基于组态技术舞台自动控制系统研究与开发

1、浙江工业大学毕业设计论文摘 要随着生活水平的提高，观众对文化艺术的要求随之增长，这对舞台电子技术的发展提出了更高的要求。而对21世纪之交，人们越来越清醒地认识到：科学技术作为第一生产力在文化艺术事业中将发挥小可替代的重要作用。文化科技是文化艺术的重要载体，要促进艺术舞台的活跃繁荣，就需要不断吸收应用高新技术，在舞台上展现出新的大地，以满足当代观众的需求。新型的计算机舞台控制系统小但要标新立异，实现更多的功能，其可靠性和易操作性也必须达到新的高度。具体研究内容或要达到的主要功能如下：（一）具有计算机自动控制功能和手动控制功能相结合的控制系统。两套控制系统各自独立，互为备用。（二）无论计算机控制还

2、是手动控制，吊杆均能进行完成升降、定位（任意位置）、调速和单控/集控功能。计算机控制还应具有编场功能，就是将整个剧目需要运行的设备设置成多个场次，编成程序，在上位机监控下，按单场/全场两种方式运行。（三）计算机控制系统应具有良好的人机界面，操作方便直观，具有单控、集控和编场运行功能，对每道吊杆可以预置运行速度、定位位置等多种运行参数，吊杆数量与可编场数可以无限扩展。系统应还具有断电记忆、故障诊断、保存操作记录等功能，同时还具有联网、远程监控功能。（四）目前的吊杆提升大都采用三段式速度控制模型。但是采用这样的速度给定.钢丝绳上的张力变化剧烈.从而会引起钢丝绳的摆动.对提升系统会造成有害的冲击。影

3、响整个提升设备的使用寿命。针对上述问题，给出了舞台吊杆七段式速度控制模型.探讨了不同阶段的控制策略.提出了不同工况下安全运行与控制参数之间的计算原则与方法。关键词：MCGS 舞台 变频 工控机 PLCAbstractWith the improvement of the people's life, the audience's require to civilization and art is simultaneously increased, which brings forward even more requests to the development of the

4、 stage electronic technology. In the 21th century, the people are realizing that the science and technology as the First Cause for productivity will do the unparalleled effect to the civilization and art. The civilization and art is based on the science, so we should continuously draw on the advance

5、d technology to boost the the development of the stage art and meet the audience's requests to stage art. The new-style stage control system is needed to be not only novel but also more dependable and handily operational. Specific studies or to achieve the main function is as follows :（1）Compute

6、r control and manual control with the combination of functional control systems. Two control systems are independent of each other and each other's back.（2）Whether computer control or manual control, the jib movements can be completed for positioning (any position).Speed and single control / Set

7、 function. Addendum also have computer-controlled market, it was necessary to show the entire operation of the equipment installed into several locations, compile a program in the PC under control, according to market single / two modes of operation of the audience.（3）Computer control system should

8、have a good man-machine interface, easy operation visual control with single, centralized control and editors market operation functions Road booms can be preset for each operating speed and the position of various operating parameters, Suspenders with the few which can be unlimited expansion of the

9、 market. Memory system should also have power outages, fault diagnosis, record keeping and other operational functions, but also has network remote monitoring.（4）Most of the current boom to enhance speed control using three-step model. However, the rate used to set. The tension on the rope dramatic

10、changes. Thus lead to the rope swing. To upgrade the system to cause harmful impact. Affect the useful life of equipment upgrade. In view of the aforementioned problems, Suspenders are given in paragraph 107 of the stage-speed control model. explore the different stages of the control strategy. the

11、different conditions of safe operation and control of the principles and methods of calculation parameters.Key word: MCGS;stage;frequency conversion;industrial controlling computer 目 录摘 要 ABSTRACT第一章 绪 论41.1舞台机械简介41.2 国外舞台机械设备的发展状况51.3 国内舞台机械工程的历史与现状51.4 我国舞台机械工程发展的趋势61.5 论文主要内容61.6课题的主要创新点71.7 课题研究

12、的意义8第二章 上位机MCGS控制软件设计82.1 组态控制软件简介82.2 组态王软件的组成概述102.3 组态王软件的主要功能12第三章 下位机PLC的控制系统研究203.1可编程序控制器概述203. 2 OMROM的PLC小机型介绍213.3舞台吊杆控制系统的硬件设计243.4 舞台吊杆控制系统的软件设计30第四章 总 结41参 考 文 献43附录46第一章 绪 论1.1舞台机械简介简单、原始的机械装置出现在剧场，最早可以追溯到17世纪的欧洲。从古老的舞台机械装置到21世纪现代化大型复杂的机械化舞台系统，舞台机械的发展经历了近四个世纪。舞台机械的功能和作用随着舞台机械技术水平的发展得到了

13、极大的丰富和发展。从最初简单的景片移动和布景的迁换，到实现复杂的变换和运动，舞台机械成为舞台艺术不可或缺的表演手段，与舞台灯光、音响等共同创造了令人惊叹不已的舞台艺术效果。现代舞美对艺术的不断追求与创新，对舞台机械系统提出了更高的要求，舞台机械系统作为现代舞美艺术的载体也在不断创新，而舞台机械的发展与创新始终得益于科学技术的发展。随着科学技术的进步，一些高新技术和设备在舞台机械和控制系统中得到了广泛的应用。舞台机械可以理解为用于演出舞台、服务于表演艺术和舞台美术的专用机械设备，机械化舞台则是由若干台套舞台机械组合起来，采用计算机控制系统进行集中控制，可以按设计程序实现多种复杂机械运动的机电一体

14、化系统。从技术来分，主要包含机械和控制系统两个方面。20世纪以来，以计算机技术、信息技术为代表的高科技成果不断涌现，促进和带动了机械化舞台的发展。舞台机械是伴随着舞台艺术对布景不断增长的要求而发展起来的，从剧场发展的历史可以看出，中世纪的舞台用不同的景物象征剧情中的不同地点，古典舞台以一座固定不变的建筑物的立面象征街道，寺院，皇宫等背景。从文艺复兴时期开始，随着观众对戏剧欣赏品味的提高，己经不满足于静态的舞台布景，更爱看有丰富场景的戏，舞台设计人员开始尝试在舞台有限的空间内制造剧情中不同地点的幻觉，探索运用一些简单的舞台机械来实现布景快速更换的方法，根据剧情的需要烘托出气氛，制造出特殊的效果，

15、把布景作为表现剧情的一部分，同时通过布景新奇来吸引观众。在这一发展过程中，舞台与观众厅的体积都迅速增大，舞台技术也日趋复杂，复杂布景机械缘于意大利，以后在各国得到不断改进。从早期人力驱动的舞台机械，到由液压，电力驱动的吊杆系统，升降台，车台和转台系统组成的机械化舞台。如今，不论是传统的境框式舞台，还是中心式，伸出式等开敞式舞台，以及各种试验式剧场，都离不开舞台机械的使用。现代舞台机械以机械、电气、液压、气动、电子及人工智能计算机技术为基础，同建筑、美术、文艺表演和观众心理及行为科学密切相关。它融科学技术和文化艺术为一体，从一个侧面展示了一个国家的科学技术水平。1.2 国外舞台机械设备的发展状况

16、国外舞台机械的发展以欧洲为典型，最早在17世纪出现了镜框式舞台，为舞台机械的使用提供了载体，在此之前则普遍是露天剧场以及观众环绕的敞开式舞台。台设备只有少量的木制器具，还算不上真正的舞台机械。19世纪后期，欧洲出现了木铁合制的较为复杂的舞台机械。大都用人力推动绞盘驱动，通过复杂的滑车绳索系统传动来实现其动作。1876年落成的巴黎大剧院舞台第一个安装了水压式的机械升降台。1896年，电力驱动的转台出现于德国慕尼黑地方剧院。1904年到1914年间德来士顿国家剧场把升降台与车台结合起来形成了世界上第一个混合型的机械舞台。从18世纪末到19世纪初的近百年间，欧洲的舞台机械随着舞台艺术和工业技术的发展

17、而空前发展。1.3 国内舞台机械工程的历史与现状我国传统的舞台艺术以戏剧为主，由于历史的美学观念以及技术上的原因，明清以前的宫廷戏台，民间寺庙，茶园和会馆中的戏台都是敞开式舞台本 世 纪 初，镜框式台口舞台传入我国，开始出现简陋的机械设备，上海“新舞台”剧场最早使用人力推动的转台，以后国内在各地陆续出现了一些简易的小转台，但从真正意义上讲，在1949年以前，我国舞台机械还是一片空白。新中国成立后，随着舞台艺术的蓬勃发展，对剧场建设和舞台机械提出了更高的要求。50年代，我国建成了建国以来第一批有机械化舞台的剧场，如:旅大人民文化俱乐部剧场，北京首都剧场，天桥剧场和人民大会堂等。70年代建成的广州

18、友谊剧院，南宁剧院等都装备了成套的舞台机械。但当时的设备大都是一些单一功能的吊杆机，大幕拉幕机，固定式单层转台以及乐池液压升降机等设备。国内没有形成生产规模，因而水平不高，质量较低。到 80 年 代初，随着改革开放的步伐，科学技术突飞猛进，舞台艺术百花齐放，给舞台机械创造了极好的条件，同时提出了更高的要求，国内相继出现了舞台机械制造的专业厂，投入了研制，设计开发和制造安装全过程，开发出了较高水平的产品，并建成了一批大型整套舞台机械装备的剧场。我国舞台机械技术工程师致力于自己的事业，近年来，不断应用现代科学技术，综合声，光，电子，机电，液控以及计算机技术创造出了具有国际先进水平的舞台机械设备。其

19、中，计算机控制自动定位吊杆机，数字控制自动定位吊杆机，计算机控制液压多块多层同步升降台，钢绳曳引式薄型升降台，丝杠传动双层剪刀撑组合升降台，丝杠传动双片剪刀撑子母升降台，防火隔音隔离幕，变频调速升降对开上功能无级大幕，旋转餐厅，迪斯科舞厅升降飞碟灯架，对开活动灯架，杂技厅旋转飞人机构和活动假台口等最具时代特色，有些已经赶上和超过了国际先进水平。目前我国舞台机械产品已形成技术先进，品种齐全，按价分档的状况。为全国数百家大小剧场分别提供了不同档次，不同种类的成套设备。其中，北京的“中国剧院”，“中国文联剧场”，四川“锦城艺术宫”，长春“吉林省东方大剧院”，济南军区“八一礼堂”等、都是80年代装备的

20、全部国内设计制造的机械设备。主要有大幕拉幕机，电动吊杆机，灯光吊笼，假台口，液压双层三片升降台和机械车台等。控制手段采用了电液比例同步技术，数字脉冲吊杆自动定位技术和计算机控制技术，使国内舞台机械制造技术迈上了有新的台阶。1.4 我国舞台机械工程发展的趋势国内外从事舞台机械研究主要是行业内的生产企业，高校和纯科研院所参与研究的单位不多。多数生产企业开发的计算机吊杆控制系统没有追踪、了解最新的控制技术，表现为控制技术落后，凭过去的技术和经验埋头办事。多年来，随着技术的不断进步，吊杆的控制方式经历了从继电器接触器控制系统到计算机控制系统，计算机控制方式也经历了直接数字控制系统（DDC）到集散式控制

21、系统（FCS）；吊杆的控制功能也经历了从无任意定位功能到有任意定位功能；从无调速功能到有调速功能；从无参数存储功能到有参数记忆功能。近年来，由于组态技术的发展，基于通用组态软件，以IPC为上位监控机，以PLC为数据采集和控制机而构成的集散式（分布式）控制系统是主流方向。而嵌入式系统，因其开发能力要求高，尽管硬件成本较低，目前还不太适合于舞台吊杆控制系统中。组态控制技术是计算机控制技术发展的结果，采用组态技术计算机控制系统的最大特点是从硬件设计到软件开发都具有组态性，因此系统的可靠性和开发速度提高了，开发难度下降了。组态软件的可视化和图形化管理功能也为生产管理和运行维护提供了方便。舞台吊杆的控制

22、理当也应顺应这一趋势。1.5 论文主要内容本课题在舞台机械设备已经存在的前提下，完成对升降舞台、乐池的控制系统的设计，主要有如下几个方面的工作需要完成:（一）选择合适的计算机类型作为控制的核心，采用简单合理的系统结构实现对舞台机械设备的控制。具有计算机自动控制功能和手动控制功能相结合的控制系统。两套控制系统各自独立，互为备用。（二）无论计算机控制还是手动控制，吊杆均能进行完成升降、定位（任意位置）、调速和单控/集控功能。计算机控制还应具有编场功能，就是将整个剧目需要运行的设备设置成多个场次，编成程序，在上位机监控下，按单场/全场两种方式运行。（三）计算机控制系统应具有良好的人机界面，操作方便直

23、观，具有单控、集控和编场运行功能，对每道吊杆可以预置运行速度、定位位置等多种运行参数，吊杆数量与可编场数可以无限扩展。系统应还具有断电记忆、故障诊断、保存操作记录等功能，同时还具有联网、远程监控功能。吊杆位置由8位绝对值编码器检测，PLC读入并计算吊杆离开地面的绝对距离，记忆在PLC内存中，同时上位机实时监测显示吊杆位置，分场次将数据存储在硬盘里，可供多个演出的需要。PLC编程时采用很多先进算法，包括绝对值编码器过零算法、吊杆运行变频器升降速曲线控制算法、定位误差自适应学习算法等。（四）目前的吊杆提升大都采用三段式速度控制模型。但是采用这样的速度给定.钢丝绳上的张力变化剧烈.从而会引起钢丝绳的

24、摆动.对提升系统会造成有害的冲击。影响整个提升设备的使用寿命。针对上述问题，给出了舞台吊杆七段式速度控制模型.探讨了不同阶段的控制策略.提出了不同工况下安全运行与控制参数之间的计算原则与方法。1.6课题的主要创新点（一）采用七段式速度控制模型。目前的吊杆提升大都采用三段式速度控制模型。但是采用这样的速度给定，钢丝绳上的张力变化剧烈，从而会引起钢丝绳的摆动，对提升系统会造成有害的冲击，影响整个提升设备的使用寿命。针对上述问题，给出了舞台吊杆七段式速度控制模型，探讨了不同阶段的控制策略，提出了不同工况下安全运行与控制参数之间的计算原则与方法。（二）采用分布式控制系统。本吊杆控制系统控制对象众多，以

25、60道吊杆为例，120路输出驱动60台电机的正反转、停（对应于吊杆的升、降、停）；而输入的需处理的60路脉冲信号对应吊杆升降的距离，由电机输出的控制部分产生；上限、下限各60路信号由控制吊杆运行的行程开关产生。众多对象仅靠单机系统难以胜任，所以选用分布式控制系统。为减少系统之间的连线，子系统以串口通信方式同主机传递信息。（三）多路选通技术。本吊杆控制系统控制对象众多，虽然系统可操作60路吊杆，但在实际舞台演出中同时运行的吊杆数量应不会超过10杆。所以本系统采用ALTERA 10K20作为选路模块，由主机控制，将60路脉冲信号中要用的10路脉冲输出到计数模块。上限、下限信号是控制吊杆所能到达的最

26、高或最低位置的开关信号，当吊杆到达上限或下限位置接触到行程开关时，由行程开关改变输出电平，通知主机，并由主机通知输出停止吊杆运行。1.7 课题研究的意义随着中国经济的快速发展，城市化进程不断加快，许多新兴城市不断涌现，许多大、中城市都把建设现代化的剧院作为提升城市品味和满足市民文化娱乐需求的重要手段，许多现代化的剧院拔地而起。一座现代化的剧场的主要舞台设备有机械、灯光和音响三大块。舞台机械又可分为台上机械和台下机械，台上机械的主要设备为吊杆。舞台机械的控制系统是工业控制的一个组成部分；而舞台吊杆（悬挂在舞台上方，用作升降舞台布景、灯光设备）是其主要的控制对象。根据剧场的规模，吊杆的数量大约在3

27、060道之间，一般应具备升降、调速、定位和编组等功能。因为舞台吊杆要求定位精度较高，启动、停止响应较快，而且要求运行可靠、操作灵活；所以简单的继电器、按键、开关组合电路难以胜任。随着技术的不断进步和对舞台技术的要求越来越高，吊杆的控制方式经历了从继电器接触器控制系统到计算机控制系统，计算机控制方式也经历了直接数字控制系统（DDC）到集散式控制系统（DCS）；吊杆的控制功能也经历了从无任意定位功能到有任意定位功能；从无调速功能到有调速功能；从无参数存储功能到有参数存储功能。国内从事舞台机械研究主要的是行业内的生产企业，多数生产企业开发的计算机吊杆系统没有追踪、了解最新的控制技术，控制技术相对比较

28、落后，不能适应现代化的剧院对舞台技术的要求。第二章 上位机MCGS控制软件设计2.1 组态控制软件简介随着时代的发展和科技的进步，计算机控制系统的发展经历了直接数字控制系统(Direct Digital Control，DDC)到集散控制系统(Distributed Control System，DCS)的转变。目前，集散控制系统已成为计算机控制系统的主流。“组态(Configuration)”的概念是伴随着DCS的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。“组态”的含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，使计算机或软件能够按照预先设置自动执行特定的任务，达到使用者要求的目

29、的。组态软件是数据采集与过程控制的专用软件，它在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式(而不是编程方式)提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O设备，与高性能的工控计算机和网络系统结合，向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，进行系统集成。组态软件是目前工业自动化应用较为广泛的一种软件,随着现代化工业的飞速发展，生产装置的规模不断扩大，生产技术及工艺过程越来越复杂，对企业生产自动化和各种信息集成的要求也越来越高，传统的工业控制软件己无法满足用户的各种需求。在开发传

30、统的工业控制软件时，当被控对象一旦有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致其开发周期长;已开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低，导致它的价格非常昂贵；在修改工控软件的源程序时，倘若原来的编程人员因工作变动而离去时，则必须同其他人员或新手进行源程序的修改，因而更是相当困难。工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动化控制工程。组态软件大都由专业软件公司开发，提高了系统的成功率和可靠性减轻了工程开发人员的工作量。组态软件通常有以下几方

31、面的功能:(1) 强大的画面显示组态功能。目前，工控组态软件大都运行于windows环境下，充分利用windows的图形功能完备，界面美观的特点，提供给用户丰富的作图工具，可随心所欲的绘制出各种工业画面，并可任意编辑，从而将开发人员从繁重的画面设计中解放出来，丰富的动画连接方式，如隐含、闪烁、移动等等，使画面生动、直观。(2) 良好的开放性。社会化的大生产，使得系统构成的全部软硬件不可能出自一家公司的产品，“异构”是当今控制系统的主要特点之一。开放性是指组态软件能与多种通讯协议互联，支持多种硬件设备。开放性是商量一个组态软件好坏的重要指标。组态软件向下应能与低层的数据采集设备通讯，向上能与售理

32、层通讯，实现上位机和下位机的双向通讯。(3) 丰富的功能模块。提供丰富的控制功能库，满足用户的测控要求和现场要求。利用各种功能模块，完成实时监控、产生报表、显示历史曲线、实时曲线、提供报警等功能，使系统具有良好的人机界面，易于操作。系统既可适用于单机集中式控制，分布式控制，也可以是带远程通信能力的远程测控系统。(4) 强大的数据库。配有实时数据库，可存储备种数据，如模拟型，离散型，字符型等，实现与外部设备的数据交换。(5) 可编程的命令语言。有可编程的命令语言，使用户可根据自己的需要编写程序，增强图形界面。(6) 周密的系统安全防范。对不同的操作者，赋予不同的操作权限，保证整个系统的安全可靠运

33、行。(7) 仿真功能。提供强大的仿真功能，使系统并行设计，从而缩短开发周期。组态软件是面向过程监控与数据采集(supervisory control and data acquisition, SCADA)的软件平台，具有丰富的设置项目。组态软件也是一种开发平台，开发人员能够利用组态软件，根据应用对象及控制任务的要求，生成面向用户的控制系统。2.2 组态王软件的组成概述(1)工程管理器工程管理器主要作用就是为用户集中管理本机上的所有组态王工程。工程管理器的主要功能包括：新建工程、删除工程，搜索指定路径下的所有组态王工程，修改工程属性，工程的备份、恢复，数据词典的导入导出，切换到组态王开发或运行

34、环境等。(2)工程浏览器工程浏览器是组态王的一个重要组成部分，它将图形画面、命令语言、设备驱动程序、配方、报警、网络等工程元素集中管理，工程人员可以一目了然地查看工程的各个组成部分。组态王开发系统内嵌于组态王工程浏览器，又称为画面开发系统，是应用程序的集成开发环境，工程人员在这个环境里进行系统开发。(3)组态王画面开发系统组态王画面开发系统是应用程序的集成开发环境。工程人员在这个环境中完成界面的设计、动画连接的定义等画面开发系统具有先进完善的图形生成功能；数据库中有多种数据类型，能合理地抽象控制对象的特性，对数据的报警、趋势曲线、过程记录、安全防范等重要功能有简单的操作办法。(4)画面运行系统

35、ViewView是组态王软件的实时运行环境，用于显示画面开发系统中建立的动画图形画面，并负责数据库与I/0服务程序(数据采集组件)的数据交换。它通过实时数据库管理从一组工业控制对象采集到的各种数据，并把数据的变化用动画的方式形象地表示出来，同时完成报警、历史记录、趋势曲线等监视功能，并可生成历史数据文件。(5)信息窗口“组态王信息窗口”是一个独立的Windows应用程序，用来记录、显示组态王开发和运行系统在运行时的状态信息。信息窗口中显示的信息可以作为一个文件存于指定的目录中或是用打印机打印出来，供用户查阅。当工程浏览器、View , I/0设备等启动时，一般会自动启动信息窗口。2.3 组态王

36、软件的主要功能目前的微机监控系统中，制作上位机的监控程序方法有多种，如VB,VC等可视化编程工具制作控制界面，调用MSCOMM控件或利用Windows APT函数进行上下位机串口通讯;或直接利用工业组态软件来制作上位机程序。山于本系统涉及变量较多，功能要求齐全，所以选用工业组态软件来开发。当前流行的组态软件很多，如INTOUCH, FIX组态王、开物2000等，其中组态王6.5性价比高，网络通讯功能比较完善，能满足本系统要求，故采用之。“组态王”是在流行的PC机上建立工业控制对象人机接口的一种智能软件包，它以Windows98/ Windows 2000/ Windows NT4.0/ Win

37、dows XP中文操作系统作为其操作平台，充分利用了Windows图形功能完备，界面一致性好，易学易用的特点。它使采用PC机开发的系统工程比以往使用专用机开发的工业控制系统更有通用性，大大减少了工控软件开发者的重复性工作,并可运用PC机丰富的软件资源进行二次开发。组态王6.5完全基于网络的概念，支持真正客户一服务器模式和Internet/ Intranet浏览器技术，并且是一种可伸缩的柔性结构，根据网络规模大小，可以将不同站点设计成I/O服务器、报警服务器、数据服务器、登录服务器、校时服务器、客户机等，在系统扩展和变化时，有着极大的灵活性。组态王6.5设计成全冗余结构，在五个层面上提供了冗余:

38、10通道冗余、双设备冗余、双网冗余、双机冗余、双系统冗余。组态王 6.5设计成一个完全意义上的软件平台，允许用户进行功能扩展和发挥，它是一个ActiveX容器，无须编程即可将第三方控件直接连入组态王中:组态王6.5不仅是OPC客户，还是OPC服务器，可向任意支持OPC客户的软件提供数据;组态王6.5中的报警信息可直接输出到带ODBC接口的数据库中，象Access、SQL Server等；我们还提供了一套动态连接库，允许用户用V日、VC直接访问组态王的数据库，构筑功能更加强大的工控系统。组态王 6.5设计了报表系统和图库系统。可与Excel相媲美的内嵌式报表，功能强大，使用方便；所有图库全部更新

39、，具有动态改变图形外观的动画精灵:图形系统增加了无限色和过渡色；通讯系统中增加在线连接、故障诊断、远程拨号以及许多实用的辅助工具。组态王6.5已达到或超过国外高档进口软件几乎所有的功能，而且在许多方面更加适合中国用户的特点和需求。如，累积算法，多段线性化、内嵌式报表、远程拨号、动画连接向导、特殊动画效果等。2.4 利用组态王设计舞台控制系统针对舞台吊杆控制的技术要求，综合系统的软硬件因素，力求达到系统的最优配置，本项目采用集散式控制系统。以单吊杆设计为例，采用组态王6.5组态软件开发上位机操作系统（人机界面）。软件工作平台WINDIW98/NT/XP。人机界面的组态过程如下：1.设计图形界面（

40、定义画面）2.定义设备3.构造数据库（定义变量）4.建立动画连接5.运行和调试需要说明的是，这五个步骤并不是完全独立的，事实上，这四个部分常常是交错进行的。在用组态王画面开发系统编制工程时，要依照此过程考虑三个方面：图形 用户希望怎样的图形画面？也就是怎样用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。数据 怎样用数据来描述工控对象的各种属性？也就是创建一个具体的数据库，此数据库中的变量反映了工控对象的各种属性，比如温度，压力等。连接 数据和图形画面中的图素的连接关系是什么？也就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行，以及怎样让操作者输入控制设备的指令。（1）建立组态王新工程要建

41、立新的组态王工程，请首先为工程指定工作目录（或称“工程路径”）。“组态王”用工作目录标识工程，不同的工程应置于不同的目录。工作目录下的文件由“组态王”自动管理。（2）创建组态画面进入组态王开发系统后，就可以为每个工程建立数目不限的画面，在每个画面上生成互相关联的静态或动态图形对象。这些画面都是由“组态王”提供的类型丰富的图形对象组成的。全面支持键盘、鼠标绘图，并可提供对图形对象的颜色、线型、填充属性进行改变的操作工具。“组态王”采用面向对象的编程技术，使用户可以方便地建立画面的图形界面。用户构图时可以像搭积木那样利用系统提供的图形对象完成画面的生成。同时支持画面之间的图形对象拷贝，可重复使用以

42、前的开发结果。（3）定义设备 组态王把那些需要与之交换数据的设备或程序都作为外部设备。外部设备包括：下位机（PLC、仪表、模块、板卡、变频器等），它们一般通过串行口和上位机交换数据；其他Windows 应用程序，它们之间一般通过DDE 交换数据；外部设备还包括网络上的其他计算机。只有在定义了外部设备之后，组态王才能通过I/O 变量和它们交换数据。为方便定义外部设备，组态王设计了“设备配置向导”引导用户一步步完成设备的连接。本设计使用欧姆龙C系列PLC（当作仿真PLC）和组态王通信。仿真PLC可以模拟PLC为组态王提供数据。假设仿真PLC连接在计算机的COM1口。（4）构造数据库（定义变量）数据

43、库是“组态王”软件的核心部分，工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上，操作者在计算机前发布的指令也要迅速送达生产现场，所有这一切都是以实时数据库为中介环节，所以说数据库是联系上位机和下位机的桥梁。在View 运行时，它含有全部数据变量的当前值。变量在画面制作系统组态王画面开发系统中定义，定义时要指定变量名和变量类型，某些类型的变量还需要一些附加信息。数据库中变量的集合形象地称为“数据词典”，数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息。（5）建立动画连接定义动画连接是指在画面的图形对象与数据库的数据变量之间建立一种关系，当变量的值改变时，在画面上以图形对象的动画效果表示出来；或者由软

44、件使用者通过图形对象改变数据变量的值（参见 “第七章 动画连接”）。“组态王”提供了21 种动画连接方式：属性变化 线属性变化、填充属性变化、文本色变化位置与大小变化 填充、缩放、旋转、水平移动、垂直移动值输出 模拟值输出、离散值输出、字符串输出值输入 模拟值输入、离散值输入、字符串输入特殊 闪烁、隐含滑动杆输入 水平、垂直命令语言 按下时、弹起时、按住时一个图形对象可以同时定义多个连接，组合成复杂的效果，以便满足实际中任意的动画显示需要。（6）应用程序命令语言例程的编制单击工程目录显示区中的“应用程序命令语言”子成员项，然后双击目录内容显示区中的“请双击这儿进入<应用程序命令语言>

45、;对话框”按钮，进入了“应用程序命令语言”对话框。在“启动时”页面中输入如下程序：运行标志=0;吊杆动作=3;吊杆位置=3;高度=3;然后在“运行时”页面中输入如下程序：If (运行标志=0) /*按钮作用控制*/ 下降按钮=0; 上升按钮=0;If (运行标志=1) if (高度=6)!=(吊杆动作=6) /*越限设置*/ 下降按钮=0; 上升按钮=0; If (吊杆动作>=6) /*上限报警设置*/ 上限报警=1; else 上限报警=0; If (高度>=6) /*下限报警设置*/ 下限报警=1; else 下限报警=0; If (自动控制=0) if (吊杆动作<吊杆

46、位置) /*自动运行设置*/ 上升按钮=1; 下降按钮=0; 高度=高度-0.05; 吊杆动作=吊杆动作+0.05; If (吊杆动作=吊杆位置) 下降按钮=0; 上升按钮=0; if (吊杆动作>吊杆位置) 下降按钮=1; 上升按钮=0; 高度=高度+0.05; 吊杆动作=吊杆动作-0.05; If (自动控制=1) if (上升按钮=1&&吊杆动作<6&&高度>0) /*上升设置*/ 高度=高度-0.05; 吊杆动作=吊杆动作+0.05; else 上升按钮=0; If (下降按钮=1&&吊杆动作>0&&

47、;高度<6) /*下降设置*/ 上升按钮=0; 高度=高度+0.05; 吊杆动作=吊杆动作-0.05; else 下降按钮=0; （7）运行和调试组态王工程已经初步建立起来，进入到运行和调试阶段。在组态王开发系统中选择“文件切换到 View”菜单命令，进入组态王运行系统。在运行系统中选择“画面打开”命令，从“打开画面”窗口选择“舞台吊杆控制界面”画面。显示出组态王运行系统画面，即可看到各图案在运行时的情况。第三章 下位机PLC的控制系统研究3.1可编程序控制器概述可编程序控制器(Programmable Controller)，简称PC，是一种80年代初迅速发展起来的新一代工业控制装置。

48、它以原有的继电器逻辑控制系统为基础，逐步发展为以微处理器为中心，既有逻辑控制、计时、计数、分支程序、子程序等顺序控制功能，又有数学运算、数据处理、模拟量调节、操作显示、联网通信等功能的控制系统。为了避免与个人计算机PC相混淆，并兼顾可编程序控制器的发展历史，国内外许多资料仍将可编程序控制器简称为PLC，现代的可编程序控制器结构简单、编程方便、性能优越，可广泛应用于工业生产过程的自动控制.用PLC构成的机电一体化自动控制系统已成为当今工业发达国家自动控制的标准设备，自动化生产流水线普遍采用PLC网络控制系统，PLC己成为当今工业自动化的主要支柱之一3.2 OMROM的PLC小机型介绍（1）CPM

49、1A小型机的特点 CPM1A型可编程序控制器是OMRON97年在中国市场上推出的最新产品，其特点为: 1.体积小巧。其中最小的10点机型体积仅66 X 90 X 50mm3 2.有10点至40点多种CPU单元。CPU单元与扩展I/O并用，可完成10点到100点的输人输出要求。并有AC和DC两种电源型号可选择。 3.汇集了各种先进的功能。如高速响应功能，高速计数功能，中断功能，还备有2个模拟量设定。 4.充足的程序容量。具有2048字的用户程序存储器和1024字的数据存储器。 5可连接可编程终端.选用通讯适配器以相应的上位Link或高速NT Link与PT之间进行高速通讯。6编程环境与CQM1及

50、SYSMAC。等机种相同。由于原有SYSMAC支持软件及编程器都可继续使用，故系统的扩展及维护都可简单进行。（2） CPM1A小型机的通讯连接上位链接使用上位链接通信，可从上位计算机控制最多可达32台的包含CPM1A的PLC。连接应使用RS2320适配器，RS422适配器等。其中连接如下图所示是计算机与CPM1A1的连接。其中也可以用OMRON公司生产的PT和PLC连接，如下图所示：上图所示是电脑与多台CPM1A连接的方式。（3） 0MRON PLC的网络技术 OMRON PLC 的网络主要分为三层: Ethernet (以太) 网、Controller Link 控制器网、和Compo BU

51、S/ D/ S(元器件) 网,如下图所示Ethernet网属于信息网（HOST Links也是属于信息层）, 是OMRON的信息管理的高层网络, 其信息处理功能非常强。它支持FINS协议, 使用FINS命令可进行FINS通信、TCP / IP 和UDP/ IP 的Socket (接驳) 服务、FTP 服务。Controller Link 网也称控制器网,在PLC和PLC间、PLC和计算机之间可进行大容量的数据传递和数据共享。通信速率快, 距离长, 既有线缆系统又有光缆系统。Compo BUS/ D是一种开放的、多主控的器件网。开放性是其特色, 它采用的是Device Net 通信规约,其他厂家

52、的控制设备只要符合Device Net标准, 就可以接入其中,远程终端有开关量、模拟量,还能进行高速计数。这是一种较为理想、控制功能齐全、配置灵活、实现方便的分散控制系统。Compo BUS / S 也为器件网, 可实现一种高速的ON/ OFF 控制总线, 使用Compo BUS / S 的专用通信协议, Compo BUS / S 功能虽不及Compo BUS /D , 但实现简单。当降低速率后也可挂模拟量,主要用于高速的远程I/ O 控制。以太网Ethernet 网络即所说的以太网, 是FA(工厂自动化) 领域用于信息管理层上的网络, 它的通信速率高, 可达到100 Mbps , OMRO

53、N PLC 可支持10 M的以太网。以太网模块使PLC 可以作为工厂局域网的一个节点,在网络上的任何一台计算机都可以实现对它的控制。在OMRON 的PLC 中,中型机以上的PLC 才能上以太网, 可上以太网的PLC 有三种机型, CS1 系列、CV系列和C200H系列。在CS1 系列和CV系列上分别可直接装Ethernet 单元CS1W- ETN01 / 11、CV500 - ETN01。而在C200H上除了必须安装PC卡单元(C200HW- PCS01) , 并在PC 卡上插市售的以太网卡, 除此之外, C200H的CPU单元上还必须配通信板C200HW- COM01 /04 ,并用总线单元

54、将PC 卡单元与通信板连接起来。Controller Link控制器网Controller Link网络即控制器网络, 是FA(工厂自动化) 领域用于在PLC间、计算机和PLC间进行大容量数据交换的网络,它可在CQM1H、C200H、CS1 系列和CV系列的PLC间进行数据传递。而计算机可作为一个节点运行组态软件, 对PLC进行监控。Controller Link 支持数据链接、数据共享和信息通信(在需要时进行数据发送和接收) 。数据链接区域可自由设定构成一个数据链接系统。Controller Link 网络的连接可以是总线结构和环形结构,它的介质访问方式可以是令牌总线方式或令牌环方式。Com

55、po BUS/D网络Compo BUS/D是OMRON的一种开放、多主控的设备网,开放性是其特色,采用Device Net 的通信协议。其它厂家的设备,只要是符合Device Net 的标准, 就可以接入其中, 主要功能有远程开关量和模拟量的控制及信息通信, 是一种控制功能齐全、配置灵活、实现方便的分散控制网络。Compo BUS/D 支持下列两种类型的通信: 远程I/ O通信:无需编写特殊的程序,装有主单元PLC的CPU可以直接读写I/ O,从单元的I/ O点,实现远程控制; 信息通信: 安装主单元的PLC在CPU单元里执行特殊指令(SEND、RECV、CMND和IOWR,可以向其它主单元、从单元、甚至其它公司的设备读写信息,控制它们的运行。Compo BUS/D网络的功能如下图所示。Host link网 Host link网时OMRON推出较早，使用较广的一种网。上位计算机使用HOST通信协议与PLC通信，可以对网中的各台PLC进行管理与监控