2200 m2演播廳數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)應用分析

熊天乙 張 杰

（作者單位：云南廣播電視臺）

為了滿足大型演播廳的燈光控制系統(tǒng)需求，提高控制精準性，確保燈光能夠為節(jié)目錄制提供良好的服務，很多電視臺開始采用數(shù)字化控制技術。然而部分電視臺的實踐經(jīng)驗不足，導致燈光控制系統(tǒng)在實際應用中暴露出了一些問題，為此本文結合云南廣播電視臺2200 m2演播廳數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)應用案例，對其實際應用方式進行分析。

1 2200 m2演播廳基本情況

云南廣播電視臺演播廳總面積在2200 m2左右，長50 m、寬40 m、高度18 m。內(nèi)部燈光配置如下：（1）多層水平吊桿17臺，每臺設置6個直通回路（每路直通并聯(lián)2個16 A插座），2路網(wǎng)絡接口，可吊掛LED聚光燈、光束燈、電腦燈等。（2）水平吊桿97臺，每個位置安裝6個直通回路，采用并聯(lián)的方式，確保連接穩(wěn)定性，2路網(wǎng)絡接口，可吊掛LED聚光燈、光束燈、電腦燈等。（3）多功能桁架共計設置10臺，用于燈具等位置變換等方式，2路網(wǎng)絡接口，可吊掛LED聚光燈、光束燈、電腦燈等。（4）收纜器84個(設置104個上收纜轉接箱），每個設置3個直通回路，2路網(wǎng)絡接口，可吊掛LED聚光燈、光束燈、電腦燈等。（5）數(shù)字滑車軌道共1道，設置1個50 A三相電源1路。（6）轉接箱設置。設備層：6×16 A+2網(wǎng)絡轉接箱6個。一層馬道：6×16 A+2網(wǎng)絡轉接箱6個。二層馬道：6×16 A+2網(wǎng)絡轉接箱6個。地面：6×16 A+2網(wǎng)絡轉接箱8個。地面：100 A/3 P舞美配電箱8個。追光平臺設置：2×32 A插座箱（含2路網(wǎng)絡）12個。（7）演播廳總直通回路：1042路（96路直通柜11臺）。（8）燈光技術指標：主演區(qū)域綜合光垂直照度為1500lx，按照節(jié)目形式能夠自行調(diào)節(jié)；燈具采用（5600±250）K，LED光源要求色溫可變；顯色指數(shù)為Ra≥90（連續(xù)光譜）且LED光源R9＞40。表1為該2200 m2演播廳的部分主要設施的基本配置情況。

表1 2200 m2演播廳的部分主要設施的基本配置情況

2 2200 m2演播廳數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能

2.1 配電系統(tǒng)

燈光負荷為二級負荷，采用兩路電源供電，電源從低壓配電室中引出，電源整體采用單母線的并聯(lián)連接方式，在母線中設置開關，確保母線開關能夠隨時段開，電路采用并聯(lián)方式，二者之間能夠互相補充，任何一路電源發(fā)生故障，其他區(qū)域都能夠自動補充，從而能夠保證配電系統(tǒng)安全性，從而為燈光自動化控制系統(tǒng)功能實現(xiàn)提供支持。

采用雙模塊控制方式，兩個模塊之間互相備用，在供電線路出現(xiàn)斷電等故障問題后，能夠直接從另一個電源中引入，從而實現(xiàn)快速切換，不會對燈光自動化系統(tǒng)運行產(chǎn)生影響，在實際應用中具有良好的效果。為了靈活編輯燈光場景，考慮在演播廳內(nèi)設置手持流動控制臺。

2.2 機械吊掛系統(tǒng)

主要采用多功能復合電動吊桿和電動單點提升機配套鋁合金桁架作為懸掛裝置，設備可單控，也可多臺集中控制運行，吊掛控制系統(tǒng)操作靈活，可根據(jù)節(jié)目需要自由組合吊掛結構。演區(qū)位置配備多功能水平吊桿，同時由可移動單機吊點（負荷1000 kg）、電弧爐、吊機軌道、鋁合金桁架、數(shù)顯流動轉接盒等組成點陣式吊掛提升系統(tǒng)，通過可調(diào)節(jié)力矩的設置，能夠實現(xiàn)對燈光效果的靈活控制，使得燈光設計方案能夠實現(xiàn)，滿足設計人員對于燈光效果的需求；按照不同的組合類型，相關人員可以對其進行優(yōu)化調(diào)整，避免了傳統(tǒng)演播室中燈光位置、高度等固定的問題，從而能夠提升可操作性，使得演播室的各項燈光設計方案能夠實現(xiàn)。

2.3 吊桿系統(tǒng)控制

在吊桿控制模塊中，改變了傳統(tǒng)的人工控制方式，采用計算機對吊桿的移動進行控制，系統(tǒng)能夠自動獲取吊桿所在的位置信息，并為對其進行實時調(diào)整，使得吊桿控制靈活性得以提升；吊桿位置可以預先設定并可按場景記憶和調(diào)出，實現(xiàn)控制臺自動控制?？刂葡到y(tǒng)配備嚴格的防誤操作功能及應急操作按鈕，遇到系統(tǒng)失控時，能夠迅速切斷吊掛系統(tǒng)電源。設備可單控，也可多臺集中控制運行，對水平吊桿可集中控制6臺。控制系統(tǒng)工業(yè)總線采用閉環(huán)冗余式設計，同時系統(tǒng)中增加糾錯功能，如果控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題，能夠第一時間發(fā)出提醒，并對其進行自動化調(diào)整。

2.4 網(wǎng)絡系統(tǒng)

網(wǎng)絡系統(tǒng)采用無線網(wǎng)絡通信，系統(tǒng)容量設置較高，能夠滿足多項燈光控制方案實施的通信傳輸需求。

2.5 燈具設備

演播廳內(nèi)燈具均以LED光源為主，其光源色溫為（5600±250）K且色溫可變，顯色指數(shù)Ra≥90（連續(xù)光譜），R9＞40，配備聚光燈、觀眾燈、天地排燈等高光效常規(guī)燈具，同時配備電腦圖案燈、染色燈、追光燈、LED全彩筒燈（PAR）等效果燈具及設備，使燈光效果更具藝術性和感染力。

3 演播廳數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)概述

本次2200m2演播廳數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)設計中，采用DMX-512標準協(xié)議，該系統(tǒng)協(xié)議能夠有效保證燈光設備之間的控制信號運行穩(wěn)定性與可靠性；在對控制信號進行穩(wěn)定傳輸?shù)幕A上，能夠將系統(tǒng)中的通信、監(jiān)測以及反饋信息的傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（TCP/IP）利用燈光網(wǎng)絡標準協(xié)議完成雙向傳遞；與此同時，針對演播廳所采用的不同燈具照明設備，具有良好的通用性，該演播廳內(nèi)采用的所有燈具設備都可以在該系統(tǒng)中應用。在當前的數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)中，主要采用的燈光網(wǎng)絡標準協(xié)議包括兩種不同類型，一種為控制器局域網(wǎng)標準（Controller Area Network，CAN），另一種為基于TCP/IP協(xié)議棧的以太網(wǎng)協(xié)議（Art-Net）標準，因為Art-Net標準為專門用于燈光網(wǎng)絡化的協(xié)議，所以當前幾乎所有電視臺都采用Art-Net標準協(xié)議，該協(xié)議中輸出傳輸成員主要包括服務器、節(jié)點以及媒體服務器等[1]。

4 演播廳數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)的構成及其特點分析

4.1 燈光基礎控制分析

該演播廳的燈光控制中，創(chuàng)造地采用了智能控制柜，其具有自動化與智能化的調(diào)控功能，從而能夠有效滿足演播廳對燈光控制的需求；DPR-120E型智能調(diào)光柜與Encore現(xiàn)場調(diào)光臺因為具有良好的穩(wěn)定性，且系統(tǒng)操作較為簡便，是當前電視臺演播廳中采用的主要控制設備。本次演播廳在對內(nèi)部基礎燈光的控制系統(tǒng)設計中，采用無饋電設計方式，能夠實時收發(fā)多路信號，信號穩(wěn)定性較好，不同線路之間的信號不會產(chǎn)生干擾問題，同時采用了最為合適的網(wǎng)絡協(xié)議與串口，從而確保信號傳輸與收發(fā)效率。為了提升智能控制柜運行效果，采用了多種不同的信道，信號能夠在信道之間高效傳輸，從而避免了信號沖突等問題，使得燈光控制指令能夠快速傳輸?shù)綄奈恢弥?。在本次系統(tǒng)設計中在調(diào)光臺與調(diào)光柜中的輸入端中安裝網(wǎng)絡信號處理器；采用Wind River System VxWorks系統(tǒng)對其進行處理與改進，確保能夠使DMX-512信號轉化為TCP/IP協(xié)議，利用網(wǎng)絡傳輸?shù)姆绞綄π盘栠M行傳遞，從而實現(xiàn)二者之間的連續(xù)切換[2]。

4.2 燈光控制服務設計

服務器設計對于控制效果會產(chǎn)生直接影響，所以需要加強對服務器的設計，在本次設計中時期實現(xiàn)如下幾項功能：第一，通過自動化監(jiān)測功能，實現(xiàn)對所有燈光設備的在線監(jiān)測；第二，利用計算機技術實現(xiàn)對全部設備的遠程、在線調(diào)控，從而提升燈光設備管理效率；第三，能夠按照授權情況獲取演播廳一段時間內(nèi)的電氣設備運行參數(shù)信息，能夠在燈光控制網(wǎng)絡或企業(yè)辦公自動化網(wǎng)絡中收集演播廳燈光設備的運行信息，自動將所有燈光設備以及系統(tǒng)運行參數(shù)進行記錄，如工調(diào)光臺、調(diào)光器、直通開關柜以及配電柜的運行信息等；自動記錄各調(diào)光器的運行數(shù)據(jù)，如錯誤報警信息、回路電流信息、亮度信息、溫度信息、開關操作記錄等；自動記錄網(wǎng)絡階段的信號流量，進而能夠對網(wǎng)絡使用情況進行分析，對于數(shù)字化控制網(wǎng)絡優(yōu)化具有重要作用[3]。

4.3 計算機控制臺

本次數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)中，采用調(diào)光臺作為計算機控制臺。該控制臺的功能較為豐富，且能夠連接多種不同的串口，具有良好的適用性，在該設備中配備不間斷電源（Uninterrupted Power Supply，UPS），能夠保證燈光存儲信息安全；該設備能夠利用離線編輯軟件對其進行調(diào)控，從而完成任意一臺計算機都能夠對調(diào)光臺仿真界面的控制，還能夠完成對現(xiàn)場中調(diào)光臺進行熱備份的工作；能夠利用對演播廳燈具的精準控制實現(xiàn)用戶隨時對燈具設備信息調(diào)控的功能。

4.4 燈光懸吊SEEV布光系統(tǒng)設計

在本次演播廳數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)設計中，采用集散式系統(tǒng)架構，應用變頻調(diào)速、語音識別、計算機控制等技術，實現(xiàn)對數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)的精準化、高效率控制。集散式控制技術為系統(tǒng)的主要架構，所以系統(tǒng)結構相對簡單；在該系統(tǒng)中，吊桿控制器與燈具控制器通過一根串行通信線纜實現(xiàn)連接，控制器選擇撥碼開關對地址進行設定，最大控制容量設定為65 530 點；在系統(tǒng)中設置兩種不同工作模式，分別為現(xiàn)場控制臺和手提遙感器，從而有利于對演播廳內(nèi)所有吊桿實現(xiàn)單桿和雙桿的同步升降控制功能；控制指令以及反饋信息傳輸采用信號平衡傳輸技術、光電隔離技術、軟件糾錯技術等多種保護技術，從而能夠提高演播廳內(nèi)數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)整體抗干擾能力，確保數(shù)據(jù)傳輸具有高效性和準確性[4]。

在本次演播廳數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)設計中，采用變頻器設計模式，吊桿在啟動、停止中能夠完成升降速度控制，確保吊桿運行穩(wěn)定性，從而解決了傳統(tǒng)吊桿運行容易產(chǎn)生的沖擊問題，有利于保護吊桿使用安全性；吊桿停止控制中應用了能耗制動模式，能夠有效防止溜車問題發(fā)生；提升器電機中安裝編碼器，能夠測量出吊桿升降高度，從而與控制系統(tǒng)電路結合構成吊桿位置的閉環(huán)控制系統(tǒng)；在該系統(tǒng)中，吊桿位置可以提前設置，還能夠根據(jù)在演播廳的使用場景歷史記錄導出；控制系統(tǒng)中涉及控制信號自動監(jiān)測、反饋功能，能夠將電源過壓、電源欠壓、電流過載等故障信息，結合燈具的高度、運行狀態(tài)、限位器參數(shù)等數(shù)據(jù)進行準確記錄，將其全部顯示于現(xiàn)場控制臺中，工作人員則能夠對數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)的故障觀察得更加清晰，有利于提高演播廳燈光控制系統(tǒng)檢修速度[5]。

燈具動作控制系統(tǒng)設計中，應用閉環(huán)反饋電機伺服控制模式，閉環(huán)反饋伺服系統(tǒng)為應用在數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)中的一項新技術，在演播廳燈具的傳動系統(tǒng)中增加位置信息傳感器，能夠將燈具的位置上轉換為反饋信號傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中，通過控制系統(tǒng)與控制命令對其進行比較分析，若反饋信號和控制命令的預期數(shù)值不同，那么控制系統(tǒng)則會繼續(xù)驅動電機，直到控制命令與反饋信號同步后，控制系統(tǒng)才會停止對電機的驅動；閉環(huán)反饋電機伺服系統(tǒng)能夠確保演播廳燈具的機械動作精準性，并減少外部因素等對局機械運動的影響，使得演播廳燈具在水平、聚焦以及俯仰等位置運行時更加準確，同時不需要進行復位操作，燈具能夠自動保持在斷電的位置，演播廳燈具在控制單元中重新通電時，在俯仰、聚焦、水平等位置保持斷電期間的狀態(tài)。

4.5 應用效果

本次燈光懸吊SEEV智能布光系統(tǒng)在該演播廳中的應用，使得工作人員面臨的問題得以良好解決，基本能夠滿足當前該演播廳的節(jié)目錄制工作任務。應用SEEV控制系統(tǒng)與數(shù)字化調(diào)光系統(tǒng)后，節(jié)目錄制時只需要將第一次布光的參數(shù)作為場景記錄存檔，主要包括燈具的亮度數(shù)值、高度數(shù)值以及角度數(shù)值，在節(jié)目后續(xù)的錄制過程中，將計算機控制臺中存儲的場景參數(shù)調(diào)出，在短時間內(nèi)各燈具就能夠恢復到上一次的錄制狀態(tài)，從而能夠全面提高演播廳節(jié)目錄制效率，達到應用效果。

5 結語

本文以云南廣播電視臺2200 m2演播廳數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)為例，對其當前的燈具基本情況以及燈光控制系統(tǒng)情況進行分析，并提出了多項數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)設計方法，希望能夠對現(xiàn)代化演播廳的燈光控制系統(tǒng)優(yōu)化起到一定借鑒作用，進而促進燈光控制系統(tǒng)質(zhì)量的提升。