目 录
摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 关键词．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 Abstract ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 Keywords ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1 绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
1.1 控制系统的发展状况．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
1.2舞台吊杆控制系统的发展状况．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
1.3 组态软件在我国的发展及国内外主要产品介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
1.4本课题的研究背景及意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 2 舞台吊杆控制系统简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
2.1 舞台吊杆系统概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
2.1.1 吊杆单元．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
2.1.2 吊杆具体参数 . .................................................... 8
2.2 组态王软件介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
2.3 PLC 的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3 舞台吊杆控制系统上位机软件实现．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
3.1 总体概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
3.2 点动控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
3.2.1 新建工程 . ....................................................... 12
3.2.2设备的连接和配置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
3.2.3 数据库构造 . ..................................................... 13
3.2.4 舞台吊杆点动系统画面设计 . ....................................... 14
3.2.5 舞台吊杆点动系统动画设计 . ....................................... 16
3.3 自动控制设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18
4 结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．... 20 参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.21
组态软件在舞台吊杆控制系统中的应用
摘要：本文介绍了组态王软件在舞台吊杆系统中的应用。组态软件通过对舞台吊杆系统的设计实现完成舞台吊杆的监测和控制舞台吊杆自动化信息系统建设:主要包括舞台吊杆远程监控、配电线路自动化系统等部分，其目的是利用现场监控系统，实现数据源头自动采集，借助舞台现有网络资源自动加载到实时数据库，为舞台管理部门应用提供开放的数据平台，使管理人员及时控制和掌握吊杆动态，从而实现整个舞台吊杆运行过程的自动化；并可以对取得的实时数据进行统计、分析、优化，从而为保证吊杆设备正常运转、降低演出生产成本提供重要依据。
关键词：组态软件；吊杆系统；现场监测
Configuration Software in the arena boom control system
application
Abstract ：This article introduced the configuration king software in stage suspension bar system application. The configuration software through completes the stage suspension bar to the stage suspension bar system design realization the monitor and controls the stage suspension bar automation information system construction mainly to include the stage suspension bar long-distance monitoring, part and so on distribution line automated system, its goal uses the scene supervisory system, realizes data source automatic gathering, with the aid of the stage existing network resources auto loading to the real-time database, applies for all levels of control section provides the opening the data platform, causes the administrative personnel promptly to control and to grasp the suspension bar tendency, thus realizes the entire stage suspension bar movement process automation; And may to the real-time data which obtains carry on the statistics, the analysis, the optimization, thus for guaranteed the suspension bar equipment normal work, reduces the performance production cost to provide the important basis.
Key words：configuration software;stage suspension bar system;scene monitor
1 绪论
“组态”的概念是伴随着集散型控制系统（distributed control system 简称DCS ）出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。在工业控制技术的不断发展和应用过程中，pc （包括工控机）相比以前的专用系统具有的优势日趋明显。这些优势主要体现在：pc 技术保持了较快的发展速度，各种相关技术已臻成熟；由pc 构建的工业控制系统具有相对较低的拥有成本；pc 的软件资源和硬件资丰富，软件之间的互操作性强；基于pc 的控制系统易于学习和使用，可以容易地得到技术方面的支持。在pc 技术向工业控制领域的渗透中，组态软件占据着非常特殊而且重要的地位。
组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的hmi （人机接口软件，human machine interface ）的概念，组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的hmi 的软件工具，或开发环境。在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写hmi 应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、scada 通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。
1.1 控制系统的发展状况
控制系统其实从20世纪40年代就开始使用了，早期的现场基地式仪表和后期的继电器构成了控制系统的前身。现在所说的控制系统，多指采用电脑或微处理器进行智能控制的系统，在控制系统的发展史上，称为第三代控制系统，以PLC 和DCS 为代表，从70年代开始应用以来，在冶金、电力、石油、化工、轻工等工业过程控制中获得迅猛的发展。从90年代开始，陆续出现了现场总线控制系统、基于PC 的控制系统等。
(1) 集散控制系统DSC 的发展历程
70年代中期，由于设备大型化、工艺流程连续性要求高、要控制的工艺参数增多，而且条件苛刻，要求显示操作集中等，使已经普及的电动单元组合仪表不能完全满足要求。在此情况下，业内厂商经过市场调查，确定开发的DCS 产品应以模拟量反馈控制为主，辅以开关量的顺序控制和模拟量开关量混合型的批量控制，它们可以覆盖炼油、石化、化工、冶金、电力、轻工及市政工程等大部分行业。
1975年前后，在原来采用中小规模集成电路而形成的直接数字控制器(DDC)的自控和计算机技术的基础上，开发出了以集中显示操作、分散控制为特征的集散控制系统 (DCS)。由于当时计算机并不普及，所以开发DCS 应强调用户可以不懂计算机就能使用DCS; 同时，开发DCS 还应强调向用户提供整个系统。此外，开发的DCS 应做到与中控室的常规仪表具有相同的技术条件，以保证可靠性、安全性。
在以后的近30年间，DCS 先与成套设备配套，而后逐步扩大到工艺装置改造上，与此同时，也分成大型DCS 和中小型DCS 两类产品，使其性能价格比更具有竞争力。DCS 产品虽然在原理上并没有多少突破，但由于技术的进步、外界环境变化和需求的改变，共出现了三代DCS 产品。1975年至80年代前期为第一代产品，80年代中期至90年代前期为第二代产品，90年代中期至21世纪初为第三代产品。
(2) PLC的诞生和发展
1968年，通用汽车公司的油压部门确立了第一个可编程控制器的标准，他们的目的是消除既复杂又昂贵的继电器控制系统。该设计规格需要固态系统和电脑技术，并要求能够在
工业环境中生存，也能够方便地编程，并且可以重复使用。到1969年，第一个PLC 诞生。当时称为可编程控制器，英文是Programmable Controller，缩写为PC 。由于第一代PLC 是为了取代继电器的，因此，采用了梯形图语言作为编程方式，形成了工厂的编程标准。这些早期的控制器满足了最初的要求，并且打开了新的控制技术的发展的大门。在很短的时间，PLC 就迅速扩展到食品、饮料、金属加工、制造和造纸等多个行业。
(3) 现场总线控制系统
现场总线技术是从80年代后期诞生的网络通信技术，经历十几年左右的发展，国际上出现了几个有代表性的现场总线标准和几个系列产品，较流行的有:
① 基金会现场总线
在现场总线标准的研究制订过程中，出现过多种企业集团或组织，通过不断的竞争，到1994年在国际上基本上形成了两大阵营，一个以Fisher-Rosemount 公司为首，联合Foxboro 、横河、ABB 、西门子等80家公司制订的ISP 协议；另一个以Honeywell 公司为首，联合欧洲150家公司制订的World FIP协议。这两大集团于1994年合并，成立现场总线基金会(Fieldbus Foundation,FF)，致力于开发国际上统一的现场总线协议。FF 的协议符合IEC1158-2标准，也称为SP50标准。
② Profibus现场总线
它是作为德国国家标准和欧洲国家标准的现场总线标准。该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出的。它采用OSI 模型的物理层、数据链路层。现场总线信息规范(FMS)型则只隐去了OSI 标准的第三至第六层，采用了应用层。
③ LonWork现场总线
它是由美国Echelon 公司于1990年正式推出的。它采用ISO/OSI模型的全部7层协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其最大传输速率为1.5Mbps, 传输距离为2700m ，传输介质可以是双绞线、光缆、射频、红外线和电力线等。
④ 控制局域网控制网络
最早由德国BOSCH 公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。CAN 结构模型取ISO/OSI模型的第1、2、7层协议，即物理层、数据链路层和应用层。
此外还值得一提的是，可寻址远程传感器数据公路(Highway Addressable Remote Transducer ，HART) 协议，它是由美国Rosemount 公司最早推出的一种兼容4～20mA 模拟信号和调制数字信号的现场总线协议。其数字通信由于采用调制/解调方式，属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡产品，因而在当前的过渡时期具有较强的竞争力，得到了较快的发展。
(4) 开放式控制系统
长期以来，制造与生产企业所采用控制系统大多是专用的、封闭的体系结构，其构成系统的硬件是按照各自的标准度身定制的。无论是DCS ，PLC 还是FCS ，虽然它们具有结构简单、技术成熟、产品批量大等优点，但相对日新月异的生产要求，也越来越暴露出其固有的缺点。在许多情况下, 当用户要想进行功能上的扩展或变化时，都必须求助于系统的提供商，如想把特殊要求融入到控制系统中去时，都是比较困难的。这无形中不仅提高了制造企业的成本，也成为控制系统升级换代的“瓶颈”。
由于市场竞争越来越剧烈，从而要求制造商具有较强的市场适应能力，这一趋势促成了一个新概念的产生，即模块化、可重构、可扩充的软硬件系统，这就是开放式控制系统。这一系统为制造厂提供了将其技术与任何第三方的技术或产品进行集成的可能性。
(5) PC-BASED控制系统
1981年，Mostek 、Motorola 、Philip 和Signetics 公司发明了VME 总线，1996年的新标准VME64(ANSI/VITA1-1994)将总线数据宽度提升到64位，最大数据传输速度为80Mbps 。由Force Computers 制定的VME64x 总线规范将总线速度提高到了320Mbps 。VME 总线工控机是实时控制平台，大多数运行的是实时操作系统，并由OS 制造商提供专用的软件开发工具开发应用程序。VME 总线最新产品已经采用了500MHz 的Pentium Ⅲ处理器。
由于用户希望使用与所熟悉的桌面PC 机相同的操作系统和开发工具，导致了开放式桌面PC 在工业环境中的直接应用。除了VME 总线工控机外，产生了一系列基于PC 的、与ISA/PCI总线标准兼容的嵌入式工控机，其中比较有代表性的是CompactPCI/PXI总线、AT96总线、STD 总线、STD32总线、 PC/104和PC/104-Plus总线嵌入式工业控制机。
随着Intel CPU 和Microsoft DOS/WINDOWS架构演变成事实上的标准(Wintel)，ISA/PCI总线加固型工业PC(IPC)开始向工业领域渗透。然而，虽然加固型工控机对基于大母板的桌面机进行了工业化改造，但其背板技术仍然存在许多缺点：不良的热设计、不良的连接方式、不标准的模板尺寸和有限的PCI 插槽数(最大4个) 等。因此，目前PCI/ISA工控机主要做控制系统的检测和管理机使用。
1995年6月PCI SIG正式公布了PCI 局部总线规范2.1版，同时PICMG 推出了第一个标准PCI/ISA无源背板总线标准。为了将PCI SIG 的PCI 总线规范用在工业控制计算机系统，1995年11月PCI 工业计算机制造者联合会(PICMG)颁布了CompactPCI 规范1.0版。由于CPCI 总线工控机良好地解决了可靠性和可维护性问题，而且基于Microsoft 的软件和开发工具的价位比较低，所以，CPCI 工控机得以迅速打入嵌入式产品市场。但相对于PCI/ISA加固型工控机而言，由于总体成本高、技术开发难度大、无源背板定义并不完全统一导致模板配套性差、电磁兼容性设计要求高等因素，CompactPCI 工控机在工业过程控制领域并未得到实际应用，反而在电信市场获得广泛应用。
(6) 控制系统的发展方向
当今生产世界的趋势是逐步增加的柔性，更大的可视性，更好的远程控制，和逐渐下降的成本。减少生产成本是通过减少库存、高的生产率、更好的质量控制和更好的产品设计。所有这些，需要更好和更容易的通信，从控制系统制造商的观点来看，它意味着控制系统必须要具有开放性。另外一个控制系统所必须具有的特性就是可靠性，包括高度的稳定性和对各种环境和事件的可预测的响应度。因此，开放性和可靠性，将是今后控制系统发展的主要方向。
1.2 舞台吊杆控制系统的发展状况
随着戏剧改革的不断演进，对舞台机械的功能要求也越发的增多。原先的机械以越来越不能满足现在和将来的要求，面对现状，穷则变，变则通，通则久。只有更新才是适应未来发展的需要。
舞台吊杆控制原来大都以手动控制为主，手动控制需要人手时间和效率都难以得到准确得保障，手动控制很难跟上现在舞台需求的变化。随着科技的发展，人们首先是使用单片机，编写简单的程序来实现对吊杆的控制。于是人们采用PLC 、工控机组成监控系统，后来组态软件产生，人们意识到组态不仅可以用于工业监控，也能用在舞台控制上，就用组态软件来代替工控机。
1.3 组态软件在我国的发展及国内外主要产品介绍 组态软件产品于80年代初出现，并在80年代末期进入我国。但在90年代中期之前，组态软件在我国的应用并不普及。究其原因，大致有以下几点：
①国内用户还缺乏对组态软件的认识，项目中没有组态软件的预算，或宁愿投入人力物力针对具体项目做长周期的繁冗的上位机的编程开发，而不采用组态软件；
②在很长时间里，国内用户的软件意识还不强，面对价格不菲的进口软件（早期的组态软件多为国外厂家开发），很少有用户愿意去购买正版。
③当时国内的工业自动化和信息技术应用的水平还不高，组态软件提供了对大规模应用、大量数据进行采集、监控、处理并可以将处理的结果生成管理所需的数据，这些需求并未完全形成。
随着工业控制系统应用的深入，在面临规模更大、控制更复杂的控制系统时，人们逐渐意识到原有的上位机编程的开发方式。对项目来说是费时费力、得不偿失的，同时，mis （管理信息系统，management information system）和cims （计算机集成制造系统，computer integrated manufacturing system）的大量应用，要求工业现场为企业的生产、经营、决
策提供更详细和深入的数据，以便优化企业生产经营中的各个环节。因此，在1995年以后，组态软件在国内的应用逐渐得到了普及。下面就对几种组态软件分别进行介绍。
①intouch：wonderware 的intouch 软件是最早进入我国的组态软件。在80年代末、90年代初，基于windows3.1的intouch 软件曾让我们耳目一新，并且intouch 提供了丰富的图库。但是，早期的intouch 软件采用ｄｄｅ方式与驱动程序通信，性能较差，最新的intouch7.0版已经完全基于32位的windows 平台，并且提供了opc 支持。
②fix：intellution 公司以fix 组态软件起家，1995年被爱默生收购，现在是爱默生集团的全资子公司，fix6. ｘ软件提供工控人员熟悉的概念和操作界面，并提供完备的驱动程序（需单独购买）。intellution 将自己最新的产品系列命名为ifix ，在ifix 中，intellution 提供了强大的组态功能，但新版本与以往的6. ｘ版本并不完全兼容。原有的script 语言改为vba （visual basic for application ），并且在内部集成了微软的vba 开发环境。遗憾的是，intellution 并没有提供6.1版脚本语言到vba 的转换工具。在ifix 中，intellution 的产品与microsoft 的操作系统、网络进行了紧密的集成。intellution 也是opc （ole for process control ）组织的发起成员之一。ifix 的opc 组件和驱动程序同样需要单独购买。
③citech：cit 公司的citech 也是较早进入中国市场的产品。citech 具有简洁的操作方式，但其操作方式更多的是面向程序员，而不是工控用户。citech 提供了类似ｃ语言的脚本语言进行二次开发，但与ifix 不同的是，citech 的脚本语言并非是面向对象的，而是类似于ｃ语言，这无疑为用户进行二次开发增加了难度。
④wincc：simens 的wincc 也是一套完备的组态开发环境，simens 提供类ｃ语言的脚本，包括一个调试环境。wincc 内嵌opc 支持，并可对分布式系统进行组态。但wincc 的结构较复杂，用户最好经过simens 的培训以掌握wincc 的应用。
⑤组态王：组态王是国内第一家较有影响的组态软件开发公司（更早的品牌多数已经湮灭）。组态王提供了资源管理器式的操作主界面，并且提供了以汉字作为关键字的脚本语言支持。组态王也提供多种硬件驱动程序。
⑥controx（开物）：华富计算机公司的controx2000是全32位的组态开发平台，为工控用户提供了强大的实时曲线、历史曲线、报警、数据报表及报告功能。作为国内最早加入opc 组织的软件开发商，controx 内建opc 支持，并提供数十种高性能驱动程序。提供面向对象的脚本语言编译器，支持activex 组件和插件的即插即用，并支持通过odbc 连接外部数据库。controx 同时提供网络支持和wevserver 功能。
⑦forcecontrol（力控）：大庆三维公司的forcecontrol （力控）从时间概念上来说，力控也是国内较早就已经出现的组态软件之一。只是因为早期力控一直没有作为正式商品广泛推广，所以并不为大多数人所知。大约在93年左右，力控就已形成了第一个版本，只是那时还是一个基于dos 和vms 的版本。后来随着windows3.1的流行，又开发出了16位windows 版的力控。但直至windows95版本的力控诞生之前，他主要用于公司内部的一些项目。32位下的1.0版的力控，在体系结构上就已经具备了较为明显的先进性，其最大的特征之一就是其基于真正意义的分布式实时数据库的三层结构，而且其实时数据库结构可为可组态的活结构。在1999~2000年期间，力控得到了长足的发展，最新推出的2.0版在功能的丰富特性、易用性、开放性和i/o驱动数量，都得到了很大的提高。在很多环节的设计上，力控都能从国内用户的角度出发，即注重实用性，又不失大软件的规范。另外，公司在产品的培训、用户技术支持等方面投入了较大人力，相信在较短时间内，力控软件产品将在工控软件界形成巨大的冲击。
其他常见的组态软件还有ge 的cimplicity ，rockwell 的rsview ，ni 的lookout ，pcsoft 的wizcon 以及国内一些组态软件通态软件公司的mcgs ，也都各有特色。总的来讲 ，目前的组态软件品种繁多、性能不一、各有优缺点:国外的软件功能完善、通用性强、但价格昂贵，而且存在界面汉化问题，往往又因为汉化不彻底而造成产品不成熟，不能满足国内用户的要求; 国内的软件功能不够完善，通用性较差但价格较低，特别适合一般中、小型企业。
1.4 本课题的研究背景及意义
舞台吊杆系统实现安全自动化监控是实现连续、安全使用舞台吊杆的必然要求。目前，国内的舞台吊杆系统大多采用人手动调控，由于目前舞台吊杆系统人为因素十分重要，导致了舞台吊杆系统运行效率不高，不符合现代监控系统的要求。传统上位机监控软件的主要功能是软件人员通过编程实现的，工作量大、可靠性差、通用性和灵活性低，监控对象的每一个改变都要重新设计修改程序，程序的使用率低，价格昂贵。
近几年随着计算机技术、以太网技术、工控组态软件技术的日渐成熟，为舞台吊杆系统的安全自动化提供了一个新的发展机遇。正是在这种背景下，本课题采用组态软件，实现了对舞台吊杆现场的实时运行和监控。
课题针对舞台吊杆系统，采用组态王软件主要完成以下任务:构建基于组态软件的舞台吊杆控制系统；采用组态软件，对舞台吊杆系统进行实时、动态监控。
2舞台吊杆控制系统简介
2.1 舞台吊杆系统概述 舞台机械是舞台设备的主干，是影剧院礼演堂的重要组成部分，对舞台幕布、舞台灯光的设计起至关重要的作用！舞台机械设计的好坏直接影响到舞台的整体效果，他就好比一幢大楼的根基一样！而且舞台机械设计和安全也有很大的关系，舞台机械主要由舞台吊杆组成--有幕布吊杆、灯光吊杆和景物吊杆！ 舞台吊标分为电动和手动两种, 它主要用于悬吊和升降各种幕布、灯具、布景等物，是上下左右频繁移动机械, 所以吊杆也是舞台安全的主要系数。电动吊杆的作用可以降低工作人员的劳动强度，起至事半功倍的效果, 如果一个舞台的深度有14米, 我们可以为他设置电动吊杆38道，其中24道景杆（含一道前沿幕）、14道备用吊杆（包括2道二维侧光灯架），一道升降电影银幕架、1道灯光渡桥及无极均匀伸缩大幕机1套。
通过我们多年使用舞台吊杆机械的经验, 我们认为泰州长江影视工程设备厂生产的产品，性能最稳定，安全最可靠，已经被上百家剧院采用。其运用了蜗轮蜗杆减速系统、材质为锡青铜，磨擦系数小，传动效率高。有防冲顶保护、上下限保护。滑轮为镀锌防跳绳花轮，安装不须焊接在滑轮梁上，如焊死，以后维修、调整极不方便。长江影视设备厂的滑轮都是用抱箍罗栓固定。当吊杆升、降至某一位置时，ABS 抱死系统立即断火紧锁马达，这样确保吊杆停至此位置下滑系数最小, 安全性达到最高。且强弱电分开控制。
2.1.1 吊杆单元
其用来执行控制台发出的命令，完成升降任务。吊杆单元是由：电机、信号器、车盘、定位块、钢丝绳、轨道、横架梁、吊杆等组成。
（1）电机：用来升降吊杆，达到换景片的作用。是可调变速电机, 通过可控硅来控制电机转动速度。另外还有3档速度可调，快、中、慢。而且，电机还可单独横向移动位置，并可以去掉吊杆，单用钢丝绳升降布景，起到特殊的用途。此电机，是在佛山市正大机电（集团）公司，电磁调速电动机YCT 基础上进行改进的产品。YCT 是一种交流恒转矩调速电动机，通过可控硅进行控制，从而达到均匀无级调速。调速范围最大可达10:1，且控制功率小，便于自控和遥控。
（2）信号器：好比电机的大脑，它是吊杆单元的重要组成部分，是单元的灵魂。没有它整个程控系统便没有了魅力。它是吊杆单元的信息处理器，通过它来控制电机的运转，以及将吊杆的数据传输回主机。
（3）计程器：它集成在信号器内。将电机轴的运转圈数转换为实际的米数，再通过软件在屏幕上形成吊杆升降的图象。使吊杆的升降更为准确。
（4）钢丝绳：钢丝绳是用来连接吊杆与电机的, 起到伸拉作用。
（5）定位块：它是用来固定电机的，使电机固定在轨道上。去掉它，可使电机横向左右移动，增加其灵活性。
（6）横架梁：是用来承载电机和轨道的。
（7）车盘：是用来移动电机的。
（8）轨道：固定电机运行的方向。
（9）吊杆：吊杆上半部是圆形，而下半部是平底。这样有利于与其它组件连接的固定性。
（10）卡子：是用来将吊杆和钢丝固定连接使用的。
2.1.2 吊杆具体参数
舞台机械的具体参数: A 、景物吊杆技术参数如下： 电机功率：2.2KW 吊点数：4个 升降速度：0.27m/s 杆体长暂定：16米 电机转速：1400转/分 速比为： 40：1 提升荷载为：400KG 杆体为钢管 控制方式：点控 该型吊相具有上下限位，冲顶保护装置。制动形式：蜗轮、蜗杆自锁，电磁抱闸。噪音≤45dB. 吊杆杆体用两根Φ50黑铁管焊接成吊杆，中间接头内衬钢管。最后均刷防锈漆两遍，外层喷黑色油漆。 B、灯光吊杆技术参数如
下： 电机功率：3KW 吊点数：4个 升降速度：0.18m/s 杆体长暂定：14米 电机转速：1400转/分 速比为： 50：1 提升荷载为：600KG 杆体为?50黑铁管吊杆 控制方式：点控 该型吊杆具有上下限位，冲顶保护装置。制动形式：蜗轮、蜗杆自锁，电磁抱闸。噪音≤45dB 。 吊杆杆体用Φ50；黑铁管焊接成吊杆，中间接头内衬钢管。最后均刷防锈漆两遍，外层喷黑色油漆。 舞台机械设计原则1、 钢结构 a) 所有承重的钢结构件，其结构刚度大于1：1000 b) 钢结构件应设计合理，钢结构及其接头应能承受最大额定载荷和由紧急停车造成的冲击载荷； c) 钢结构件所用材料应符合有关标准； d) 钢结构焊缝须符合有关规定，主要焊缝应进行无损探伤检查； 2、 吊物与卷扬装置 ① 卷扬机 卷扬机上的电动机和制动器应联合动作，只有电动机电源接通时，才能许可制动器打开；万一制动器打开，而电动机没有接通电源 时，只许吊杆（负载）静止或低速下降； ② 卷筒组件 ※ 卷筒直径不小于钢丝绳直径的30倍； ※ 卷筒用优质灰铸铁或厚壁无缝钢管焊接并经精确机械加工而成； ※ 钢丝绳屿卷筒绳槽中心线的夹角应中于2.5度； ※ 卷筒组件应设计防止钢丝绳在负荷或松驰状态下跳槽的装置。 ③ 滑轮 ※ 滑轮的节圆直径，不应小于钢索直径的28倍； ※ 滑轮及滑轮组应采用滚动轴承支承； ※ 滑轮及滑轮组应有防止钢丝绳脱槽的保护装置。 ※ 钢丝绳与滑轮的偏角不超过2.5度。 ④钢丝绳 ※ 悬吊钢丝绳应为带有人造纤维芯的软钢丝绳； ※ 预先检验：供货时所有的钢丝绳均应分批测试； ※ 现场处理：钢丝绳在安装期间应小心处理，不能以任何方式技术打结或损坏；受损或变形的钢丝绳不予接收。所有切断头都应妥善处理； ※ 安装：钢丝绳不应与设备的固定或移动部分磨擦，在有损坏或卡住风险的地方，应采取正确防护措施； ※ 悬挂支承：穿过顶楼的转向滑轮或在其它需要悬挂支承的地方，钢丝绳应在滑轮上进行支承。 ⑤ 钢丝绳配件 ※ 钢丝绳配件应采用表面镀锌的标准配件； ※ 钢丝绳配件规格尺寸与钢丝绳匹配； ※ 使用钢丝绳夹的地方，每个接头至少使便用3个正确安装的绳夹。 3、 吊杆 a) 吊杆采用圆管杆或桁架杆，管子或构架应平直、无扭曲变形； b) 管杆采用优质无缝钢管制造； c) 杆的接头应尽量少，接头采用实心圆棒与管子配合； d) 悬吊钢丝绳的端头用单独安装于杆上的调节装置进行调整； e) 管端：管端应配有带醒目颜色的永久性塑料帽或钢封头； 4、 限位、定位、超程开关 a) 限位及定位开关 i. 行程终止限们开关：行程终止限位开关应能测出设备正常行程绺并使之停车； ii. 中间定位开关：在合适的地方配置中间定位开关和减速开关； iii. 直接碰撞限位开关：行程终止限位开关也可选用直接碰撞限位开关。 b) 超程限位开关 超程限位开关：所有电动设备都应安装单独的超程限位开关，以防行程终止限位开关发生故障导致机械损伤。 ４、 电动机 a) 工作循环：舞台机械按断续操作设定。每个工作循环规定为在载荷条件下6次全行程运转并有15min 停顿； b) 电动机型号：舞台机械的伟动装置，采用国内第一品牌上海跃进电动机。 c) 功率因素：所有电动机的功率因素应大于或等于0.85。
2.2 组态王软件介绍
组态王软件经过七年开发，五年的各种突发环境的真实考验，九千例工程（钢铁，化工，电力，国属粮库，邮电通讯，环保，水处理，冶金等各行业）的现场运行（包括" 中华世纪坛" 国家标志性工程），现已成为国内组态软件的客户首选，并且作为首家国内组态软件应用于国防，航空航天等重大领。
组态王6.0具有如下十大特点：
一、工程管理
对于系统集成商和用户来说，一个系统开发人员可能保存有很多个组态王工程，对于这些工程的集中管理以及新开发工程中的工程备份等都是比较烦琐的事情。组态王工程管理器的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、删除工程，对工程重命名，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环境等。另外，组态王6.0开发系统工程加密，画面和命令语言导入、导出功能。
二、画面制作系统
（1）支持无限色和过渡色 组态王6.0调色板支持无限色，支持二十四种过渡色效果， 组态王的任一种绘图工具都可以使用无限色，大部分图形都支持过渡色效果，巧妙地利用无限色和过渡色效果，可以使您轻松构造面无限逼真、美观的画面。
（2）图库 使用图库具有很多好处：降低了工程人员设计界面的难度，缩短开发周期；用图库开发的软件将具有统一的外观，方便工程人员学习和掌握；利用图库的开放性，工程人员可以生成自己的图库元素，" 一次构造，随处使用" ，节省了工程人员投资。6.0图库全新改版，提供具有属性定义向导的图库精灵，用户只需稍做调整即能制作具有个性化的图形。 （3）按钮和图形 组态王6.0支持按钮的多种形状和多种效果，并且支持位图按钮， 用户可以构造无限漂亮的按钮。另外，组态王6.0支持多种图形格式，如Gif 、Jpg 、 Bmp等，用户可以充分利用已有的资源，轻松构造自己功能强大且美观的应用系统。
（4）可视化动画连接向导 通过可视化图形操作，直接完成移动、旋转的动画连接定义。 三、报警和事件系统
组态王6.0报警系统全改版，便、灵活、可靠、易于扩展的特点。组态王分 布式报警管理提供多种警管理功能。包括：基于事件的报警、报警分组管理、报警优先级、报警过滤、新增死区和延时概念等功能，以及通过网络的远程报警管理。组态王还可以记录应用程序事件和操作员操作信息。报警和事件具有多种输出方式：文件、数据库、打印机和报警窗，并且可以利用控件等工具轻松浏览和打印报警数据库的内容。 四、报表系统
组态王6.0提供一套全新的、集成的内嵌式报表系统，内部提供丰富的报表函数，用户可创建多样的报表。提供报表工具条，操作简单明了，比如：日报表的组态只需用户选择需要的变量和每个变量的收集间隔时间；提供报表模板，方便用户调入其它的表格。报表能够进行组态，例如有日报表、月报表、年报表、实时报表的组态，另外，报表打印时可以进行预览和页面设置。 五、控件
组态王6.01支持Windows 标准的Active X 控件（主要为可视控件），包括Microsoft 提 供的标准Active X控件和用户自制的Active X控件。Active X控件的引入在很大程度上方便了用户，用户可以灵活地编制一个符合自身需要的控件，或调用一个已有的标准控件，来完成一项复杂的任务，而无须在组态王中做大量的复杂的工作。一般的 Active X 控件都具有属性、方法、事件，用户通过控件的这些属性、事件、方法来 完成工作。组态王6.0版本中新增三个功能强大的控件，即数据表格控件（可将ODBC 数据源里的大量数据在组态王中进行显示和打印）；历史曲线控件（可动态增删曲线，进行曲线比较，并且数据来源可以是ODBC 数据源）；PID 调节控件（对过程量进行闭环控制，可实现三种pid 控制算法：标准型，归一参数型，和近似微分型）。 六、OPC
全面支持OPC 标准（组态王6.0既可以作为OPC 服务器，也可以作为OPC 客户端）开发人员可以从任何一个OPC 服务器直接获取动态数据，并集成到组态王中；同时组态王作为OPC 服务器，可向其他符合OPC 规范的厂商的控制系统提供数据。OPC 节省了不同厂商的控制系统相连的工作量和费用。并且组态王提供SDK 开发包，用户可以自己利用VC ，VB 编制程序，利用组态王的OPC 接口来访问组态王的变量和变量的域。 七、通讯系统 （1） 支持远程拨号组态王6.0支持与远程设备间通过拨号方式进行通讯。组态王的远程拨号与组态王原有驱动程序无缝连接，硬件设备端无需更改程序。利用远程拨号能实时显示现场设备运行状况，随时打印，报警和历史数据自动上传等功能。
（2）开发中进行硬件测试 开发系统中有硬件测试界面，在不启动运行系统的情况 下，能测试对硬件设备的读写操作，并且IO 变量支持时间戳和质量戳，能随时判断数据采集的时间和检查通讯质量的好坏。
（3）支持网络DDE ，组态王6.0版本支持win2000操作系统下的DDEshare 方式，实现组态
王与excel 和vb 程序间通过网络进行数据交换。 八、安全系统
组态王6.0采用分级和分区保护的双重保护策略。新增用户组和安全区管理，999个不 同级别的权限和64个安全区形成双重保护，另外组态王能记录程序运行中操作员的所有操作。 九、网络功能
组态王6.0完全基于网络的概念，是一种真正的客户--服务器模式，支持分布式历史数据库和分布式报警系统，组态王的网络结构是一种柔性结构，可以将整个应用程序分配给多个服务器，如指定报警服务器和历史数据记录服务器，这样可以提高项目的整体容量结构并改善系统的性能。 十、冗余系统
组态王6.0提供全面的冗余功能，能够有效地减少数据丢失的可能，增加了系统的可靠性， 方便了系统维护。组态王提供三重意义上的冗余功能，即双设备冗余、双机冗余和双网络冗余。对于这三种冗余方式，设计者可综合运用，可以同时采取或采取其中的任意一种或两种。采用冗余后，系统运行时将更加稳定、可靠，对各种情况都能应付自如。
2.3 PLC的选择
本课题选用LG 公司生产的Master-K120S 型PLC 。标准型Master-K120S 具备0.1μs/步的高速处理速度，最大I/O容量可以达到120点，无需电池从而使用超级电容保存程序数据，内置RS485通讯功能，先进的高速计数功能和PID 功能。扩展模块种类增加，功能强大。其中K7M-DRTX0S （X=2、3、4、6）型号是晶体管和继电器混合输出型，具备4个晶体输出，具有高效的位置控制功能（1轴，100KHz ；2轴，50KHz ）。简易型K120S 摈弃了许多内置功能，仅仅拥有简单的开关量功能，程序容量仅有2K ，适用于小型的，简单的机械设备控制。 K120S 利用输入滤波功能，可以防止由于输入信号或外部烦扰引起的误动作，并且他还具有内置的PID 控制功能，可以在不需要外挂PID 模块的情况下构成PID 控制系统。
K120S 无需像其他PLC 需要要外接24V 的电源，这样用户的程序就可以永久的保存在EEPROM 当中，当在扫描时用户修改的程序，将自动被保存到EEPROM 当中，不许另加存贮模块。为了防止误操作，K120S 还可以通过密码防止对PLC 的读写操作。
在通讯功能方面，K120S 采用的是国际标准的、开放的通信协议规范，当K120S 之间或者与其他设备之间无法使用用户自定义协议时，可以使用无协议通讯。
标准型K120S 具备0.1μs/步的高速处理速度，最大I/O容量可以达到120点，无需电池从而使用超级电容保存程序数据，内置RS485通讯功能，先进的高速计数功能和PID 功能。
3 舞台吊杆控制系统上位机软件实现
3.1 总体概述
本课题设计的舞台吊杆系统是应用北京亚控科技公司生产的组态王软件设计的系统。。系统的主要任务是通过组态王软件与PLC 的数据交换实现对吊杆的控制。因此在组态王软件里建立一个良好的工程，使组态软件能迅速，方便，准确的控制舞台吊杆的运行状况，是系统设计好坏的的重要指标. 根据现场应用的需要，本课题需要设计两个工程：点动控制工程，自动控制工程。
3.2 点动控制
舞台吊杆点动控制即是指在控制过程中采用组态王设计的点动工程，通过对界面按扭的点击对吊杆的运行进行控制。本设计中对象为8根舞台吊杆。进行工程设计首先必须完成新建工程，设备的配置，构造数据库，通信设置几个步骤。 3.2.1 新建工程
在组态王软件的工程管理器目录显示区点击“文件”新建工程，如图3.1所示：
图3.1 工程建设向导一
单击“下一步”继续。弹出“新建工程向导之二对话框”，如图3.2 所示：
图3.2 工程建设向导二
在工程路径文本框中输入工程路径，单击“下一步”继续。弹出“新建工程向导之三对话框”，如图3.3所示：
图3.3 新建工程向导三
设工程名为舞台吊杆，然后把此工程设为当前工程，双击该信息条或单击“开发”按钮或选择菜单“工具\切换到开发系统”，进入组态王的开发系统。即可开始舞台吊杆系统的设计。
3.2.2 设备的连接和配置
组态王公司在开发软件的同时，开发了大部分常用工业控制器的驱动程序，对于用户只需进行相应的配置就可以完成设备和组态王连接，本系统中的设备为LG Master-K120S PLC ，它对应组态王的驱动为：金星PLC MASTER-K-XXXS 驱动，同过组态王下的“安装工具\安装新的驱动”辅助工具安装驱动程序，然后进行配置如下：
① 在组态王工程浏览器的左侧选中“COM1”，在右侧双击“新建”，运行设备配置向导；
② 选择“PLC ”下的“LG ”的“MASTER-K-XXXS ”项，为外部设备选择串口。设为COM1。单击“下一步”；
③ 为外部设备取一个名称，输入LG ，单击“下一步”；
④ 填写设备地址，设为0。单击“下一步”；（注：连接实际设备时。地址的设置要和在设备上配置的地址要一致。）
⑤ 设置通信鼓掌恢复参数（系统默认即可），单击“下一步”； ⑥ 检查各项设备，确认无误后。单击“完成”。 3.2.3 数据库构造
数据库是“组态王”软件的核心部分，舞台吊杆现场的运行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舞台吊杆现场，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，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。
选择工程浏览器左侧大纲项“数据库\数据词典”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，弹出“变量属性”对话框如3.4所示：
图3.4 “变量属性”对话框
定义一个“上升”变量，在变量类型中选择“I/O离散”，选择连接设备为“LG ”，数据类型为“Bit ”, 寄存器选择为M0001。其他为系统默认值。其他变量的定义方法与上面定义“上升”变量的方法一样。整个系统定义的变量如表3.1所示：
表3.1 定义变量
3.2.4 舞台吊杆点动系统画面设计
在工程浏览器中选择新建一个画面。出现“新画面对话框”。如图3.5所示：
图3.5 新画面
图3.5 新画面
设画面名称为“舞台吊杆手动系统”，点击“确定”，出现开发系统画面如图3.6所示：
图3.6 开发系统画面
在开发系统画面上，先利用工具箱选择“圆角矩形”绘出三个同样大小的矩形框，每个框相当于一个按扭，三框垂直等距对齐，选择“文本”在三个矩形框上面分别标注“上升”，“停止”，“下降”。如图3.7所示：
图3.7 开发画面1
在上面三个框的上方绘出同样大小的5个矩形框，分别标注1，2，3，4，5，对应于5个速度按扭。这5个框一样垂直等距对齐。如图3.8所示：
图3.8 开发画面2
可以将“上升”, “停止”，“下降”三个框的颜色换成红色，如图3.9所示：
图3.9 开发画面3 由于本课题设计的是8根吊杆的舞台吊杆系统。故可以将图8复制粘贴成图3.10所示画面：
图3.10 开发画面4
将每一列方框对应一根吊杆。绘出吊杆，再用“文本”标出每根吊杆的初始位置和目标位置。如图3.11所示：
图3.11 开发画面5
3.2.5 舞台吊杆点动系统动画设计
动画连接即建立画面图素与数据变量的对应关系。包括命令语言连接，值输出，权限保护动画连接值输入。 （1）命令语言连接
定义界面上的“上升”按扭，在画面上双击该按扭，弹出该对象的动画连接对话框，如图3.12所示：
图3.12 开发画面
选择“命令语言连接”下的“按下”选项，出现图3.13所示画面：
图3.13 开发画面3
选择变量[域]，再选择变量名“上升”，命令语言为本站点\\上升=1；则代表假如系统运行时，单击该按扭，则该吊杆上升。同理，对其他按扭进行命令语言连接设置。 （2）模拟输出值点击“上升”按扭。出现上图3.12所示界面，点击图中的值输出下面的“模拟值输出”，出现图3.14所示：
图3.14 模拟值输出连接
在表达式写入“\\本站点\速度1=1；”。则代表假如系统运行是速度为速度1。同理对其它按钮进行模拟值输出连接设置。
（3） 权限保护动画连接值输在上图12中点击“权限保护动画连接值输入”。如图15所示对话框：
图3.15 模拟值输入连接
同理，对其他按钮进行模拟值输入连接设置。所有设置都完成后，将画面切换到View.. 可以实现舞台吊杆点动控制系统的动画连接。
3.3 自动控制设计
在变量定义和构造数据库等方面，自动控制和点动控制是相似的，这几方面在这就不再重新阐述。这里介绍舞台吊杆自动控制画面设计方面。
新建一个舞台自动控制画面后，在组态王开发系统里，先用工具箱绘出1列8个矩形框，复制成2列，每行分别对应1根吊杆，从上到下依次为吊杆1，吊杆2„„„„吊杆8，如图3.16所示：
图3.16 自动控制画面
图3.17 自动控制画面2
由于要实现的是自动控制，就必须把每次要变动的吊杆位置提前编辑好。又因为演出的持续变化性，必须把编辑组合起来。这样就要定义几个变量“场景编辑”，“场景组合”，“场景选择”，“场景保存”。
同样，舞台吊杆自动控制系统也必须进行数据和变量的对应，方法和点动控制系统一样，这里也不再介绍。编辑的组合这里需要用到组态王软件的配方功能：
首先打开工程浏览器。单击左侧的“配方”，新建一个配方。如图3.18所示：
图3.18 配方
将8根吊杆定义位变量1、变量2——变量8，分别对8个变量进行配方。配方管理画面就制作好后，保存画面，切换到运行系统中。执行配方操作按钮，对配方进行各种操作。
目 录
摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 关键词．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 Abstract ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 Keywords ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1 绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
1.1 控制系统的发展状况．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
1.2舞台吊杆控制系统的发展状况．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
1.3 组态软件在我国的发展及国内外主要产品介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
1.4本课题的研究背景及意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 2 舞台吊杆控制系统简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
2.1 舞台吊杆系统概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
2.1.1 吊杆单元．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
2.1.2 吊杆具体参数 . .................................................... 8
2.2 组态王软件介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
2.3 PLC 的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3 舞台吊杆控制系统上位机软件实现．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
3.1 总体概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
3.2 点动控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
3.2.1 新建工程 . ....................................................... 12
3.2.2设备的连接和配置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
3.2.3 数据库构造 . ..................................................... 13
3.2.4 舞台吊杆点动系统画面设计 . ....................................... 14
3.2.5 舞台吊杆点动系统动画设计 . ....................................... 16
3.3 自动控制设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18
4 结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．... 20 参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.21
组态软件在舞台吊杆控制系统中的应用
摘要：本文介绍了组态王软件在舞台吊杆系统中的应用。组态软件通过对舞台吊杆系统的设计实现完成舞台吊杆的监测和控制舞台吊杆自动化信息系统建设:主要包括舞台吊杆远程监控、配电线路自动化系统等部分，其目的是利用现场监控系统，实现数据源头自动采集，借助舞台现有网络资源自动加载到实时数据库，为舞台管理部门应用提供开放的数据平台，使管理人员及时控制和掌握吊杆动态，从而实现整个舞台吊杆运行过程的自动化；并可以对取得的实时数据进行统计、分析、优化，从而为保证吊杆设备正常运转、降低演出生产成本提供重要依据。
关键词：组态软件；吊杆系统；现场监测
Configuration Software in the arena boom control system
application
Abstract ：This article introduced the configuration king software in stage suspension bar system application. The configuration software through completes the stage suspension bar to the stage suspension bar system design realization the monitor and controls the stage suspension bar automation information system construction mainly to include the stage suspension bar long-distance monitoring, part and so on distribution line automated system, its goal uses the scene supervisory system, realizes data source automatic gathering, with the aid of the stage existing network resources auto loading to the real-time database, applies for all levels of control section provides the opening the data platform, causes the administrative personnel promptly to control and to grasp the suspension bar tendency, thus realizes the entire stage suspension bar movement process automation; And may to the real-time data which obtains carry on the statistics, the analysis, the optimization, thus for guaranteed the suspension bar equipment normal work, reduces the performance production cost to provide the important basis.
Key words：configuration software;stage suspension bar system;scene monitor
1 绪论
“组态”的概念是伴随着集散型控制系统（distributed control system 简称DCS ）出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。在工业控制技术的不断发展和应用过程中，pc （包括工控机）相比以前的专用系统具有的优势日趋明显。这些优势主要体现在：pc 技术保持了较快的发展速度，各种相关技术已臻成熟；由pc 构建的工业控制系统具有相对较低的拥有成本；pc 的软件资源和硬件资丰富，软件之间的互操作性强；基于pc 的控制系统易于学习和使用，可以容易地得到技术方面的支持。在pc 技术向工业控制领域的渗透中，组态软件占据着非常特殊而且重要的地位。
组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的hmi （人机接口软件，human machine interface ）的概念，组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的hmi 的软件工具，或开发环境。在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写hmi 应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、scada 通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。
1.1 控制系统的发展状况
控制系统其实从20世纪40年代就开始使用了，早期的现场基地式仪表和后期的继电器构成了控制系统的前身。现在所说的控制系统，多指采用电脑或微处理器进行智能控制的系统，在控制系统的发展史上，称为第三代控制系统，以PLC 和DCS 为代表，从70年代开始应用以来，在冶金、电力、石油、化工、轻工等工业过程控制中获得迅猛的发展。从90年代开始，陆续出现了现场总线控制系统、基于PC 的控制系统等。
(1) 集散控制系统DSC 的发展历程
70年代中期，由于设备大型化、工艺流程连续性要求高、要控制的工艺参数增多，而且条件苛刻，要求显示操作集中等，使已经普及的电动单元组合仪表不能完全满足要求。在此情况下，业内厂商经过市场调查，确定开发的DCS 产品应以模拟量反馈控制为主，辅以开关量的顺序控制和模拟量开关量混合型的批量控制，它们可以覆盖炼油、石化、化工、冶金、电力、轻工及市政工程等大部分行业。
1975年前后，在原来采用中小规模集成电路而形成的直接数字控制器(DDC)的自控和计算机技术的基础上，开发出了以集中显示操作、分散控制为特征的集散控制系统 (DCS)。由于当时计算机并不普及，所以开发DCS 应强调用户可以不懂计算机就能使用DCS; 同时，开发DCS 还应强调向用户提供整个系统。此外，开发的DCS 应做到与中控室的常规仪表具有相同的技术条件，以保证可靠性、安全性。
在以后的近30年间，DCS 先与成套设备配套，而后逐步扩大到工艺装置改造上，与此同时，也分成大型DCS 和中小型DCS 两类产品，使其性能价格比更具有竞争力。DCS 产品虽然在原理上并没有多少突破，但由于技术的进步、外界环境变化和需求的改变，共出现了三代DCS 产品。1975年至80年代前期为第一代产品，80年代中期至90年代前期为第二代产品，90年代中期至21世纪初为第三代产品。
(2) PLC的诞生和发展
1968年，通用汽车公司的油压部门确立了第一个可编程控制器的标准，他们的目的是消除既复杂又昂贵的继电器控制系统。该设计规格需要固态系统和电脑技术，并要求能够在
工业环境中生存，也能够方便地编程，并且可以重复使用。到1969年，第一个PLC 诞生。当时称为可编程控制器，英文是Programmable Controller，缩写为PC 。由于第一代PLC 是为了取代继电器的，因此，采用了梯形图语言作为编程方式，形成了工厂的编程标准。这些早期的控制器满足了最初的要求，并且打开了新的控制技术的发展的大门。在很短的时间，PLC 就迅速扩展到食品、饮料、金属加工、制造和造纸等多个行业。
(3) 现场总线控制系统
现场总线技术是从80年代后期诞生的网络通信技术，经历十几年左右的发展，国际上出现了几个有代表性的现场总线标准和几个系列产品，较流行的有:
① 基金会现场总线
在现场总线标准的研究制订过程中，出现过多种企业集团或组织，通过不断的竞争，到1994年在国际上基本上形成了两大阵营，一个以Fisher-Rosemount 公司为首，联合Foxboro 、横河、ABB 、西门子等80家公司制订的ISP 协议；另一个以Honeywell 公司为首，联合欧洲150家公司制订的World FIP协议。这两大集团于1994年合并，成立现场总线基金会(Fieldbus Foundation,FF)，致力于开发国际上统一的现场总线协议。FF 的协议符合IEC1158-2标准，也称为SP50标准。
② Profibus现场总线
它是作为德国国家标准和欧洲国家标准的现场总线标准。该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出的。它采用OSI 模型的物理层、数据链路层。现场总线信息规范(FMS)型则只隐去了OSI 标准的第三至第六层，采用了应用层。
③ LonWork现场总线
它是由美国Echelon 公司于1990年正式推出的。它采用ISO/OSI模型的全部7层协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其最大传输速率为1.5Mbps, 传输距离为2700m ，传输介质可以是双绞线、光缆、射频、红外线和电力线等。
④ 控制局域网控制网络
最早由德国BOSCH 公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。CAN 结构模型取ISO/OSI模型的第1、2、7层协议，即物理层、数据链路层和应用层。
此外还值得一提的是，可寻址远程传感器数据公路(Highway Addressable Remote Transducer ，HART) 协议，它是由美国Rosemount 公司最早推出的一种兼容4～20mA 模拟信号和调制数字信号的现场总线协议。其数字通信由于采用调制/解调方式，属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡产品，因而在当前的过渡时期具有较强的竞争力，得到了较快的发展。
(4) 开放式控制系统
长期以来，制造与生产企业所采用控制系统大多是专用的、封闭的体系结构，其构成系统的硬件是按照各自的标准度身定制的。无论是DCS ，PLC 还是FCS ，虽然它们具有结构简单、技术成熟、产品批量大等优点，但相对日新月异的生产要求，也越来越暴露出其固有的缺点。在许多情况下, 当用户要想进行功能上的扩展或变化时，都必须求助于系统的提供商，如想把特殊要求融入到控制系统中去时，都是比较困难的。这无形中不仅提高了制造企业的成本，也成为控制系统升级换代的“瓶颈”。
由于市场竞争越来越剧烈，从而要求制造商具有较强的市场适应能力，这一趋势促成了一个新概念的产生，即模块化、可重构、可扩充的软硬件系统，这就是开放式控制系统。这一系统为制造厂提供了将其技术与任何第三方的技术或产品进行集成的可能性。
(5) PC-BASED控制系统
1981年，Mostek 、Motorola 、Philip 和Signetics 公司发明了VME 总线，1996年的新标准VME64(ANSI/VITA1-1994)将总线数据宽度提升到64位，最大数据传输速度为80Mbps 。由Force Computers 制定的VME64x 总线规范将总线速度提高到了320Mbps 。VME 总线工控机是实时控制平台，大多数运行的是实时操作系统，并由OS 制造商提供专用的软件开发工具开发应用程序。VME 总线最新产品已经采用了500MHz 的Pentium Ⅲ处理器。
由于用户希望使用与所熟悉的桌面PC 机相同的操作系统和开发工具，导致了开放式桌面PC 在工业环境中的直接应用。除了VME 总线工控机外，产生了一系列基于PC 的、与ISA/PCI总线标准兼容的嵌入式工控机，其中比较有代表性的是CompactPCI/PXI总线、AT96总线、STD 总线、STD32总线、 PC/104和PC/104-Plus总线嵌入式工业控制机。
随着Intel CPU 和Microsoft DOS/WINDOWS架构演变成事实上的标准(Wintel)，ISA/PCI总线加固型工业PC(IPC)开始向工业领域渗透。然而，虽然加固型工控机对基于大母板的桌面机进行了工业化改造，但其背板技术仍然存在许多缺点：不良的热设计、不良的连接方式、不标准的模板尺寸和有限的PCI 插槽数(最大4个) 等。因此，目前PCI/ISA工控机主要做控制系统的检测和管理机使用。
1995年6月PCI SIG正式公布了PCI 局部总线规范2.1版，同时PICMG 推出了第一个标准PCI/ISA无源背板总线标准。为了将PCI SIG 的PCI 总线规范用在工业控制计算机系统，1995年11月PCI 工业计算机制造者联合会(PICMG)颁布了CompactPCI 规范1.0版。由于CPCI 总线工控机良好地解决了可靠性和可维护性问题，而且基于Microsoft 的软件和开发工具的价位比较低，所以，CPCI 工控机得以迅速打入嵌入式产品市场。但相对于PCI/ISA加固型工控机而言，由于总体成本高、技术开发难度大、无源背板定义并不完全统一导致模板配套性差、电磁兼容性设计要求高等因素，CompactPCI 工控机在工业过程控制领域并未得到实际应用，反而在电信市场获得广泛应用。
(6) 控制系统的发展方向
当今生产世界的趋势是逐步增加的柔性，更大的可视性，更好的远程控制，和逐渐下降的成本。减少生产成本是通过减少库存、高的生产率、更好的质量控制和更好的产品设计。所有这些，需要更好和更容易的通信，从控制系统制造商的观点来看，它意味着控制系统必须要具有开放性。另外一个控制系统所必须具有的特性就是可靠性，包括高度的稳定性和对各种环境和事件的可预测的响应度。因此，开放性和可靠性，将是今后控制系统发展的主要方向。
1.2 舞台吊杆控制系统的发展状况
随着戏剧改革的不断演进，对舞台机械的功能要求也越发的增多。原先的机械以越来越不能满足现在和将来的要求，面对现状，穷则变，变则通，通则久。只有更新才是适应未来发展的需要。
舞台吊杆控制原来大都以手动控制为主，手动控制需要人手时间和效率都难以得到准确得保障，手动控制很难跟上现在舞台需求的变化。随着科技的发展，人们首先是使用单片机，编写简单的程序来实现对吊杆的控制。于是人们采用PLC 、工控机组成监控系统，后来组态软件产生，人们意识到组态不仅可以用于工业监控，也能用在舞台控制上，就用组态软件来代替工控机。
1.3 组态软件在我国的发展及国内外主要产品介绍 组态软件产品于80年代初出现，并在80年代末期进入我国。但在90年代中期之前，组态软件在我国的应用并不普及。究其原因，大致有以下几点：
①国内用户还缺乏对组态软件的认识，项目中没有组态软件的预算，或宁愿投入人力物力针对具体项目做长周期的繁冗的上位机的编程开发，而不采用组态软件；
②在很长时间里，国内用户的软件意识还不强，面对价格不菲的进口软件（早期的组态软件多为国外厂家开发），很少有用户愿意去购买正版。
③当时国内的工业自动化和信息技术应用的水平还不高，组态软件提供了对大规模应用、大量数据进行采集、监控、处理并可以将处理的结果生成管理所需的数据，这些需求并未完全形成。
随着工业控制系统应用的深入，在面临规模更大、控制更复杂的控制系统时，人们逐渐意识到原有的上位机编程的开发方式。对项目来说是费时费力、得不偿失的，同时，mis （管理信息系统，management information system）和cims （计算机集成制造系统，computer integrated manufacturing system）的大量应用，要求工业现场为企业的生产、经营、决
策提供更详细和深入的数据，以便优化企业生产经营中的各个环节。因此，在1995年以后，组态软件在国内的应用逐渐得到了普及。下面就对几种组态软件分别进行介绍。
①intouch：wonderware 的intouch 软件是最早进入我国的组态软件。在80年代末、90年代初，基于windows3.1的intouch 软件曾让我们耳目一新，并且intouch 提供了丰富的图库。但是，早期的intouch 软件采用ｄｄｅ方式与驱动程序通信，性能较差，最新的intouch7.0版已经完全基于32位的windows 平台，并且提供了opc 支持。
②fix：intellution 公司以fix 组态软件起家，1995年被爱默生收购，现在是爱默生集团的全资子公司，fix6. ｘ软件提供工控人员熟悉的概念和操作界面，并提供完备的驱动程序（需单独购买）。intellution 将自己最新的产品系列命名为ifix ，在ifix 中，intellution 提供了强大的组态功能，但新版本与以往的6. ｘ版本并不完全兼容。原有的script 语言改为vba （visual basic for application ），并且在内部集成了微软的vba 开发环境。遗憾的是，intellution 并没有提供6.1版脚本语言到vba 的转换工具。在ifix 中，intellution 的产品与microsoft 的操作系统、网络进行了紧密的集成。intellution 也是opc （ole for process control ）组织的发起成员之一。ifix 的opc 组件和驱动程序同样需要单独购买。
③citech：cit 公司的citech 也是较早进入中国市场的产品。citech 具有简洁的操作方式，但其操作方式更多的是面向程序员，而不是工控用户。citech 提供了类似ｃ语言的脚本语言进行二次开发，但与ifix 不同的是，citech 的脚本语言并非是面向对象的，而是类似于ｃ语言，这无疑为用户进行二次开发增加了难度。
④wincc：simens 的wincc 也是一套完备的组态开发环境，simens 提供类ｃ语言的脚本，包括一个调试环境。wincc 内嵌opc 支持，并可对分布式系统进行组态。但wincc 的结构较复杂，用户最好经过simens 的培训以掌握wincc 的应用。
⑤组态王：组态王是国内第一家较有影响的组态软件开发公司（更早的品牌多数已经湮灭）。组态王提供了资源管理器式的操作主界面，并且提供了以汉字作为关键字的脚本语言支持。组态王也提供多种硬件驱动程序。
⑥controx（开物）：华富计算机公司的controx2000是全32位的组态开发平台，为工控用户提供了强大的实时曲线、历史曲线、报警、数据报表及报告功能。作为国内最早加入opc 组织的软件开发商，controx 内建opc 支持，并提供数十种高性能驱动程序。提供面向对象的脚本语言编译器，支持activex 组件和插件的即插即用，并支持通过odbc 连接外部数据库。controx 同时提供网络支持和wevserver 功能。
⑦forcecontrol（力控）：大庆三维公司的forcecontrol （力控）从时间概念上来说，力控也是国内较早就已经出现的组态软件之一。只是因为早期力控一直没有作为正式商品广泛推广，所以并不为大多数人所知。大约在93年左右，力控就已形成了第一个版本，只是那时还是一个基于dos 和vms 的版本。后来随着windows3.1的流行，又开发出了16位windows 版的力控。但直至windows95版本的力控诞生之前，他主要用于公司内部的一些项目。32位下的1.0版的力控，在体系结构上就已经具备了较为明显的先进性，其最大的特征之一就是其基于真正意义的分布式实时数据库的三层结构，而且其实时数据库结构可为可组态的活结构。在1999~2000年期间，力控得到了长足的发展，最新推出的2.0版在功能的丰富特性、易用性、开放性和i/o驱动数量，都得到了很大的提高。在很多环节的设计上，力控都能从国内用户的角度出发，即注重实用性，又不失大软件的规范。另外，公司在产品的培训、用户技术支持等方面投入了较大人力，相信在较短时间内，力控软件产品将在工控软件界形成巨大的冲击。
其他常见的组态软件还有ge 的cimplicity ，rockwell 的rsview ，ni 的lookout ，pcsoft 的wizcon 以及国内一些组态软件通态软件公司的mcgs ，也都各有特色。总的来讲 ，目前的组态软件品种繁多、性能不一、各有优缺点:国外的软件功能完善、通用性强、但价格昂贵，而且存在界面汉化问题，往往又因为汉化不彻底而造成产品不成熟，不能满足国内用户的要求; 国内的软件功能不够完善，通用性较差但价格较低，特别适合一般中、小型企业。
1.4 本课题的研究背景及意义
舞台吊杆系统实现安全自动化监控是实现连续、安全使用舞台吊杆的必然要求。目前，国内的舞台吊杆系统大多采用人手动调控，由于目前舞台吊杆系统人为因素十分重要，导致了舞台吊杆系统运行效率不高，不符合现代监控系统的要求。传统上位机监控软件的主要功能是软件人员通过编程实现的，工作量大、可靠性差、通用性和灵活性低，监控对象的每一个改变都要重新设计修改程序，程序的使用率低，价格昂贵。
近几年随着计算机技术、以太网技术、工控组态软件技术的日渐成熟，为舞台吊杆系统的安全自动化提供了一个新的发展机遇。正是在这种背景下，本课题采用组态软件，实现了对舞台吊杆现场的实时运行和监控。
课题针对舞台吊杆系统，采用组态王软件主要完成以下任务:构建基于组态软件的舞台吊杆控制系统；采用组态软件，对舞台吊杆系统进行实时、动态监控。
2舞台吊杆控制系统简介
2.1 舞台吊杆系统概述 舞台机械是舞台设备的主干，是影剧院礼演堂的重要组成部分，对舞台幕布、舞台灯光的设计起至关重要的作用！舞台机械设计的好坏直接影响到舞台的整体效果，他就好比一幢大楼的根基一样！而且舞台机械设计和安全也有很大的关系，舞台机械主要由舞台吊杆组成--有幕布吊杆、灯光吊杆和景物吊杆！ 舞台吊标分为电动和手动两种, 它主要用于悬吊和升降各种幕布、灯具、布景等物，是上下左右频繁移动机械, 所以吊杆也是舞台安全的主要系数。电动吊杆的作用可以降低工作人员的劳动强度，起至事半功倍的效果, 如果一个舞台的深度有14米, 我们可以为他设置电动吊杆38道，其中24道景杆（含一道前沿幕）、14道备用吊杆（包括2道二维侧光灯架），一道升降电影银幕架、1道灯光渡桥及无极均匀伸缩大幕机1套。
通过我们多年使用舞台吊杆机械的经验, 我们认为泰州长江影视工程设备厂生产的产品，性能最稳定，安全最可靠，已经被上百家剧院采用。其运用了蜗轮蜗杆减速系统、材质为锡青铜，磨擦系数小，传动效率高。有防冲顶保护、上下限保护。滑轮为镀锌防跳绳花轮，安装不须焊接在滑轮梁上，如焊死，以后维修、调整极不方便。长江影视设备厂的滑轮都是用抱箍罗栓固定。当吊杆升、降至某一位置时，ABS 抱死系统立即断火紧锁马达，这样确保吊杆停至此位置下滑系数最小, 安全性达到最高。且强弱电分开控制。
2.1.1 吊杆单元
其用来执行控制台发出的命令，完成升降任务。吊杆单元是由：电机、信号器、车盘、定位块、钢丝绳、轨道、横架梁、吊杆等组成。
（1）电机：用来升降吊杆，达到换景片的作用。是可调变速电机, 通过可控硅来控制电机转动速度。另外还有3档速度可调，快、中、慢。而且，电机还可单独横向移动位置，并可以去掉吊杆，单用钢丝绳升降布景，起到特殊的用途。此电机，是在佛山市正大机电（集团）公司，电磁调速电动机YCT 基础上进行改进的产品。YCT 是一种交流恒转矩调速电动机，通过可控硅进行控制，从而达到均匀无级调速。调速范围最大可达10:1，且控制功率小，便于自控和遥控。
（2）信号器：好比电机的大脑，它是吊杆单元的重要组成部分，是单元的灵魂。没有它整个程控系统便没有了魅力。它是吊杆单元的信息处理器，通过它来控制电机的运转，以及将吊杆的数据传输回主机。
（3）计程器：它集成在信号器内。将电机轴的运转圈数转换为实际的米数，再通过软件在屏幕上形成吊杆升降的图象。使吊杆的升降更为准确。
（4）钢丝绳：钢丝绳是用来连接吊杆与电机的, 起到伸拉作用。
（5）定位块：它是用来固定电机的，使电机固定在轨道上。去掉它，可使电机横向左右移动，增加其灵活性。
（6）横架梁：是用来承载电机和轨道的。
（7）车盘：是用来移动电机的。
（8）轨道：固定电机运行的方向。
（9）吊杆：吊杆上半部是圆形，而下半部是平底。这样有利于与其它组件连接的固定性。
（10）卡子：是用来将吊杆和钢丝固定连接使用的。
2.1.2 吊杆具体参数
舞台机械的具体参数: A 、景物吊杆技术参数如下： 电机功率：2.2KW 吊点数：4个 升降速度：0.27m/s 杆体长暂定：16米 电机转速：1400转/分 速比为： 40：1 提升荷载为：400KG 杆体为钢管 控制方式：点控 该型吊相具有上下限位，冲顶保护装置。制动形式：蜗轮、蜗杆自锁，电磁抱闸。噪音≤45dB. 吊杆杆体用两根Φ50黑铁管焊接成吊杆，中间接头内衬钢管。最后均刷防锈漆两遍，外层喷黑色油漆。 B、灯光吊杆技术参数如
下： 电机功率：3KW 吊点数：4个 升降速度：0.18m/s 杆体长暂定：14米 电机转速：1400转/分 速比为： 50：1 提升荷载为：600KG 杆体为?50黑铁管吊杆 控制方式：点控 该型吊杆具有上下限位，冲顶保护装置。制动形式：蜗轮、蜗杆自锁，电磁抱闸。噪音≤45dB 。 吊杆杆体用Φ50；黑铁管焊接成吊杆，中间接头内衬钢管。最后均刷防锈漆两遍，外层喷黑色油漆。 舞台机械设计原则1、 钢结构 a) 所有承重的钢结构件，其结构刚度大于1：1000 b) 钢结构件应设计合理，钢结构及其接头应能承受最大额定载荷和由紧急停车造成的冲击载荷； c) 钢结构件所用材料应符合有关标准； d) 钢结构焊缝须符合有关规定，主要焊缝应进行无损探伤检查； 2、 吊物与卷扬装置 ① 卷扬机 卷扬机上的电动机和制动器应联合动作，只有电动机电源接通时，才能许可制动器打开；万一制动器打开，而电动机没有接通电源 时，只许吊杆（负载）静止或低速下降； ② 卷筒组件 ※ 卷筒直径不小于钢丝绳直径的30倍； ※ 卷筒用优质灰铸铁或厚壁无缝钢管焊接并经精确机械加工而成； ※ 钢丝绳屿卷筒绳槽中心线的夹角应中于2.5度； ※ 卷筒组件应设计防止钢丝绳在负荷或松驰状态下跳槽的装置。 ③ 滑轮 ※ 滑轮的节圆直径，不应小于钢索直径的28倍； ※ 滑轮及滑轮组应采用滚动轴承支承； ※ 滑轮及滑轮组应有防止钢丝绳脱槽的保护装置。 ※ 钢丝绳与滑轮的偏角不超过2.5度。 ④钢丝绳 ※ 悬吊钢丝绳应为带有人造纤维芯的软钢丝绳； ※ 预先检验：供货时所有的钢丝绳均应分批测试； ※ 现场处理：钢丝绳在安装期间应小心处理，不能以任何方式技术打结或损坏；受损或变形的钢丝绳不予接收。所有切断头都应妥善处理； ※ 安装：钢丝绳不应与设备的固定或移动部分磨擦，在有损坏或卡住风险的地方，应采取正确防护措施； ※ 悬挂支承：穿过顶楼的转向滑轮或在其它需要悬挂支承的地方，钢丝绳应在滑轮上进行支承。 ⑤ 钢丝绳配件 ※ 钢丝绳配件应采用表面镀锌的标准配件； ※ 钢丝绳配件规格尺寸与钢丝绳匹配； ※ 使用钢丝绳夹的地方，每个接头至少使便用3个正确安装的绳夹。 3、 吊杆 a) 吊杆采用圆管杆或桁架杆，管子或构架应平直、无扭曲变形； b) 管杆采用优质无缝钢管制造； c) 杆的接头应尽量少，接头采用实心圆棒与管子配合； d) 悬吊钢丝绳的端头用单独安装于杆上的调节装置进行调整； e) 管端：管端应配有带醒目颜色的永久性塑料帽或钢封头； 4、 限位、定位、超程开关 a) 限位及定位开关 i. 行程终止限们开关：行程终止限位开关应能测出设备正常行程绺并使之停车； ii. 中间定位开关：在合适的地方配置中间定位开关和减速开关； iii. 直接碰撞限位开关：行程终止限位开关也可选用直接碰撞限位开关。 b) 超程限位开关 超程限位开关：所有电动设备都应安装单独的超程限位开关，以防行程终止限位开关发生故障导致机械损伤。 ４、 电动机 a) 工作循环：舞台机械按断续操作设定。每个工作循环规定为在载荷条件下6次全行程运转并有15min 停顿； b) 电动机型号：舞台机械的伟动装置，采用国内第一品牌上海跃进电动机。 c) 功率因素：所有电动机的功率因素应大于或等于0.85。
2.2 组态王软件介绍
组态王软件经过七年开发，五年的各种突发环境的真实考验，九千例工程（钢铁，化工，电力，国属粮库，邮电通讯，环保，水处理，冶金等各行业）的现场运行（包括" 中华世纪坛" 国家标志性工程），现已成为国内组态软件的客户首选，并且作为首家国内组态软件应用于国防，航空航天等重大领。
组态王6.0具有如下十大特点：
一、工程管理
对于系统集成商和用户来说，一个系统开发人员可能保存有很多个组态王工程，对于这些工程的集中管理以及新开发工程中的工程备份等都是比较烦琐的事情。组态王工程管理器的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、删除工程，对工程重命名，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环境等。另外，组态王6.0开发系统工程加密，画面和命令语言导入、导出功能。
二、画面制作系统
（1）支持无限色和过渡色 组态王6.0调色板支持无限色，支持二十四种过渡色效果， 组态王的任一种绘图工具都可以使用无限色，大部分图形都支持过渡色效果，巧妙地利用无限色和过渡色效果，可以使您轻松构造面无限逼真、美观的画面。
（2）图库 使用图库具有很多好处：降低了工程人员设计界面的难度，缩短开发周期；用图库开发的软件将具有统一的外观，方便工程人员学习和掌握；利用图库的开放性，工程人员可以生成自己的图库元素，" 一次构造，随处使用" ，节省了工程人员投资。6.0图库全新改版，提供具有属性定义向导的图库精灵，用户只需稍做调整即能制作具有个性化的图形。 （3）按钮和图形 组态王6.0支持按钮的多种形状和多种效果，并且支持位图按钮， 用户可以构造无限漂亮的按钮。另外，组态王6.0支持多种图形格式，如Gif 、Jpg 、 Bmp等，用户可以充分利用已有的资源，轻松构造自己功能强大且美观的应用系统。
（4）可视化动画连接向导 通过可视化图形操作，直接完成移动、旋转的动画连接定义。 三、报警和事件系统
组态王6.0报警系统全改版，便、灵活、可靠、易于扩展的特点。组态王分 布式报警管理提供多种警管理功能。包括：基于事件的报警、报警分组管理、报警优先级、报警过滤、新增死区和延时概念等功能，以及通过网络的远程报警管理。组态王还可以记录应用程序事件和操作员操作信息。报警和事件具有多种输出方式：文件、数据库、打印机和报警窗，并且可以利用控件等工具轻松浏览和打印报警数据库的内容。 四、报表系统
组态王6.0提供一套全新的、集成的内嵌式报表系统，内部提供丰富的报表函数，用户可创建多样的报表。提供报表工具条，操作简单明了，比如：日报表的组态只需用户选择需要的变量和每个变量的收集间隔时间；提供报表模板，方便用户调入其它的表格。报表能够进行组态，例如有日报表、月报表、年报表、实时报表的组态，另外，报表打印时可以进行预览和页面设置。 五、控件
组态王6.01支持Windows 标准的Active X 控件（主要为可视控件），包括Microsoft 提 供的标准Active X控件和用户自制的Active X控件。Active X控件的引入在很大程度上方便了用户，用户可以灵活地编制一个符合自身需要的控件，或调用一个已有的标准控件，来完成一项复杂的任务，而无须在组态王中做大量的复杂的工作。一般的 Active X 控件都具有属性、方法、事件，用户通过控件的这些属性、事件、方法来 完成工作。组态王6.0版本中新增三个功能强大的控件，即数据表格控件（可将ODBC 数据源里的大量数据在组态王中进行显示和打印）；历史曲线控件（可动态增删曲线，进行曲线比较，并且数据来源可以是ODBC 数据源）；PID 调节控件（对过程量进行闭环控制，可实现三种pid 控制算法：标准型，归一参数型，和近似微分型）。 六、OPC
全面支持OPC 标准（组态王6.0既可以作为OPC 服务器，也可以作为OPC 客户端）开发人员可以从任何一个OPC 服务器直接获取动态数据，并集成到组态王中；同时组态王作为OPC 服务器，可向其他符合OPC 规范的厂商的控制系统提供数据。OPC 节省了不同厂商的控制系统相连的工作量和费用。并且组态王提供SDK 开发包，用户可以自己利用VC ，VB 编制程序，利用组态王的OPC 接口来访问组态王的变量和变量的域。 七、通讯系统 （1） 支持远程拨号组态王6.0支持与远程设备间通过拨号方式进行通讯。组态王的远程拨号与组态王原有驱动程序无缝连接，硬件设备端无需更改程序。利用远程拨号能实时显示现场设备运行状况，随时打印，报警和历史数据自动上传等功能。
（2）开发中进行硬件测试 开发系统中有硬件测试界面，在不启动运行系统的情况 下，能测试对硬件设备的读写操作，并且IO 变量支持时间戳和质量戳，能随时判断数据采集的时间和检查通讯质量的好坏。
（3）支持网络DDE ，组态王6.0版本支持win2000操作系统下的DDEshare 方式，实现组态
王与excel 和vb 程序间通过网络进行数据交换。 八、安全系统
组态王6.0采用分级和分区保护的双重保护策略。新增用户组和安全区管理，999个不 同级别的权限和64个安全区形成双重保护，另外组态王能记录程序运行中操作员的所有操作。 九、网络功能
组态王6.0完全基于网络的概念，是一种真正的客户--服务器模式，支持分布式历史数据库和分布式报警系统，组态王的网络结构是一种柔性结构，可以将整个应用程序分配给多个服务器，如指定报警服务器和历史数据记录服务器，这样可以提高项目的整体容量结构并改善系统的性能。 十、冗余系统
组态王6.0提供全面的冗余功能，能够有效地减少数据丢失的可能，增加了系统的可靠性， 方便了系统维护。组态王提供三重意义上的冗余功能，即双设备冗余、双机冗余和双网络冗余。对于这三种冗余方式，设计者可综合运用，可以同时采取或采取其中的任意一种或两种。采用冗余后，系统运行时将更加稳定、可靠，对各种情况都能应付自如。
2.3 PLC的选择
本课题选用LG 公司生产的Master-K120S 型PLC 。标准型Master-K120S 具备0.1μs/步的高速处理速度，最大I/O容量可以达到120点，无需电池从而使用超级电容保存程序数据，内置RS485通讯功能，先进的高速计数功能和PID 功能。扩展模块种类增加，功能强大。其中K7M-DRTX0S （X=2、3、4、6）型号是晶体管和继电器混合输出型，具备4个晶体输出，具有高效的位置控制功能（1轴，100KHz ；2轴，50KHz ）。简易型K120S 摈弃了许多内置功能，仅仅拥有简单的开关量功能，程序容量仅有2K ，适用于小型的，简单的机械设备控制。 K120S 利用输入滤波功能，可以防止由于输入信号或外部烦扰引起的误动作，并且他还具有内置的PID 控制功能，可以在不需要外挂PID 模块的情况下构成PID 控制系统。
K120S 无需像其他PLC 需要要外接24V 的电源，这样用户的程序就可以永久的保存在EEPROM 当中，当在扫描时用户修改的程序，将自动被保存到EEPROM 当中，不许另加存贮模块。为了防止误操作，K120S 还可以通过密码防止对PLC 的读写操作。
在通讯功能方面，K120S 采用的是国际标准的、开放的通信协议规范，当K120S 之间或者与其他设备之间无法使用用户自定义协议时，可以使用无协议通讯。
标准型K120S 具备0.1μs/步的高速处理速度，最大I/O容量可以达到120点，无需电池从而使用超级电容保存程序数据，内置RS485通讯功能，先进的高速计数功能和PID 功能。
3 舞台吊杆控制系统上位机软件实现
3.1 总体概述
本课题设计的舞台吊杆系统是应用北京亚控科技公司生产的组态王软件设计的系统。。系统的主要任务是通过组态王软件与PLC 的数据交换实现对吊杆的控制。因此在组态王软件里建立一个良好的工程，使组态软件能迅速，方便，准确的控制舞台吊杆的运行状况，是系统设计好坏的的重要指标. 根据现场应用的需要，本课题需要设计两个工程：点动控制工程，自动控制工程。
3.2 点动控制
舞台吊杆点动控制即是指在控制过程中采用组态王设计的点动工程，通过对界面按扭的点击对吊杆的运行进行控制。本设计中对象为8根舞台吊杆。进行工程设计首先必须完成新建工程，设备的配置，构造数据库，通信设置几个步骤。 3.2.1 新建工程
在组态王软件的工程管理器目录显示区点击“文件”新建工程，如图3.1所示：
图3.1 工程建设向导一
单击“下一步”继续。弹出“新建工程向导之二对话框”，如图3.2 所示：
图3.2 工程建设向导二
在工程路径文本框中输入工程路径，单击“下一步”继续。弹出“新建工程向导之三对话框”，如图3.3所示：
图3.3 新建工程向导三
设工程名为舞台吊杆，然后把此工程设为当前工程，双击该信息条或单击“开发”按钮或选择菜单“工具\切换到开发系统”，进入组态王的开发系统。即可开始舞台吊杆系统的设计。
3.2.2 设备的连接和配置
组态王公司在开发软件的同时，开发了大部分常用工业控制器的驱动程序，对于用户只需进行相应的配置就可以完成设备和组态王连接，本系统中的设备为LG Master-K120S PLC ，它对应组态王的驱动为：金星PLC MASTER-K-XXXS 驱动，同过组态王下的“安装工具\安装新的驱动”辅助工具安装驱动程序，然后进行配置如下：
① 在组态王工程浏览器的左侧选中“COM1”，在右侧双击“新建”，运行设备配置向导；
② 选择“PLC ”下的“LG ”的“MASTER-K-XXXS ”项，为外部设备选择串口。设为COM1。单击“下一步”；
③ 为外部设备取一个名称，输入LG ，单击“下一步”；
④ 填写设备地址，设为0。单击“下一步”；（注：连接实际设备时。地址的设置要和在设备上配置的地址要一致。）
⑤ 设置通信鼓掌恢复参数（系统默认即可），单击“下一步”； ⑥ 检查各项设备，确认无误后。单击“完成”。 3.2.3 数据库构造
数据库是“组态王”软件的核心部分，舞台吊杆现场的运行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舞台吊杆现场，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，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。
选择工程浏览器左侧大纲项“数据库\数据词典”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，弹出“变量属性”对话框如3.4所示：
图3.4 “变量属性”对话框
定义一个“上升”变量，在变量类型中选择“I/O离散”，选择连接设备为“LG ”，数据类型为“Bit ”, 寄存器选择为M0001。其他为系统默认值。其他变量的定义方法与上面定义“上升”变量的方法一样。整个系统定义的变量如表3.1所示：
表3.1 定义变量
3.2.4 舞台吊杆点动系统画面设计
在工程浏览器中选择新建一个画面。出现“新画面对话框”。如图3.5所示：
图3.5 新画面
图3.5 新画面
设画面名称为“舞台吊杆手动系统”，点击“确定”，出现开发系统画面如图3.6所示：
图3.6 开发系统画面
在开发系统画面上，先利用工具箱选择“圆角矩形”绘出三个同样大小的矩形框，每个框相当于一个按扭，三框垂直等距对齐，选择“文本”在三个矩形框上面分别标注“上升”，“停止”，“下降”。如图3.7所示：
图3.7 开发画面1
在上面三个框的上方绘出同样大小的5个矩形框，分别标注1，2，3，4，5，对应于5个速度按扭。这5个框一样垂直等距对齐。如图3.8所示：
图3.8 开发画面2
可以将“上升”, “停止”，“下降”三个框的颜色换成红色，如图3.9所示：
图3.9 开发画面3 由于本课题设计的是8根吊杆的舞台吊杆系统。故可以将图8复制粘贴成图3.10所示画面：
图3.10 开发画面4
将每一列方框对应一根吊杆。绘出吊杆，再用“文本”标出每根吊杆的初始位置和目标位置。如图3.11所示：
图3.11 开发画面5
3.2.5 舞台吊杆点动系统动画设计
动画连接即建立画面图素与数据变量的对应关系。包括命令语言连接，值输出，权限保护动画连接值输入。 （1）命令语言连接
定义界面上的“上升”按扭，在画面上双击该按扭，弹出该对象的动画连接对话框，如图3.12所示：
图3.12 开发画面
选择“命令语言连接”下的“按下”选项，出现图3.13所示画面：
图3.13 开发画面3
选择变量[域]，再选择变量名“上升”，命令语言为本站点\\上升=1；则代表假如系统运行时，单击该按扭，则该吊杆上升。同理，对其他按扭进行命令语言连接设置。 （2）模拟输出值点击“上升”按扭。出现上图3.12所示界面，点击图中的值输出下面的“模拟值输出”，出现图3.14所示：
图3.14 模拟值输出连接
在表达式写入“\\本站点\速度1=1；”。则代表假如系统运行是速度为速度1。同理对其它按钮进行模拟值输出连接设置。
（3） 权限保护动画连接值输在上图12中点击“权限保护动画连接值输入”。如图15所示对话框：
图3.15 模拟值输入连接
同理，对其他按钮进行模拟值输入连接设置。所有设置都完成后，将画面切换到View.. 可以实现舞台吊杆点动控制系统的动画连接。
3.3 自动控制设计
在变量定义和构造数据库等方面，自动控制和点动控制是相似的，这几方面在这就不再重新阐述。这里介绍舞台吊杆自动控制画面设计方面。
新建一个舞台自动控制画面后，在组态王开发系统里，先用工具箱绘出1列8个矩形框，复制成2列，每行分别对应1根吊杆，从上到下依次为吊杆1，吊杆2„„„„吊杆8，如图3.16所示：
图3.16 自动控制画面
图3.17 自动控制画面2
由于要实现的是自动控制，就必须把每次要变动的吊杆位置提前编辑好。又因为演出的持续变化性，必须把编辑组合起来。这样就要定义几个变量“场景编辑”，“场景组合”，“场景选择”，“场景保存”。
同样，舞台吊杆自动控制系统也必须进行数据和变量的对应，方法和点动控制系统一样，这里也不再介绍。编辑的组合这里需要用到组态王软件的配方功能：
首先打开工程浏览器。单击左侧的“配方”，新建一个配方。如图3.18所示：
图3.18 配方
将8根吊杆定义位变量1、变量2——变量8，分别对8个变量进行配方。配方管理画面就制作好后，保存画面，切换到运行系统中。执行配方操作按钮，对配方进行各种操作。