CN201210249Y - 一种舞台机械控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于控制舞台机械的远程控制系统。包括控制器和控制柜，所述控制器包括主机电路和与之连接的键盘电路、显示模块，还有一通信电路与主机电路双向连接，且各个模块均连接有电源模块；控制柜包括控制板组、信号末端、电磁调速电动机控制器、电机综合保护器组、空气开关组、交流接触器组、工作指示灯系统、行程开关组，而其中每一个控制板均包括从机电路，和与之连接的通信电路、初级继电模块和单排插座组；本实用新型所述舞台机械控制系统，能够在成本低廉、工程造价低的基础上，性能稳定、操作方便，使其能适合于大、中、小各类工程，便于推广应用。

Description

一种舞台机械控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种控制系统，具体是指一种用于控制舞台机械的远程控制系统。

背景技术：

目前工程中所使用的舞台机械控制系统大致可分为一体式控制系统和分体式控制系统。

所谓一体式控制系统，即操作台和各控制执行器件全部装在控制柜中的控制系统。这种控制系统具有结构简单易实现、操作直观的优点。但其功能单一，且可靠性、工程成本、操作便利性直接受系统安装方式的影响。由于舞台机械系统的动力部分--电机通常安装在距舞台台面或控制室(这两个地方是操作舞台机械的最佳位置)十几米至几十米的三、四层马道上。有时候为了操作的方便而将控制柜安装在舞台上或控制室，但这样做必须敷设相当长度的电源线和控制线(一台电机需一根三芯电源线和两根控制线)，这种安装方式在线材、金属桥架、工时等方面的耗费就可想而知了。而且大量线材长距离地敷设在一起会在不同程度上降低系统的可靠性。如果为降低工厂成本而将控制柜安装在电机组附近，这样在操作时就必须按排一人操作另一人监视升降吊杆的运动状况，否则操作者极易因视角不佳不能准确监视而造成严重后果甚至酿成安全事故！

尽管如此，由于这种一体式控制系统比目前的分体式控制系统的成本低好几倍，所以在小型舞台工程中仍大量使用着这种令人担忧的控制系统。

分体式控制系统由控制器和控制柜组成，控制器和控制柜组成之间由若干信号线联结。目前所使用分体式控制系统在可靠性方面比一体式系统有所提高且操作较方便。但由于这些产品大多是上世纪90年代研制开发的，因当时各种客观技术条件限制和研发人员的知识结构的局限，使产品存在着信号线过于繁多、系统结构过于繁冗、控制器体积庞大的缺陷。

因此，尽快研制出一种适合中、小工程的性能稳定、操作方便、成本低廉、工程造价低的分体式控制系统势在必行。

而随着嵌入式技术的发展，嵌入式控制系统以其高稳定性和低开发成本得到了迅速的推广和普及。所以怎样将嵌入式系统与舞台控制系统有效的结合起来，成为解决上述现有技术存在的问题的一条重要途径。

实用新型内容：

为了克服上述技术缺陷，本实用新型目的旨在提出一种舞台机械控制系统，达到性能稳定、操作方便、成本低廉、工程造价低的优点，使其不但能适合中、小工程，在大型工程中也能完全能胜任。

本实用新型采用的技术方案是，一种舞台机械远程控制系统，包括控制器和控制柜，所述控制器包括主机电路和与之连接的键盘电路、显示模块，还有一通信电路与主机电路双向连接，且各个模块均连接有电源模块；控制柜包括控制板组、信号末端、电磁调速电动机控制器、电机综合保护器组、空气开关组、交流接触器组、工作指示灯系统、行程开关组，而其中每一个控制板均包括从机电路，和与之连接的通信电路、初级继电模块和单排插座组；上述通信电路分别双向连接有一信号接口，且控制器和控制柜通过连接在该信号接口之间的一根两芯信号线相互通信。

作为优选方案，上述控制器部分还包括分别与主机双向连接的EEPROM数据存储器和时钟电路；相应的，控制板还包括分别与从机双向连接的EEPROM数据存储器；且上述主机的通信接口接入反馈信号采集电路。

控制器电路由主机电路、键盘电路、显示模块、EEPROM数据存储器电路、时钟电路、时钟芯片备用电源、通信电路、信号接口构成。

控制柜由从机电路、EEPROM数据存储器、通信电路、信号接口、初级继电模块组、电磁调速电动机控制器、电机综合保护器、次级交流接触器、工作指示灯构成。

编码模块由编码器、从机电路、EEPROM数据存储器、通信电路组成。

本实用新型的工作原理是：首先由操作员按一定规则从键盘输入一组命令对若干台电机进行操作，显示模块及时显示输入命令的内容、主机对输入命令合法性的判断结果、主机和相应从机的通信结果。由主机对命令进行识别，如果输入合法则对输入的命令进行编码，并通过通信模块将编了码的命令经信号线传送至控制柜内的从机；如果输入不合法则要求重新输入。控制柜内的相应从机接收到主机的命令后，相应从机对接收的命令进行识别，如果接收的命令合法则对其进行解码并使对应的初级继电模块执行一次，从而引起对应次级交流接触器等被控器件动作，以达到控制目的；如果相应从机判断接收的命令不合法则告知主机，主机将再命令通信模块重新发送一次，如果主机第二次被告知相应从机接收的命令不合法，则要求用户重新输入命令。

本系统能从较远距离对被控对象实现单点单一动作，多点单一动作的同时开关控制，系统具有密码开机和逾期锁死功能，且实现了编组选择的功能。且本系统对电动机具有正反转互锁功能。

在采用了优选方案后，本系统能对电动机拖动对象实现较精确的位置锁定，对任一方向(一般是对竖直上、下或对水平左、右两个方向)的动作均可设定两个不同的锁定位置，即电子定位。但对已经设置过两个不同的锁定位置的对象不能再设置锁定位置了。

本实用新型中电磁调速电动机控制器是由市场上可购买到的普通手动控制的电磁调速电动机控制器改良：将原有的RP1改成由原有RP1先跟C1和C2并联后再跟RP2串联，最后经一个单排插座接入原有电路，原有RP1的滑动触头接线不改动。调节给定电位器RP1可设定滑差离合器的最大转速，调节RP2可调节加速的时间。对应初级继电器被命令吸合开常开触头即接通给定器件的电源，电磁调速电动机控制器便可以在预定时间内(1秒至20秒线性可调)自动加速，到达限定的最大速度后(原控制器的最小可调速度至最大速度间线性可调)保持限定的最大速度运行，直到对应初级继电器被命令断开常开触头电磁调速电动机控制器即停止工作。

综上所述，本实用新型所述舞台机械控制系统，能够在成本低廉、工程造价低的基础上，性能稳定、操作方便，使其能适合于大、中、小各类工程，便于推广应用。

附图说明

图1系统原理方框图，其中A是实施例中控制器方框图；B是实施例中控制板方框图；C是反馈信号采集电路方框图；其中：

电路板内信号线

电路板内电源线

电路板间通信线

图2实施例中控制器原理图；

图3-1、3-2实施例中控制板原理图；

图4反馈信号采集电路原理图；

图5原电磁调速电动机控制器电路原理图；

图6改进后的电磁调速电动机控制器电路原理图；

图7实施例控制柜的电气连接图。

具体实施方式

实施例：

本实施例从较远距离最多能对98台10KW以内三相异步电动机的正转、反转的启动和停止的点对点控制，对4台10KW以内无级调速电动机的正转、反转的启动和停止及对配套转差离合器的自动定时加速启动并恒速运行的单点单一动作的开关控制，多点单一动作的同时开关控制并实现编组选择的功能、密码开机和逾期锁死功能。本系统还有电子定位的功能和冲顶自动复位的功能。

本例系统能对电动机拖动对象实现较精确的位置锁定，对任一方向的动作均可设定两个个锁定位置。

本实施例的组成为：

参照图1A，控制器的主芯片称为主机，还包括键盘电路、显示模块、EEPROM数据存储器、时钟电路、时钟芯片备用电源、通信电路组成。

参照图7，控制柜由控制板组、反馈信号采集电路、信号末端、电磁调速电动机控制器组G、电机综合保护器组B、空气开关组K、交流接触器组T、工作指示灯系统L、行程开关组X构成。参照图1B，其中控制板由从机电路、EEPROM数据存储器、通信电路、初级继电模块组成。初级继电模块由24个在电路上完全一样的继电单元组成。

参照图1C，上述反馈信号采集电路由编码器、从机电路、EEPROM数据存储器、通信电路组成。

对控制器、控制板、反馈信号采集电路中描述的所有单片机，其中控制器中的单片机称为主机，控制板中的单片机按跟主机通信的优先级由高到低依次称为1至9号从机，编码器电路中的单片机按跟主机通信的优先级由高到低依次称为10至111号从机。

控制柜中的电路板按跟控制器通信的优先级由高到低分别称为1号控制板、2号控制板……9号控制板，各控制板在电路上是一模一样的，但从机中的程序都互不相同。其中1号控制板用来控制1-4号调速电动机和1-6号普通三相异步电动机；2号控制板用来控制7-18号普通三相异步电动机；3号控制板用来控制19-30号普通三相异步电动机；4号控制板用来控制31-42号普通三相异步电动机，；5号控制板用来控制43-54号普通三相异步电动机，；6号控制板用来控制55-66号普通三相异步电动机；7号控制板用来控制67-78号普通三相异步电动机；8号控制板用来控制79-90号普通三相异步电动机；9号控制板用来控制91-102号普通三相异步电动机。根据所控制的电动机的数目来选择合适的控制板的数量。(如图7所示)

反馈信号采集电路按安装所在的电动机的编号进行编号，其中电动机1所属的反馈信号采集电路称为反馈信号采集电路1，对应从机10；电动机2所属的反馈信号采集电路称为反馈信号采集电路2，对应从机11；电动机3所属的反馈信号采集电路称为反馈信号采集电路3，对应从机12……依次类推。所有反馈信号采集电路在电路组成上都是一样的。

本实施例的操作过程如下：

1、用户按约定格式从键盘输入一组命令指定若干台三相异步电动机启动并正转；

2、显示模块及时显示输入命令的内容，主机对输入命令合法性的判断结果，主机要告知用户的信息，主机与从机的通信结果及电动机拖动对象的绝对位置。

3、命令输入后主机对命令进行识别，如果输入合法则对输入的命令进行编码，并通知命令所指向的电动机所在的从机准备接收命令，相应从机应答了主机并做好接收准备后，主机便通过通信模块将编了码的数据经信号线传送至控制柜的控制板；如果输入不合法或输入命令所指向的电动机所在的从机没有应答主机或根本没有该从机时，主机将要求用户重新输入命令。对应控制板从机接收到主机传送来的数据后，从机对数据进行识别、解码，如果接收的命令合法则对其进行解码并使对应的初级继电模块执行一次，从而引起对应交流接触器或电磁调速电动机控制器等任何一种被控器件动作，以达到控制目的；如果从机判断接收的命令不合法则告知主机，主机将重新发送一次。如果主机第二次被告知从机接收的命令不合法，则要求用户重新输入命令。

4、本实施例通过约定不同输入格式的命令来分别实现单点单一动作的开关控制(下简称点控)、多点单一动作的同时开关控制(下简称组控)。默认的控制模式是点控模式，当同时按下“确定”+“*”键一次后将进入组控模式，输入“两位数字”+“升”或“降”以实现相应组的电动机的同时动作；再次同时按下“确定”+“*”键一次后将再次进入点控模式，再输入“两位数字”+“升”或“降”以实现相应单一的电动机的动作。进入编组功能后输入要编入该组的电动机号，用*键隔开输入的相邻的两个电机号，再储存设置即可。

5、密码开机和逾期锁死功能：锁死期内开机后要求输入正确的密码才允许正常使用，否则系统不可用。超过锁死期则要求输入某一特定密码才能解锁，否则系统将一直不可用。锁死期可在现时以后的任意的某天。

6、电动机拖动对象的绝对位置锁定：电动机的运转带动与其直接机械连接的减速机转动，从而引起与减速机有机械连接的编码器的转动，于是编码器向与之相连的从机发送脉冲信号，从而使所属从机检测到被拖动对象的绝对位置和电动机的运行状况。如果电动机在非锁定位置人为停止运行了，则相应EEEPROM数据存储器将记录被拖动对象的绝对位置以供下次运行时使用；如果电动机在锁定位置停止了，则EEEPROM数据存储器不记录被拖动对象的绝对位置，即本系统的电子定位的功能；如果被拖动对象的绝对位置超过了用户设定的工作锁定位置，系统则将立即自动停止相对应的电动机并调整电动机运转方向使被拖动对象的绝对位置恢复到用户设定的工作锁定位置，即本系统的冲顶自动复位的功能。

7、对被拖动对象的锁定位置的设置：如分别对被拖动对象上、下两个方向的动作设定锁定位置，先将被拖动对象停在需设定的最低锁定位置，储存该位置所对应的编码器的标记；再将被拖动对象停在需设定的次低锁定位置，储存该位置所对应的编码器的标记；再将被拖动对象停在需设定的次高锁定位置，储存该位置所对应的编码器的标记；再将被拖动对象停在需设定的最高锁定位置，储存该位置所对应的编码器的标记。对某被拖动对象在其他方向上的的运动的锁定位置的设置方法同上。

电磁调速电动机控制器控制器的给定电位器RP1可设定滑差离合器的最大转速，调节控制加速时间的电位器RP2可调节加速的时间。

本实施例中各单片机均采用ATMEL公司的AT89S52型单片机，晶振JP的频率为11.0592MHZ，各通信芯片均采用MAX公司的MAX487C，EEPROM采用ATMEL公司的AT24C08，编码器采用无锡市海德科技有限公司的HKT3008WO01G512BZ3-5E型。

控制器：键盘电路采用4*4矩阵键盘电路，显示模块LCM采用TG12232B-02型液晶中文显示模块，R1至R18、R22、R24均为10KΩ固定电阻，R19为120Ω固定电阻，R20、R21为5.1KΩ固定电阻，R23为3.6KΩ金属膜固定电阻，R25、R26为360Ω固定电阻，R27为3Ω固定电阻，R28为NTC6D-9型温敏电阻，RP1为2KΩ电位器，C1为20μF电解电容，C2、C3为30pF瓷片电容，C4、C5、C8、C9、C10为0.01μF瓷片电容，C6、C7为15pF瓷片电容，C11为0.1μF瓷片电容，C12为10μF电解电容，锂电池BAT为3.6单节锂电池，D1、D2、D5为4148型二极管，D3、D4为Φ3的发光二极管，时钟芯片采用PCF8563，EEPROM采用AT24C08，电池管理芯片采用CN3052A，S1至S16为常开小按键，电源为DC5V、1000mA稳压电源。(如图2所示)

控制板：R1至R26、R51均为10KΩ固定电阻，R27至R50均为3.6KΩ固定电阻，D1至D24均为4148型二极管，D25至D48均为4007型二极管，V1至V24均为8050型三极管，JDQ1至JDQ24均为DC5V继电器(有常开端、常闭端各一个，被控信号是AC220V、50HZ0)，IC1至IC4为74HC04型非门，Z1至Z24为单排插座，EEPROM采用AT24C08，C1至C4均为0.01μF瓷片电容。(如图3-1，图3-2所示)

反馈信号采集电路：89S52型单片机，JP1为11.0592MHZ晶振，R1至R27为10KΩ固定电阻，通信芯片采用MAX487C，C1为20μF电解电容，C2、C3为30pF瓷片电容，C4、C5、C6为0.01μF瓷片电容，编码器BMQ为HKY2508WO01G512BZ3-5E型。(如图4所示)

信号末端为120Ω的固定电阻。

编码器：BMQ的1脚接DC5V电源的负极，BMQ的2脚接AT89S52的P1.7脚，BMQ的3脚接AT89S52的P1.6脚，BMQ的4脚接DC5V电源的正极，BMQ的5脚接AT89S52的P1.5脚。(如图4所示)

电磁调速电动机控制器：原调速电位器RP1的滑头位于最左端时控制器输出的交流励磁最大，RP1的滑头位于最右端时控制器输出的交流励磁最小。断点插头Z的1脚接图6中RP1所接的A点，Z的2脚接RP2的1脚接，RP2的2脚、3脚接在一起再接C1、C2的1脚和RP1的1脚，C1、C2、RP1的3脚接在一起后再接图6中RP1所接的B点。调节给定电位器RP1可设定转差离合器的最大转速，调节RP2可调节加速的时间。(如图5所示)

电磁调速电机控制器1的连接：AC220V市电火线接控制器G1的航空插头的1脚，零线接航空插头的2脚，转差离合器1的励磁线1和励磁线2分别接航空插头的3脚、4脚，转差离合器1的反馈信号线1、反馈信号线2、反馈信号线3分别接航空插头的5脚、6脚、7脚，断点插头的1脚和2脚分别接控制板1上Z3的1脚和2脚。(如图6所示)

其他电磁调速电机控制器的改装和连接与电磁调速电机控制器1相同。其中G2的断点插头的1脚和2脚分别接控制板1上Z6的1脚和2脚；G3的断点插头的1脚和2脚分别接控制板1上Z9的1脚和2脚；G4的断点插头的1脚和2脚分别接控制板1上Z12的1脚和2脚。

吊杆电动机、电磁调速拉幕电动机、电机综合保护器、空气开关、交流接触器、工作指示灯、行程开关都是从市场上购买的成品。

Claims (7)

1、一种舞台机械控制系统，包括控制器和控制柜，其特征在于，所述控制器包括主机和与之连接的键盘电路、显示模块，还有一通信电路与主机双向连接，且各个模块均连接有电源模块；控制柜包括控制板组、信号末端、电磁调速电机控制器、电机综合保护器组、空气开关组、交流接触器组、工作指示灯系统和行程开关组，而其中每一个控制板均包括从机电路，和与之连接的通信电路、初级继电模块和单排插座；上述通信电路分别双向连接有一信号接口，且控制器和控制柜通过连接在该信号接口之间的一根两芯信号线相互连接。

2、根据权利要求1所述舞台机械远程控制系统，其特征在于，所述控制器还包括分别与主机双向连接的EEPROM数据存储器和时钟电路；相应的，控制板还包括分别与从机双向连接的EEPROM数据存储器；且上述主机的通信接口并行接入反馈信号采集电路。

3、根据权利要求2所述舞台机械远程控制系统，其特征在于反馈信号采集电路由编码器、从机电路、通信电路、EEPROM数据存储器。

4、根据权利要求2所述述舞台机械远程控制系统，其特征在于，控制器还包括时钟芯片备用电源。

5、根据权利要求1-4之一所述舞台机械远程控制系统，其特征在于，所述主机和从机均采用单片机AT89S52。

6、根据权利要求1-4之一所述舞台机械远程控制系统，其特征在于，所述通信芯片采用MAX487C。

7、根据权利要求1-4之一所述舞台机械远程控制系统，其特征在于，所述电磁调速电动机控制器包括两个电位器RP1、RP2，其中一个电位器RP1的两端固定触点之间先跟电容C1和C2并联后，其一端固定触点再串联接入另一电位器RP2的动触点和一固定触点，最后电位器RP1和RP2的另外一端固定触点与RP1的动触点一并接入控制电路。

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