舞台控制系统
现代化舞台机械的控制系统解析杭州大剧院歌剧院舞台机械的控制技术现代化舞台机械的控制系统解析杭州大剧院歌剧院舞台机械的控制技术艺术科技2005年第2期口俞剑军现代伪舞詹机械的控锄系统解析杭州大剧院歌剧院舞台机械的控制技术舞台作为剧场技术最主要的部分它在欧洲已经历了两千多年的发展历史如今欧美现代剧场的舞台技术早已发展成为集机电数字网络及蓝牙技术为一体的综合技术而在我国真正意义上的现代剧场拥有现代化舞台机械的出现不过才十几年的时间进入新世纪以来自深圳大剧院上海大歌剧院之后一批拥有世界一流水准的现代化剧场如国家大剧院杭州大剧院上海东方艺术中心及深圳音乐厅等即将陆续建成杭州大剧院作为杭州的一个现代化标志性建筑其歌剧院的舞台技术采用了当今世界上最先进的舞台设计理念具有完备的舞台工艺和先进的舞台设备其舞台为镜框式舞台由主舞台左右侧舞台及后舞台构成"品"字型平面结构舞台总宽达65米总进深42米台口最大尺寸18米宽x12米高整个舞台机械分为台上机械及台下机械两个部分其中台上机械包括有6O道主舞台电动吊杆1道前沿幕吊杆1道天幕吊杆2道侧吊杆1道纱幕吊杆1道隔音幕吊杆1O道后舞台电动吊杆6台轨道式单点吊机12台自由式单点吊机1道防火幕1道大幕机4台灯光渡桥8台灯光吊笼等设备共计驱动点为116个台下机械包括有2块升降乐池6iJ主升降台12块侧车台1块后转台一台升降货梯32块补偿及辅助升降台等设备共计驱动点为101个该舞台的控制系统由德国SBS舞台技术有限公司设计制造与安装对于如此结构复杂数目庞大的舞台设备作为整套设备的控制系统必须能高效率地协调处于不同控制层面众多复杂的设备并通过控制台对其进行全面的控制以下对该系统作分解说明由此34亦可以看出现代舞台机械控制系统的一些典型技术及特征1控制系统的类型整个控制系统可根据不同控制选件的要求分为三类基于接触器的控制系统用于简单的位置及速度控制无智能化支持基于可编程控制器PLC的控制系统用于不同驱动元件的顺序控制有限的数据储存友好的状态显示并可作为计算机辅助控制系统的数据备份计算机辅助控制系统具有强大的控制功能大容量的数据存储以及友好的人机界面2主要功能的描述设备的控制层次按剧目场景设备组及设备进行划分其设备组可分别实现速度同步组内设备以相同速度运行时间同步组内设备在同一周期内运行运行同步组内设备以相同的速度方向同步运行及目标同步仅用于自动模式组内设备运行至同一目标位置等四种同步类型其控制方式可分为单控编组及延时控制设备的控制模式可分为自动模式手动模式机械设定模式后备模式手动应急模式及维修模式以实现不同工况的操作参数表的使用可涵盖所控制层面设备的所有运行参数其数值均由计算机进行合法性验证在编组的情况下如改变组内某轴数据其余设备均以指定同步方式自动匹配场景的管理可通过参数表的方式实现所有的场景数据可存放于同一剧目文件依照场景的顺序选择实现对剧目的管理所有的剧目文件均可在系统中进行装载存储删除及新建等编辑所有的场景文件均可在系统中进行删除新建提前及后退编辑通过备份控制器实现操作系统的冗余控制以便在故障状态下对设备进行操控操作与故障的即时记录可为事后的检查诊断提供相关的操作数据通过intemet网络可实现对系统的远程控制与维护具体可实现如下工作分析记录文件检查软硬件组件监视控制过程升级系统软件3基于CoSTACoin的控制系统的构成COSTACOwin操作系统是由SBS公司专为舞台设备开发的控制系统系统为模块化设计具有较好的扩展性和灵活性如在现有的系统基础上扩展新的传动单元和控制单元只须修改软件的参数便可完成整个系统达到DINV192505级标准excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载COSTACOwin控制系统主要由中央计算机轴计算机及控制计算机控制台gg成各组件之间的通讯通过两种标准化总线完成一ETHERNET和SERCOS中央计算机是整个系统的运行心脏设备控制数据由人机界面的控制计算机输入并被传送至中央计算机中央计算机对这些数据作逻辑完整性正确性及合理性的判断后发送至各轴计算机同时依靠数字信号处理器中央计算机计算出单个或编组设备的运行曲线并依照操作员的轴计算机将算指令同步传送到相应的轴计算机得的位置与状态信号送回中央计算机再将此数据与自身的预期值进行比较评估后更新控制功能并送至控制计算机显示中央计算机也负责网络的监控在数据传输错误的情况下ETHEKNET和SERCOS它将启动各自的停机程序所有与系统安全有关的功能都是冗余的另外中央计算机还负责向轴计算机提供应舞台实践practiceonstage急电源当故障发生时使设备回到起始位置轴计算机是一个微处理单元它负责对执行元件的实际控制在收到指定的运行曲线后轴计算机计算出不同点的数据进行指定值与实际值的比较通过适当的算法产生控制参数作为动作的控制单元轴计算机根据机械要求可为运行于离散速度的传动产生专门的二进制信号为无位置控制要求的变速传动产生指定的模拟速度信号为有位置要求的变速传动产生与位置时间有关的指定速度信号轴计算机处理或产生与设备电器控制有关的全部信号作为安全功能的一个冗余回路它也产生与安全有关的信号计算机为双通道设计且具有看门狗冗余功能连接与各计算机之间的标准化总线可进行组件间的数据交换在控制计算机与中央计算机之间采用ETHEKNET连接可满足大数据量的通讯在中央计算机与轴计算机之间采用带宽为10M的SEKCOS连接它可允许所有连接到总线的工作单元在给定的时间内实时传输数据实现同步工作在数据的实时响应传输速率及时间控制的准确性方面SEKCOS比其他总线系统如PKOFIBUSCANBUS等具有明显的优势对于一些与其他设备的运行无同步要求的驱动元件也可以不通过轴计算机而与中央计算机直接相连因为在该控制系统中可编程控制器PLC的控制与继电器的控制已融为一体这些轴数据可由可编程控制器PLC通过独立的总线PKOFIBUS传输到中央计算机这些驱动元件由主控制计算机主控制台操作它们相对于其他设备的独立属性由中央计算机鉴别确认这种控制方式被用于如灯光吊笼演员活门等设备中4操作系统的人性化友好的人机界面对于所有设备的操控均通过主控制台SCOUTEagle及两个移动控制台SCOUTMihn完成另有一台微型终端SCOUTMerlin可进行简单的手动目视操作主控制台SCOUTEagle配备有标准键盘TFT触摸屏功能键和各种硬件输入模块可以实现数据的快速输入此外它还配备有操纵杆及传35艺术科技2005年第2期COSTACOWIN系统构成统的控制按钮如急停按钮主令开关等该控制台符合人性化设计可由多人同时操作无论是主控制台SCOUTEaSe或移动控制台SCOUTMilin均可显示系统的状态信息移动控制台SCOUTMilin还可以通过舞台上多处接口与设备相连以便通过最佳视角对设备进行操控当系统出现故障时通过PROFIBUS总线备用控制系统可以从主控制台直接对变频器进行操作从而保证了系统在故障下仍可对演出活动进行应急操作在维修保养时通过微型终端SCOUTMerlin可就近直接连接至设备进行手动目视操作此时设备的运行已不再依靠计算机系统该系统具有友好的人机界面TFT触摸屏可提供任意选择的运行参数表拓扑图可视化的运行过程和场次说明运行参数表提供了可编辑的多轴运行自动场景控制程序的操作过程简单易学操作人员无须经过大时间量的培训而是通过简明的操作指南验证指南下载星度指南下载验证指南下载验证指南下载验证指南下载及一定的现场培训即可完全掌控设备的操作这为高效率的剧场设备的管理提供了可能五系统对设备运行安全性能的主要控制项目卷扬机的双重紧急制动继电器脱钩的监控通过中央计算机和轴计算机冗余性差异性的驱动监控配备有特殊检测算法校验和看门狗监控的高标准软件保证安全使用多个编码器监控比较个编码器的数值设定值实际值及机器状态等如有不同将停机通过变频器进行载荷测量及监控松绳监测逻辑连锁和逻辑运行升降台的安全边缘监控所有针对安全的信号都是被双重监控的设备的位置都通过两种不同的方式列出随着杭州大剧院的建成一流剧场的行列又将添新员作为在很大程度上体现其先进性的歌剧院舞台机械它出色的性能丰富的表现能力必定会在今后的演出活动中充分地体现出来舞台控制系统
