现代的大剧场通常是城市的标志性建筑，且“品”字形舞台的大剧院在大剧院中有较高的占比，可以承接歌剧、话剧、舞剧、音乐剧、戏剧、音乐会和综艺节目等文艺形式的演出。舞台机械是演出场所用于在演出中实现布景、道具、灯光设备和演出人员的更迭变换和上场、下场的专业设备，可以实现升、降、平移、旋转、翻转等运动形式以及以上运动形式的组合。

　　1.舞台工艺要求 
　　本文要介绍的舞台车台位于“品”字形舞台的左右两侧，每侧各配置5台，共10台。在侧车台下面有10台对应的侧补偿台。    
　　某“品”字形舞台大剧院的台下舞台机械工艺设备布置平面图如图1所示。侧车台可以经过本侧相邻的侧辅助升降台（预先降低侧车台厚度）驶到中间的主舞台升降台上，还可以经过对面的侧辅助升降台和侧补偿台（预先降低侧车台厚度）驶到另一边的侧车台或侧补偿台上。经过侧补偿台、侧辅助升降台的抬升和降低，侧车台以保持整个舞台平面高度不变的形式左右穿越整个舞台，也可以只由侧补偿台抬升其上面的侧车台。如此，侧车台可以在舞台平面以上由一边驶到另一边，从而实现左右穿越整个舞台。侧车台还可以驶到主舞台升降台上锁定后随同主舞台升降台一起升降，实现特殊的演出效果。侧车台运行速度为0～0.5 m/s，可调速。

图1 某剧院台下舞台机械工艺布置平面图     

　　2.控制设备的选型及系统构成   
　　从以上工艺要求可以看出，项目要求侧车台必须是无拖缆的、且最好是无线遥控的舞台车台。车台还要进行精确定位的运行，并要求与其他相关工艺设备进行运动协调与安全连锁控制。由于车台设备厚度尺寸所限，要求在只有大约17 cm高的空间内安装全部的电气检测、电气控制、电气传动（如控制系统、驱动装置、电动锁定装置、安全边、限位开关以及电源单元等）和机械传动系统（电动机、减速机、换向器、万向轴等），因此，设备的正确选型非常重要。       
　　2.1无线控制方案的确定     
　　对于无线网络，经过比较，在传输速率、传输距离和客户端数量等方面，无线局域网均可满足工艺要求，并且随着当前以太网在工业控制领域的发展，无线局域网WLAN是无线工业控制的潮流和方向之一，因此，最终选定IEEE802.11标准的无线局域网方案，并根据工艺布局特点采用星形网络拓扑结构。西门子SIMATIC NET工业无线以太网IWLAN设备支持3种IEEE802.11标准，并具有以下的优点：
 　　坚固：金属机架、高防护等级IP65、防震、防颤、宽的温度范围-20 ℃～+60 ℃；这样可以直接安装在控制柜外，方便安装天线。
　　可靠：循环的数据通信（确定性）、支持冗余、无线连接监控、稳定的无线连接。
　　针对工业应用开发的工业特性。
　　本项目的无线工业以太网通讯采用1个W788-1PRO接入点和10个W744-1PRO客户端（分别位于每一个侧车台中）构成，结合系统运行的空间，采用缺省的全向天线传输，整个系统构成如图2所示。

　　图2 侧车台SCALANCE无线工业以太网系统的构成

　　2.2控制系统方案的确定 
　　由于本项目的工艺功能及其控制要求的特点，并结合上述无线工业以太网系统的要求，最终确定采用基于PROFINET的控制网络。PROFINET作为一个基于工业以太网的实时网络，兼容国际以太网标准IEEE802.3，可以基于无线工业以太网进行安全、可靠、实时的数据通讯。西门子的最新产品全面支持PROFINET。PROFINET具有如下特性：      
　　PROFINET是开放的国际标准，使用现行的IT标准，全面支持TCP/IP协议，从管理层至现场层均可实现直接的访问操作，能同时保障纵向及横向集成。
　　用于控制器、分布式外围设备以及运动控制的实时通讯，具有可伸缩性，因此可提供极短的响应时间，能满足与自动化相关的所有包括时钟同步实时要求。用PROFINET在实时状态下实现分散式和分布式自动化系统的同步运行，可用于高性能运动控制。
　　通过PROFINET可将分布式现场设备PROFINET IO直接连接到工业以太网上，这样就能在外围设备与控制器之间进行快速数据交换，且能提供较好的诊断方法。
 　　如上所述，由于在侧车台中的控制系统的安装空间被限制在了17 cm的高度范围内，笔者也考虑过常规的交—直—交传动方案和不同品牌厂商的产品，如CT公司的UNIDRIVE SP系列产品、SEW公司的MOVIDRIVE MDX60/61B系列产品，以及西门子的紧凑型SIMOVERT MASTERDRIVES产品和SINAMICS系列的S120产品等等。由于既要保证本项目的功能、性能指标、安全性和可靠性，又要控制项目的成本，还要满足安装尺寸方面的苛刻要求，进行了多轮多种控制方案的比较、筛选。
  　由于掌握SINAMICS系列S120产品的情况，其控制单元、端子模块、传感器模块箱、功率单元、制动单元的厚度均为50 mm，以上厚度的模块化产品正好满足侧车台空间的要求，最终确定采用西门子的书本型SINAMICS S120的DC/AC产品。这一方案也是其在国内舞台机械行业中最早得到应用的首个案例。本项目用蓄电池组直接提供常规交—直—交形式驱动器中的直流链路电压，这样就省去了交—直—交形式驱动器中需要的逆变电源及其整流单元，同时也解决了大部分安装空间的难题。驱动装置用10套SINAMICS S120驱动交流异步电动机，通过加装通讯模板CBE20，S120作为PN IO设备连接SCALANCE W744-1PRO客户端，同时S120配置增量编码器和绝对值编码器，实现速度和位置双闭环控制。对于PLC，采用1套带PN接口的SIMATIC S7-300的CPU315-2PN/DP，并配置相应的I/O模块。
　　SIMATIC S7-300作为PN IO的控制器连接SCALANCE W788-1PRO接入点，通过无线工业以太网实现与S120的PROFINET IO实时通讯。对于HMI人机接口，选用SIMATIC HMI Mobile Panel 277。这是因为该西门子便携移动操作盘有以下特点：

　　重量轻，约为1.8 kg，方便手持就近操作；
　　防护等级IP54，并抗1.2 m跌落；
　　带钥匙开关、启动键、急停按钮、手轮、安全开关等，可以直接进行操作；
　　人机界面Mobile Panel 277通过PROFIBUS与S7-300PLC连接通讯；
　　本项目侧车台的控制系统部件安装如图3所示。

图3 侧车台控制系统部件