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摘要：该文以可编程控制器（PLC）为控制系统，驱动两台步进电机，从而实现了舞动两节龙的机械装置。PLC的高速脉冲控制步进电机的转角和转速，从而控制舞龙动作的多样化，达到能舞龙的喜庆效果。
关键词：步进电机；PLC；舞龙
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）04-0237-02
Design of PLC Control System of Dragon Dance
WENG Bai-tao1，ZHENG Yu-huang1，2，DENG guo1，LIN Shu-jing1，LIANG Yi-lan1，LI Jun-hui1
（1. Department of Physics and Information Engineering， Guangdong University of Education， Guangzhou 510303， China； 2. Guangdong Provincial Key Laboratory of Precision Equipment and Manufacturing Technology， Guangzhou 510641， China）
Abstract： In this paper， the programmable controller （PLC） drives two stepper motors， in order to achieve the dragon dance mechanical device. PLC uses high-speed pulse to control rotation and speed of the stepper motors and achieve the diversity of dragon dance action and effect.
Key words： Stepper motor； PLC； Dragon Dance
1 引言
在传统中國文化中，舞龙文化源远流长，其动作多样化，表达出的喜庆效果，都令人瞩目。但舞龙需要人员众多，龙头龙身又偏重，耗费人力偏大。为此本文提出了以PLC为控制核心，步进电机为驱动的舞龙装置。根据不同的舞龙动作，PLC控制步进电机输出不同的转速和转角，从而实现不同的舞龙动作。
2 舞龙装置组成
舞龙装置由以下几部分组成：
（1）空气开关：主要有断电保护功能，确保用电安全。
（2）PLC：本设计采用的是步科EK205-DT 晶体管输出型PLC。此PLC带有3路高速输出脉冲端口，非常适合步进电机或伺服电机控制领域。本装置只用到其中的两路。
（3）步进电机及其驱动器：步进电机驱动器接收来自PLC发送的脉冲信号和方向信号，从而驱动步进动机改变转速和转向。本系统采用两相四线1.2Nm步进电机。
（4）24V开关电源：本装置的PLC和步进电机驱动器都需要的DC 24V电源驱动。值得注意的是，PLC的脉冲输出端与步进电机驱动器之间需要加2K电阻限流，否则会损坏PLC输出端。
（5）龙身：龙身采用双节龙，每节龙分别用一台步进电机驱动。每一节龙身的支撑体通过联轴器与步进电机连接。本装置的支撑体和联轴器全部采用3D打印技术制作。
本装置的电气原理图如图1所示。机械安装时，注意要考虑好龙身的长度，龙身舞动时有一定的伸展性，应将步进电机进行合理的位置摆放。另外还要考虑每个轴的舞龙最大角度。
3 舞龙控制思路
（1）舞龙动作设计思路：通过步进电机来控制龙头以及龙身进行不同方向的摆动，在摆动过程中，通过改变脉冲频率来改变舞动速度，两者相结合，从而形成有节奏感的，优美的舞龙动作。
（2）步进电机驱动器接受来自PLC的脉冲信号和方向信号。方向信号类似于数字信号，当信号为“0”时，步进电机正转，信号为“1”时，步进电机反转。在步进电机不超载的情况下，每接受一个脉冲信号，步进电机就会转动一个步进角，通过控制脉冲信号的数量，就可以控制步进电机转轴转动的幅度。而控制脉冲信号频率的快慢，则可以控制步进电机转轴转动的速度。因此在PLC程序设计中，应考虑好PLC的最大输出脉冲数和最大输出频率。对于步进电机的脉冲值应该要注意，尽量减少程序不合理的设计而导致的噪声、步进电机失步等问题。
（3）根据思路，在进行程序设计时，常开触点输出到Q0.2，常闭触点输出到Q0.3，发送到两个步进电机驱动器的DIR 端口作为步进电机摆动的方向信号，实现两个步进电机的正转和反转。之后在脉冲信号的上升沿阶段，Q0.0，Q0.1的脉冲信号分别输出到两个步进电机驱动器的CP 端。脉冲信号刚开始输出时，脉冲信号频率逐渐加大，舞龙速度增快。当达到限定的峰值时，频率开始减少，舞龙速度变慢。从而形成有规律的舞龙动作。主程序如图2所示。
4 小结
以PLC为控制系统的广泛应用在各个行业，几乎是涉及自动化控制的方面，都离不开PLC。本文提出的基于PLC设计而成的两轴舞龙装置，体型较小，适合于小型摆放展示的场合。今后将在此基础上继续研究，探索到三轴甚至六轴舞龙装置，使得舞龙动作的更加多元化和复杂化，提高审美价值，使其适用于更大规模的场合。
参考文献：
[1] 邸静妍. PLC控制步进电机的接线和编程[J]. 电子世界，2016（23）：183，185.
[2] 欧阳淑梅. 基于PLC的步进电机技术[J]. 电子制作，2016（21）：46-47.
[3] 刘燕，邹萍，管文娟. 基于PLC的三轴机械手控制系统的设计与实现[J]. 制造业自动化，2016（7）：21-24，36.
关键词：步进电机；PLC；舞龙
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）04-0237-02
Design of PLC Control System of Dragon Dance
WENG Bai-tao1，ZHENG Yu-huang1，2，DENG guo1，LIN Shu-jing1，LIANG Yi-lan1，LI Jun-hui1
（1. Department of Physics and Information Engineering， Guangdong University of Education， Guangzhou 510303， China； 2. Guangdong Provincial Key Laboratory of Precision Equipment and Manufacturing Technology， Guangzhou 510641， China）
Abstract： In this paper， the programmable controller （PLC） drives two stepper motors， in order to achieve the dragon dance mechanical device. PLC uses high-speed pulse to control rotation and speed of the stepper motors and achieve the diversity of dragon dance action and effect.
Key words： Stepper motor； PLC； Dragon Dance
1 引言
在传统中國文化中，舞龙文化源远流长，其动作多样化，表达出的喜庆效果，都令人瞩目。但舞龙需要人员众多，龙头龙身又偏重，耗费人力偏大。为此本文提出了以PLC为控制核心，步进电机为驱动的舞龙装置。根据不同的舞龙动作，PLC控制步进电机输出不同的转速和转角，从而实现不同的舞龙动作。
2 舞龙装置组成
舞龙装置由以下几部分组成：
（1）空气开关：主要有断电保护功能，确保用电安全。
（2）PLC：本设计采用的是步科EK205-DT 晶体管输出型PLC。此PLC带有3路高速输出脉冲端口，非常适合步进电机或伺服电机控制领域。本装置只用到其中的两路。
（3）步进电机及其驱动器：步进电机驱动器接收来自PLC发送的脉冲信号和方向信号，从而驱动步进动机改变转速和转向。本系统采用两相四线1.2Nm步进电机。
（4）24V开关电源：本装置的PLC和步进电机驱动器都需要的DC 24V电源驱动。值得注意的是，PLC的脉冲输出端与步进电机驱动器之间需要加2K电阻限流，否则会损坏PLC输出端。
（5）龙身：龙身采用双节龙，每节龙分别用一台步进电机驱动。每一节龙身的支撑体通过联轴器与步进电机连接。本装置的支撑体和联轴器全部采用3D打印技术制作。
本装置的电气原理图如图1所示。机械安装时，注意要考虑好龙身的长度，龙身舞动时有一定的伸展性，应将步进电机进行合理的位置摆放。另外还要考虑每个轴的舞龙最大角度。
3 舞龙控制思路
（1）舞龙动作设计思路：通过步进电机来控制龙头以及龙身进行不同方向的摆动，在摆动过程中，通过改变脉冲频率来改变舞动速度，两者相结合，从而形成有节奏感的，优美的舞龙动作。
（2）步进电机驱动器接受来自PLC的脉冲信号和方向信号。方向信号类似于数字信号，当信号为“0”时，步进电机正转，信号为“1”时，步进电机反转。在步进电机不超载的情况下，每接受一个脉冲信号，步进电机就会转动一个步进角，通过控制脉冲信号的数量，就可以控制步进电机转轴转动的幅度。而控制脉冲信号频率的快慢，则可以控制步进电机转轴转动的速度。因此在PLC程序设计中，应考虑好PLC的最大输出脉冲数和最大输出频率。对于步进电机的脉冲值应该要注意，尽量减少程序不合理的设计而导致的噪声、步进电机失步等问题。
（3）根据思路，在进行程序设计时，常开触点输出到Q0.2，常闭触点输出到Q0.3，发送到两个步进电机驱动器的DIR 端口作为步进电机摆动的方向信号，实现两个步进电机的正转和反转。之后在脉冲信号的上升沿阶段，Q0.0，Q0.1的脉冲信号分别输出到两个步进电机驱动器的CP 端。脉冲信号刚开始输出时，脉冲信号频率逐渐加大，舞龙速度增快。当达到限定的峰值时，频率开始减少，舞龙速度变慢。从而形成有规律的舞龙动作。主程序如图2所示。
4 小结
以PLC为控制系统的广泛应用在各个行业，几乎是涉及自动化控制的方面，都离不开PLC。本文提出的基于PLC设计而成的两轴舞龙装置，体型较小，适合于小型摆放展示的场合。今后将在此基础上继续研究，探索到三轴甚至六轴舞龙装置，使得舞龙动作的更加多元化和复杂化，提高审美价值，使其适用于更大规模的场合。
参考文献：
[1] 邸静妍. PLC控制步进电机的接线和编程[J]. 电子世界，2016（23）：183，185.
[2] 欧阳淑梅. 基于PLC的步进电机技术[J]. 电子制作，2016（21）：46-47.
[3] 刘燕，邹萍，管文娟. 基于PLC的三轴机械手控制系统的设计与实现[J]. 制造业自动化，2016（7）：21-24，36.