一种用于舞台机械的双冗余控制系统的制作方法

1.本实用新型属于舞台机械控制系统领域，特别涉及一种用于舞台机械的双冗余控制系统。


背景技术：

2.随着当代经济社会的不断发展，文化产业得到迅速发展，由此推动了我国的剧场、剧院建设。舞台机械作为剧场中的重要主体设备，对剧场的规模、功能起到了决定性的作用。随着舞台机械行业的飞速发展，越来越复杂的舞台机械设备呈现在人们面前，而它仅仅展现给人们的是一具躯体，它需要精度更高、性能更强、安全系数更好的控制系统为其注入灵魂。作为舞台机械灵魂的控制系统，一定程度上决定了舞台机械的性能，同时也决定了现代剧场的先进性、可靠性。所以一套完整的、可靠的、先进的控制系统在舞台机械行业都起到了至关重要的作用。
3.现在国内舞台机械控制系统多是基于常规的单一的plc控制。plc是一种可编程的存储器，其结构基本上与微型计算机相同。由于它的功能强、可靠性高、适应性好以及模块化结构等优点，被广泛应用于舞台机械控制领域。常见的plc著名厂商有美国的ab、欧洲simines、日本欧姆龙、三菱等。这种只有单一的plc 控制的方式，最主要的缺陷是当cpu发生故障或profinet网络断开时，整个系统中的设备会停止运行，这将会使演出不能够顺利进行。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有单一plc控制的舞台机械控制系统中出现cpu故障或某一profinet网络断开等故障时产生的控制系统瘫痪的问题，提供一种用于舞台机械的双冗余控制系统，该系统打破了传统单一的plc控制，采用双cpu构成冗余系统，并通过光纤及光纤以太网构成环网。两个cpu会并行处理相同的项目数据和相同的用户程序，如果两个cpu中的一个发生故障或profinet环网断开等，仍能保证整个系统的安全运行，所有节点仍继续相互通信，保证系统的稳定性与可靠性，从而降低了系统停机的可能性。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种用于舞台机械的双冗余控制系统，包括通过环网相连接的台上设备主控cpu、冗余备plc、冗余主plc、io从站、台下设备主控cpu、第一交换机，均采用prodinet通讯；
6.所述台上设备主控cpu用于控制台上栅顶层设备，台上设备主控cpu还通过prodinet通讯连接有多个第一dp从站；
7.所述台下设备主控cpu用于控制基坑及台面设备，台下设备主控cpu还通过prodinet通讯连接有多个第二dp从站；
8.所述冗余备plc、冗余主plc之间还通过光纤电缆冗余连接建立数据同步运行；
9.多个所述io从站用于现场各个设备的状态采集和控制输出；
10.所述第一交换机设置于台上设备主控cpu和台下设备主控cpu之间，第一交换机还通过工业以太网连接有人机交互单元。
11.进一步地，其中两个相邻的所述io从站之间还连接有第二交换机。
12.进一步地，所述人机交互单元包括触摸屏、远程数据运维中心、主控制台、移动控制台，触摸屏、远程数据运维中心、主控制台、移动控制台通过工业以太网分别与第一交换机连接。
13.与现有技术相比，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益技术效果是：本实用新型的一种用于舞台机械的双冗余控制系统可靠性增强、故障率降低；该双冗余控制系统是通过配置重复cpu，并搭载环形网络结构的方式实现冗余，具有一定的容错机制，有效避免因cpu故障或某一网络中断而引起的系统瘫痪的情况。
附图说明
14.图1是本实用新型一实施例的用于舞台机械的双冗余控制系统的结构示意图；
15.附图标记：1-触摸屏，2-远程数据运维中心，3-台上设备主控cpu，4-台下设备主控cpu，5-第一交换机，6-io从站，7-第二交换机，8-第一dp从站，9-第二dp从站，10-冗余主plc，11-冗余备plc，12-主控制台，13-移动控制台。
具体实施方式
16.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过优选的实施例对本实用新型进行进一步详细说明。
实施例
17.一种用于舞台机械的双冗余控制系统，包括通过环网相连接的台上设备主控cpu3、冗余备plc11、冗余主plc10、io从站6、台下设备主控cpu4、第一交换机5，均采用prodinet通讯；
18.所述台上设备主控cpu3用于控制台上栅顶层设备，台上设备主控cpu3还通过prodinet通讯连接有多个第一dp从站8；
19.所述台下设备主控cpu4用于控制基坑及台面设备，台下设备主控cpu4还通过prodinet通讯连接有多个第二dp从站9；
20.所述冗余备plc11、冗余主plc10之间还通过光纤电缆冗余连接建立数据同步运行；
21.多个所述io从站6用于现场各个设备的状态采集和控制输出；
22.所述第一交换机5设置于台上设备主控cpu3和台下设备主控cpu4之间，第一交换机5还通过工业以太网连接有人机交互单元。
23.优选地，其中两个相邻的所述io从站6之间还连接有第二交换机7，所述人机交互单元包括触摸屏1、远程数据运维中心2、主控制台12、移动控制台13，触摸屏1、远程数据运维中心2、主控制台12、移动控制台13通过工业以太网分别与第一交换机5连接。
24.在本实施例中，冗余备plc11、冗余主plc10之间通过2根光纤电缆建立冗余连接，共使用4个同步模块，在系统运行过程中，冗余备plc11、冗余主plc10之间数据同步，且可相
互间自由切换，当其中一台出现故障时，另一台将作为主cpu，与其他设备进行不间断的数据交换，保证设备的正常运行。profinet 环网中的所有 profinet 设备都支持介质冗余 (mrp)，当环网中的任何一点断开，都不会影响设备的当前运行状态，其原理是当环网断开后，冗余管理器将自动对各个设备之间的数据路径重新组态，而不会影响设备的当前运行状态。io从站6主要用于现场各个设备的状态采集和控制输出，状态采集主要有限位、极限、松绳、满绳、热保护、防剪切等信号，io由冗余备plc11和/或冗余主plc10通过profinet对其进行直接寻址。
25.人机交互单元除了主控台、移动站、触摸屏1、远程数据运维中心2外，还可包括紧急控制盒、手动操作摇杆等。人机交互单元主要通过工业以太网给台上设备主控cpu3和台下设备主控cpu4发送控制指令，台上设备主控cpu3和台下设备主控cpu4又将读取到的状态数据、报警信息等反馈到人机交互单元，可以实现设备的就近控制、远程控制、报警显示、故障复位、设备运行状态监控、系统状态监控等功能。人机交互单元与台上设备主控cpu3和台下设备主控cpu4采用工业以太网通讯，通过第一交换机5将其隔离在环网之外。
26.具体应用时，以某大剧院的舞台机械控制为例，该剧院包含吊杆、灯杆等台上设备、侧车台、后车台等台面设备以及乐池升降台、主升降台等台下设备，总共160台套。要实现该系统的cpu冗余和环网冗余功能、所有设备的正反转功能、调速设备的调速和定位功能、以及设备的限位、超程、松绳等保护功能、故障及报警指示功能、设备状态实时监控功能等。
27.由于该剧院现场环境的复杂、设备数量众多、数据信号繁杂、台上栅顶设备层与台下基坑设备层距离跨度较远，所以控制系统整体采用分布式控制方式。由台上设备主控cpu3控制台上栅顶层设备，台下设备主控cpu4控制基坑及台面设备，冗余主plc10、冗余备plc11通过光缆建立的冗余连接同步两个cpu，冗余主plc10、冗余备plc11与台上设备主控cpu3、台下设备主控cpu4、io从站6、第一交换机5、第二交换机7构成环网，形成闭合的环形结构，其中冗余主plc10、冗余备plc11承担“管理器”的介质冗余角色，其余profinet设备为“客户端”介质冗余角色。冗余管理器与冗余客户端之间存在基于mrp的通信连接，触摸屏1、远程数据运维中心2、主控制台12、移动控制台13用交换机将其分隔在环网之外，第一dp从站8、第二dp从站9与台上设备主控cpu3、台下设备主控cpu4采用profibus-dp通讯。
28.故障测试：
29.故障1：设备在运行过程中，手动将冗余主plc10切换到stop模式。
30.设备不会停止运行，此时冗余备plc11变为主cpu继续执行过程控制，触摸屏1、远程数据运维中心2、主控制台12、移动控制台13弹出冗余故障的警告。
31.故障2：设备在运行过程中，手动拔掉环网中的任意一根网线。
32.此时环网中断，系统将通过备用连接，与冗余备plc11进行连接，设备不会停止运行，触摸屏1、远程数据运维中心2、主控制台12、移动控制台13弹出冗余故障，要求维护的警告。
33.故障3：设备在运行过程中，将环网中的第一交换机5或第二交换机7断电。
34.此时环网中断，系统将通过备用连接，与冗余备plc11进行连接，设备不会停止运行，触摸屏1、远程数据运维中心2、主控制台12、移动控制台13弹出冗余故障，要求维护的警告。
35.故障4：设备运行过程中，将两个同步光纤电缆中的其中一个中断。
36.此时系统中只剩一个冗余连接，设备不会停止运行，触摸屏1、远程数据运维中心2、主控制台12、移动控制台13出冗余故障的警告。
37.故障5：设备运行过程中，系统中的io从站6出现故障。
38.如果该设备与第一交换机5关联，则设备停止运行；如果该设备与第一交换机5没有关联，则设备可正常运行，触摸屏1、远程数据运维中心2、主控制台12、移动控制台13弹出冗余故障的警告。
39.以上所述为本实用新型的较佳实施例，用以解释本实用新型的技术方案，本领域技术人员还可以在本实用新型的精神和原则之内作常规修改、等同替换和改进等。