米即可。
应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术工程人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种升降舞台控制装置，其特征是，包括主控制器(1)，PLC控制器(2)，若干个交流伺服电机(3)，与交流伺服电机数量相同的升降台(4)，设于每个交流伺服电机上的电流传感器(5)，设于每个升降台上的至少1个位置传感器(6)，和设于每个交流伺服电机上的转速传感器(7)；PLC控制器与各个交流伺服电机电连接，每个交流伺服电机与相对应的升降台电连接；转速传感器、电流传感器和位置传感器分别与主控制器电连接；主控制器上设有显示屏(8)。
2.根据权利要求1所述的升降舞台控制装置，其特征是，所述主控制器为ARM控制芯片，转速传感器通过第一信号放大器(9)与主控制器电连接，电流传感器通过第二信号放大器(10)与主控制器电连接。
3.根据权利要求1所述的升降舞台控制装置，其特征是，所述位置传感器与仪表放大器(11)电连接，仪表放大器与主控制器电连接。
4.根据权利要求1所述的升降舞台控制装置，其特征是，所述升降台为2至32个。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的升降舞台控制装置，其特征是，还包括遥控信号接收器(12)和遥控器(13)，遥控信号接收器与主控制器电连接。
6.一种根据权利要求1所述的升降舞台控制装置的控制方法，其特征是，包括如下步骤：
(6-1)主控制器中设有与电流传感器检测的电流值相对应的标准压力范围，升降台的标准升降范围，交流伺服电机的标准转速范围和相邻升降台的最大高度差H；电流传感器、位置传感器和转速传感器分别检测施加在升降台上的压力、升降台的高度和交流伺服电机的转速；
在标准压力范围、标准升降范围和标准转速范围内，主控制器通过PLC控制器及交流伺服电机控制升降台升降；
(6-2)设A为所有升降台中的任一个升降台，当升降台A上的电流传感器检测到的电流所对应的压力值超过标准压力范围的上限值时，主控制器通过交流伺服电机控制升降台A停止运动；
(6-3)当升降台A的高度高于标准升降范围的上限值或升降台的高度低于标准升降范围的下限值，主控制器通过交流伺服电机控制升降台A停止运动；
(6-4)当设于升降台A上的转速传感器检测的转速超过标准转速范围的上限值时，主控制器控制升降台A上的交流伺服电机的转速降为标准转速范围的上限值的1/2至3/4速度运行；
(6-5)当升降台A上的电流传感器检测到的电流所对应的压力值小于标准压力范围的下限值时，主控制器控制升降台A上的交流伺服电机按照标准转速范围的上限值转动；
(6-6)在升降台A上的交流伺服电机按照标准转速范围的上限值转动过程中，当升降台A上有物体或演员时，则主控制器控制升降台A上的交流伺服电机按照标准转速范围的上限值的1/2至3/4的速度转动；并且主控制器控制与升降台A相邻的各个升降台B与升降台A之间的高度差均小于H米。
7.根据权利要求6所述的一种升降舞台控制装置的控制方法，其特征是，所述标准升降范围为0至1.6米。
8.根据权利要求6所述的一种升降舞台控制装置的控制方法，其特征是，所述标准压力范围为10至200千克。
9.根据权利要求6或7或8所述的一种升降舞台控制装置的控制方法，其特征是，标准转速范围为0至2100r/min。
10.根据权利要求6或7或8所述的一种升降舞台控制装置的控制方法，其特征是，H为0.3米至0.6米。
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