舞臺機(jī)械控制系統(tǒng)功能及性能分析

徐世章　趙麗珍　宋瀛?！∴崉潘?/p>

摘 要：我國從上個(gè)世紀(jì)八十年代開始出現(xiàn)了以手動為主的舞臺機(jī)械，并且隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的舞臺設(shè)計(jì)迎來了全新的發(fā)展春天，而舞臺機(jī)械也逐漸朝著電子化的方向發(fā)展，將我國同西方先進(jìn)國家之間的距離進(jìn)一步縮短。本文將舞臺機(jī)械控制系統(tǒng)作為研究對象，通過從簡單論述舞臺機(jī)械控制系統(tǒng)的基本功能以及軟件核心功能作為出發(fā)點(diǎn)，以網(wǎng)絡(luò)性能和系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的角度，著重圍繞舞臺機(jī)械控制系統(tǒng)的性能進(jìn)行簡要分析研究。

關(guān)鍵詞：舞臺;機(jī)械控制系統(tǒng)

引言

舞臺機(jī)械在歐洲已有上百年的發(fā)展歷史，在亞洲雖然起步較晚，但發(fā)展比較迅速。在20世紀(jì)80年代以前，我國舞臺機(jī)械大部分都是手動或局部電動控制的臺上設(shè)備，臺下設(shè)備只有少數(shù)劇場試驗(yàn)性地使用，控制系統(tǒng)非常簡單。1984年，中國劇院為配合大型音樂舞蹈史詩《中國革命之歌》的演出，設(shè)置了臺上、臺下全套舞臺機(jī)械設(shè)備，并采用液壓和數(shù)控技術(shù)，開創(chuàng)了我國大型舞臺機(jī)械應(yīng)用的先例。在其后的十幾年中，我國舞臺機(jī)械及控制系統(tǒng)一直徘徊在較低的水平，沒有大的突破。20世紀(jì)末，上海大劇院的建成和國家大劇院的正式啟動，帶動我國大、中型舞臺的新建和改造工程進(jìn)入一個(gè)高潮階段，使我國大型舞臺機(jī)械有了跨越式的發(fā)展，其控制水平也有了很大的提高，并建立了我國自己的控制模式。今天，我國大型舞臺機(jī)械控制系統(tǒng)已經(jīng)形成了集網(wǎng)絡(luò)化、集散化、自動化、智能化為一體的先進(jìn)的控制模式。

一、舞臺機(jī)械控制系統(tǒng)的功能

規(guī)范的劇場品字型舞臺機(jī)械設(shè)備通常可以分成臺上與臺下這兩個(gè)部分，臺上設(shè)備由卷揚(yáng)類作為核心，基礎(chǔ)配備有防火幕和假臺口以及大幕和二道幕等多種設(shè)備，部分還會配置反聲罩。臺下設(shè)備由升降和推拉以及旋轉(zhuǎn)當(dāng)作核心，基礎(chǔ)配備包含主升降臺和左右車胎以及后車轉(zhuǎn)臺等多項(xiàng)補(bǔ)償臺設(shè)施。舞臺機(jī)械傳動模式通常是機(jī)械與流體傳動這兩種類型。軟件核心功能。舞臺機(jī)械控制系統(tǒng)通常鳳城PLC和上位機(jī)軟件功這兩種，PLC軟件核心功能，權(quán)限掌控，設(shè)置數(shù)據(jù)，設(shè)施互相鎖定，誤差檢查組，設(shè)備禁止使用和你旁路以及選擇。變頻器情況顯示和恢復(fù)位置警報(bào)，程序控制一和程序控制二。場景運(yùn)轉(zhuǎn)介入，顯示故障情況，上位機(jī)核心功能，設(shè)置設(shè)備名字，場景數(shù)據(jù)設(shè)置和編場，設(shè)施信息顯示，日記記載，劇目計(jì)算時(shí)間，打印系統(tǒng)數(shù)據(jù)，主機(jī)信息展示，劇目下載。行程開關(guān)，行程開關(guān)有行程終止、中間定位、減速開關(guān)，可使用專用限位開關(guān)箱（如主令開關(guān)盒）或直碰式機(jī)械開關(guān)或接近開關(guān)。各類舞臺機(jī)械設(shè)備應(yīng)設(shè)置行程終止開關(guān);而中間定位、減速開關(guān)依據(jù)實(shí)際情況設(shè)置，也可以從位置傳感器內(nèi)取信號。

二、多設(shè)備控制精度計(jì)算

在實(shí)際的工程實(shí)踐中將設(shè)備運(yùn)行同步方式分為綁定同步運(yùn)行和變頻器同步運(yùn)行。綁定同步運(yùn)行：舞臺機(jī)械在使用中經(jīng)常出現(xiàn)要求兩個(gè)或多個(gè)單體設(shè)備同步運(yùn)行來執(zhí)行演出任務(wù)的情況，設(shè)備同步由PLC完成。如幾個(gè)吊點(diǎn)共同吊掛一個(gè)燈桿，以及北京奧運(yùn)會開閉幕式中吊索電機(jī)控制等示例。要求綁定的設(shè)備同時(shí)啟動、同速度運(yùn)行相同的距離，不允許設(shè)備間產(chǎn)生較大的偏差。變頻器同步運(yùn)行：電機(jī)間有剛性連接，同步要求精度高。采用主從同步方式，由變頻器完成同步。主要用于多臺固定的設(shè)備，在運(yùn)行過程中，始終保持同步運(yùn)行。比如劇場的車臺接力驅(qū)動，雙電機(jī)驅(qū)動的升降臺、后車轉(zhuǎn)臺等。綁定同步運(yùn)行這種綁定要求有較大的隨意性，同步的設(shè)備包括同類或不同類設(shè)備，設(shè)備速度及功率可能差別很大，同步位置要求可能相同或保持固定偏差，同步設(shè)定要求靈活，可以按要求設(shè)置同步組合，也可以解除同步狀態(tài)，恢復(fù)單體運(yùn)行。

三、舞臺機(jī)械控制系統(tǒng)的性能

系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間從控制臺發(fā)出命令到設(shè)備啟動運(yùn)行需要經(jīng)歷的時(shí)間就是舞臺機(jī)械控制系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，基于PLC的舞臺控制系統(tǒng)主要使用循環(huán)掃描的方式，因此系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)當(dāng)是主循環(huán)時(shí)間，即TMax=TOB+TTMC+TBP其中系統(tǒng)設(shè)備最大響應(yīng)時(shí)間用TMax表示，基于PLC舞臺控制系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間用TOB表示，系統(tǒng)傳輸所有設(shè)備可控響應(yīng)時(shí)間用TTMC表示，包括制動反應(yīng)時(shí)間在內(nèi)的變頻器響應(yīng)時(shí)間則用TBP表示。因此我們可以得知，當(dāng)系統(tǒng)傳輸所有設(shè)備的相應(yīng)時(shí)間，在從站數(shù)為39且傳輸速率為6Mbps之下，最大響應(yīng)時(shí)間應(yīng)為8ms。而在正常情況下，基于PLC舞臺控制系統(tǒng)掃描循環(huán)的時(shí)間為5到15ms，而變頻器的響應(yīng)時(shí)間一般在500到1000ms之間，因此系統(tǒng)設(shè)備的最大響應(yīng)時(shí)間將不會超過1.5s。

四、我國舞臺機(jī)械運(yùn)動控制系統(tǒng)的構(gòu)成模式

現(xiàn)代舞臺機(jī)械控制系統(tǒng)是運(yùn)動控制系統(tǒng)在舞臺機(jī)械控制中應(yīng)用的一個(gè)分支，其核心是解決機(jī)械（如升降臺、升降樂池、車臺、轉(zhuǎn)臺和各種吊桿等設(shè)備）位移運(yùn)動速度、加速度、轉(zhuǎn)矩與位置的控制。運(yùn)動控制以自動控制理論為基礎(chǔ)，以電機(jī)為控制對象，以控制為核心，以電力電子及功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，組成高精度的電氣傳動系統(tǒng)。當(dāng)前，舞臺機(jī)械的運(yùn)動控制系統(tǒng)基本由控制器、變頻器、電機(jī)三大部分組成，由變頻器解決運(yùn)動控制系統(tǒng)中的速度、加速度和轉(zhuǎn)矩控制。我國典型的舞臺機(jī)械控制系統(tǒng)以雙冗余PLC作為核心，通過高速工業(yè)網(wǎng)絡(luò)（雙網(wǎng)）與控制臺上位機(jī)聯(lián)接，上位機(jī)采用雙冗余的工控機(jī);通過高速現(xiàn)場總線（光纖環(huán)網(wǎng)）與下位機(jī)聯(lián)接，下位機(jī)采用PLC遠(yuǎn)程終端及矢量變頻器作為從站，直接控制和驅(qū)動舞臺機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行。我國舞臺機(jī)械運(yùn)動控制系統(tǒng)發(fā)展起步較晚，真正意義上的舞臺機(jī)械運(yùn)動控制系統(tǒng)是在20世紀(jì)90年代末到21世紀(jì)初建立的。而在此期間，國內(nèi)外自動化控制領(lǐng)域發(fā)展迅速，控制方式有了很大的變革，其技術(shù)進(jìn)步極大地推動了舞臺機(jī)械控制技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展。其中，最具代表性的是在運(yùn)動控制系統(tǒng)迅速崛起的PLC和多功能矢量控制器。

結(jié)束語

總而言之，本文通過簡要分析研究舞臺機(jī)械控制系統(tǒng)的功能以及性能，了解到廣義的舞臺已經(jīng)不再拘泥于傳統(tǒng)的正規(guī)劇場中的品字形舞臺，包括電視劇場、體育場館以及科技館等在內(nèi)的眾多異性舞臺的相繼出現(xiàn)，也使得我國舞臺機(jī)械控制系統(tǒng)的應(yīng)用正在朝著多元化的方向發(fā)展?；赑LC開發(fā)下的舞臺控制系統(tǒng)擁有強(qiáng)大的優(yōu)勢與性能，能夠有效提升產(chǎn)品的檔次，進(jìn)而推動我國舞臺控制系統(tǒng)朝著自動化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向?qū)崿F(xiàn)長久穩(wěn)定發(fā)展。

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