電視臺(tái)演播室三維一體吊掛系統(tǒng)

林小海+林培群

【摘 要】 主要介紹廣東廣播電視臺(tái)1 600 m2演播室三維一體吊掛系統(tǒng)的構(gòu)成及可實(shí)現(xiàn)的功能。

【關(guān)鍵詞】 演播室；吊掛系統(tǒng)；三維一體吊桿；冗余設(shè)計(jì)

文章編號(hào)： 10.3969/j.issn.1674-8239.2017.05.012

【Abstract】This paper introduced the structure and function of three-dimensional integrated hanging system in 1 600 m2 TV studio of Guangdong Radio and Television Station.

【Key Words】studio； hanging system； 3d integration boom； redundancy design

1 概述

隨著演藝產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展以及電視節(jié)目形式的多樣化，電視臺(tái)演播室需要滿足各類節(jié)目形式的變化已成為趨勢。節(jié)目的多樣化決定了舞臺(tái)形式的多元化，演播室的上空會(huì)出現(xiàn)各種舞美造型（包括LED屏幕造型），甚至存在部分舞美造型需要升降或旋轉(zhuǎn)的情況。相應(yīng)地，演播室吊掛系統(tǒng)必須可以任意組合布置，才能滿足各類節(jié)目錄制的需求，這就對燈光系統(tǒng)中的吊掛設(shè)備提出了更高的技術(shù)要求。

目前大部分電視臺(tái)演播室的吊掛模式是水平吊掛加滿天星單點(diǎn)吊，或全部滿天星單點(diǎn)吊。顯然，只能升降的燈光吊桿已經(jīng)無法更好地滿足燈光任意組合變化及舞美的設(shè)計(jì)需求。滿天星的單點(diǎn)吊模式雖然可以滿足舞美、燈光的設(shè)計(jì)要求，可是在實(shí)際應(yīng)用中需要花費(fèi)大量的人力和時(shí)間才能完成一個(gè)節(jié)目的舞美燈光安裝制作工作，演播室的利用率大大降低。而當(dāng)大量使用單點(diǎn)吊加鋁合金桁架時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)部分水平吊桿無法使用的情況，限制了桁架的高度，不僅造成演播室吊掛設(shè)備和空間的浪費(fèi)，同時(shí)影響了舞美、燈光效果的發(fā)揮。如何更好地解決該問題，廣東廣播電視臺(tái)1 600 m2演播室采用具有更多運(yùn)動(dòng)形式的吊掛裝置，為電視同行提供了參考和借鑒的方案。

2 吊掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

廣東廣播電視臺(tái)1 600 m2演播室燈光吊掛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案思路是：充分考慮燈光系統(tǒng)與燈具配置的關(guān)系，采用新技術(shù)、新工藝，把設(shè)備的功能性、靈活性、高效性作為首要考慮的因素，滿足節(jié)目日益增長的藝術(shù)創(chuàng)作需求；充分考慮燈光系統(tǒng)的可靠性，采用穩(wěn)定、成熟的設(shè)備，同時(shí)有良好的兼容性、開放性和前瞻性，為燈光的安全制作和節(jié)目的安全播出提供有力保障。

該方案的設(shè)計(jì)目標(biāo)：

（1）滿足技術(shù)先進(jìn)性、安全可靠性、使用靈活性；

（2）系統(tǒng)配置滿足廣東廣播電視臺(tái)大中型節(jié)目（如各類綜藝晚會(huì)、常規(guī)欄目、頒獎(jiǎng)晚會(huì)等）的燈光效果需求；

（3）在設(shè)備控制系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)安裝安全可靠、性能成熟的備份設(shè)置和應(yīng)急設(shè)置，保障節(jié)目的安全制作和安全播出；

（4）為電視節(jié)目制作，特別是舞美、燈光、屏幕的效果設(shè)計(jì)提升創(chuàng)作空間。

通過對國內(nèi)外多家燈光吊掛企業(yè)的調(diào)研，確定了演播室的吊掛模式：可移動(dòng)旋轉(zhuǎn)吊桿和可移動(dòng)單點(diǎn)的三維一體吊掛模式（圖1）。

（1）整個(gè)大廳上空均勻布置了112套可移動(dòng)旋轉(zhuǎn)吊桿（三維一體吊桿），主舞臺(tái)不論設(shè)置在演播室的哪個(gè)位置，可通過移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)吊桿，提升舞臺(tái)的創(chuàng)作空間，滿足節(jié)目的燈光要求，也可不受限制地進(jìn)行舞美布景安裝，使演播室有多樣化的應(yīng)用。

三維一體吊桿可以在7 m范圍內(nèi)沿導(dǎo)軌移動(dòng)，360°旋轉(zhuǎn)及11 m升降行程，結(jié)合120個(gè)可任意移動(dòng)的吊點(diǎn)、四周布置的29道水平吊桿、72 m寬12 m高背景立面燈柵，構(gòu)成了演播室多維度自由布光系統(tǒng)（圖2）。

（2）配套的120個(gè)可移動(dòng)單點(diǎn)和鋁合金桁架，方便靈活，滿足了燈光特殊造型的設(shè)計(jì)需求（如圓形、弧形等）。

（3）該系統(tǒng)采用變頻技術(shù)進(jìn)行控制，提高了吊掛、吊點(diǎn)升降移動(dòng)的同步性和一致性，為節(jié)目錄制期間進(jìn)行燈光造型改變或LED屏幕升降等特殊效果提供了可能性和安全技術(shù)保障。

（4）該系統(tǒng)采用主、備控制模式，采用工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議。

（5）每臺(tái)吊桿都安裝有兩個(gè)獨(dú)立制動(dòng)器，每個(gè)擁有2倍制動(dòng)力矩，從而提升了設(shè)備故障時(shí)的應(yīng)急保護(hù)能力。

3 主要設(shè)備性能及特點(diǎn)

3.1 三維一體吊桿

三維一體吊桿可吊掛常規(guī)燈具、電腦燈具、LED燈具，也可以吊掛LED條屏，當(dāng)然也可以根據(jù)需要吊掛各類布景（圖3）。每臺(tái)吊桿由三個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)組件組成，分為升降驅(qū)動(dòng)部分、平移及旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分。采用便捷式安裝設(shè)計(jì)，升降裝置采用獨(dú)特的自提升、自排繩式設(shè)計(jì)，具有自動(dòng)防擺動(dòng)設(shè)計(jì)，通過防擺動(dòng)裝置和緩啟動(dòng)減速制動(dòng)功能快速降低因自身運(yùn)動(dòng)或電腦燈轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的桿體晃動(dòng)幅度，設(shè)備運(yùn)行噪聲低，可以滿足錄制過程中的使用要求（圖4）。

（1）升降驅(qū)動(dòng)部分

升降驅(qū)動(dòng)部分由減速電機(jī)、雙制動(dòng)器、單層卷繞卷筒、大螺母、導(dǎo)軌、滑輪組、限位機(jī)構(gòu)、編碼器等組成（圖5）。

三維一體吊桿采用自動(dòng)一字排繩技術(shù)，巧妙地利用一臺(tái)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)動(dòng)作的機(jī)械原理，當(dāng)卷筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，同時(shí)會(huì)做水平方向移動(dòng)。具體如下：當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，卷筒隨旋轉(zhuǎn)相對應(yīng)的方向做軸向移動(dòng)，卷筒每纏繞一圈鋼絲繩，則自動(dòng)軸向移動(dòng)一圈的距離，反之，則向另外一個(gè)方向軸向移動(dòng)，這樣鋼絲繩與卷筒始終保持90°，保證了鋼絲繩不會(huì)出現(xiàn)亂繩。應(yīng)用這一技術(shù)的卷揚(yáng)機(jī)可以讓鋼絲繩實(shí)現(xiàn)自由纏繞或釋放。

三維一體吊桿的升降設(shè)有四個(gè)限位開關(guān)，并設(shè)有邏輯限位功能，設(shè)備在到達(dá)目標(biāo)值前會(huì)自動(dòng)減速停止，運(yùn)行平穩(wěn)，停止時(shí)不會(huì)出現(xiàn)明顯的晃動(dòng)。

升降驅(qū)動(dòng)部分采用四根鋼絲繩卷揚(yáng)方式，鋼絲繩從設(shè)備頂部的四個(gè)角出繩，形成一個(gè)長方形方位布置。采用這一方式結(jié)合防擺動(dòng)設(shè)計(jì)可以減少設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的晃動(dòng)，特別是有效控制演出過程中電腦燈轉(zhuǎn)動(dòng)形成的桿體晃動(dòng)，可避免光斑的抖動(dòng)現(xiàn)象。另外，防擺動(dòng)設(shè)計(jì)可以解決設(shè)備受力不均造成的鋼絲繩松緊不一問題，當(dāng)桿體上只在一頭吊掛燈具時(shí)，而另一頭則不受力，防擺動(dòng)裝置將自動(dòng)調(diào)節(jié)各鋼絲繩松緊度。

（2）平移及旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分

該部分由旋轉(zhuǎn)電機(jī)、平移電機(jī)、移動(dòng)平臺(tái)、鋼導(dǎo)軌、旋轉(zhuǎn)限位開關(guān)、旋轉(zhuǎn)增量型編碼器、平移限位開關(guān)以及扁平電纜鋁合金導(dǎo)軌、電纜滑車等組成（圖6）。

旋轉(zhuǎn)部分通過電機(jī)上的小齒輪帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支承做順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)支承與旋轉(zhuǎn)軸和橫梁做剛性固定，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)有限位開關(guān)，具有正反轉(zhuǎn)限位保護(hù)功能，并通過增量型編碼器可以自動(dòng)設(shè)定旋轉(zhuǎn)角度。

平移部分通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和兩個(gè)跟隨輪在鋼軌道上做軸向移動(dòng)，扁平電纜做跟隨移動(dòng)（圖7）。設(shè)備與設(shè)備之間設(shè)有限位開關(guān)，防止出現(xiàn)碰撞。兩道鋼梁之間的8 m距離內(nèi)設(shè)有三臺(tái)三維一體吊桿，鋼軌道兩頭設(shè)有限位開關(guān)，行走行程約7 m。

3.2 PLC控制系統(tǒng)

舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)，能對演播大廳內(nèi)所有舞臺(tái)吊掛設(shè)備的驅(qū)動(dòng)裝置和現(xiàn)場傳感器等實(shí)施運(yùn)行控制和狀態(tài)監(jiān)視，并提供圖形操作界面，滿足裝臺(tái)、排練、演出對舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備的控制和操作要求。

吊掛控制系統(tǒng)采用西門子PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器），通過工業(yè)控制計(jì)算機(jī)用現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)連接多個(gè)通信協(xié)議①的可編程序控制器，控制整個(gè)演播大廳的112道三維一體吊桿、29道水平吊桿、64個(gè)電動(dòng)葫蘆，合計(jì)控制429個(gè)電機(jī)回路（圖8）。所有吊桿的升降部分采用變頻矩陣的控制方式，平移和旋轉(zhuǎn)采用一對一變頻控制方式。系統(tǒng)支持11臺(tái)吊桿同時(shí)升降，40臺(tái)設(shè)備同時(shí)旋轉(zhuǎn)或平移，64個(gè)電動(dòng)葫蘆同時(shí)升降。

控制臺(tái)采用工業(yè)專用計(jì)算機(jī)，兩臺(tái)計(jì)算機(jī)冗余設(shè)計(jì)，具備雙重可靠性、穩(wěn)定性和抗干擾能力（圖9）。

控制系統(tǒng)提供正常情況下的全功能控制與操作，包括單體設(shè)備的控制、設(shè)備聯(lián)鎖、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、預(yù)選擇設(shè)備、設(shè)定運(yùn)動(dòng)參數(shù)、編組運(yùn)行、場景記憶、場景序列、故障診斷、系統(tǒng)維護(hù)等。

4 結(jié)語

演播室采用的三維一體吊桿，以目前國內(nèi)演播室吊掛系統(tǒng)的主流控制模式PLC配套變頻器的控制方式，讓燈光設(shè)計(jì)真正做到無死角自由布光和布景。系統(tǒng)完工后，已進(jìn)行了多次晚會(huì)節(jié)目的制作，取得較好的使用效果，達(dá)到了原設(shè)計(jì)要求（圖10）。

在節(jié)目制作中，因舞臺(tái)、燈光制作的特殊性，有時(shí)燈光造型、舞美結(jié)構(gòu)必須根據(jù)節(jié)目的內(nèi)容、環(huán)節(jié)、意境、音樂進(jìn)行頻繁地同步轉(zhuǎn)換，該控制模式在控制精度、靈活性方面略顯不足。如果演播室吊掛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念是以運(yùn)動(dòng)控制為核心目的，建議采用“上位機(jī)+服務(wù)器+軸控制器+驅(qū)動(dòng)單元”的軸控技術(shù)控制模式（Axis control），這樣將更好地完成復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制。

注釋：

① 如PPI協(xié)議、MPI協(xié)議、自由口模式（由用戶自定義的通信協(xié)議用于與其他串行通信設(shè)備通信）。

（編輯 王 芳）