PLC在舞臺工作照明系統改造中的應用

劉志勇

【摘 要】 介紹運用PLC（可編程序控制器），對中央戲劇學院實驗劇場的舞臺工作照明系統進行改造的方案。該設計 按照舞臺工藝的不同工作需求，定制不同的工作模式，使舞臺演出更為穩定、可靠。

【關鍵詞】 可編程序控制器；舞臺工作照明；控制系統；照明系統智能化

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2014.08.007

Application of PLC in Transformation of Stage Lighting System

LIU Zhi-yong

（The Central Academy of Drama， Beijing 100710， China）

【Abstract】By means of the programmable logic controller， stage lighting system transformation of the central academy drama experimental theatre was carried out and different working modes were laid down according to different needs of stage process in this system， so as to make stage performance more stable and reliable.

【Key Words】programmable logic controller； stage lighting； control system； intelligent lighting system

通常，按其功能不同，劇場照明系統可分為舞臺演出照明系統、舞臺工作照明系統及劇場常規照明系統。舞臺演出照明指舞臺燈光設計人員根據不同的演劇形式以及舞臺型制，按照導演的創作構思，運用不同種類的舞臺燈具，以及通過調配不同燈具的明暗、顏色、圖案乃至特效等手段，來完成舞臺演出的整體塑形過程。舞臺演出照明系統包括為舞臺燈光藝術服務的燈光設備，如舞臺演出燈具、控制系統等，其控制方式屬于專業舞臺燈光控制，傳輸信號為DMX 512信號。舞臺工作照明系統是指舞臺區域乃至整個劇場的工作照明，其中包括舞臺區域的作業照明及舞臺機械設備的檢修照明。根據不同的舞臺工藝要求與工作特性，可將工作照明系統分為舞臺燈、吊桿燈、臺口燈、暗槽燈、靜場燈、走道燈、室外建筑照明等（在此筆者將場燈劃分到舞臺演出照明范疇，因其控制開閉方式也是通過專業的調光設備才能完成），不同位置的照明開啟與關閉都與舞臺工作的不同內容息息相關。其控制方式也大多是通過交流接觸器來完成本地、舞臺監督盤、放映間等多地啟閉的操控形式。劇場常規照明系統，顧名思義是指為滿足劇場的日常辦公以及其他常規工作而設置的照明系統。此類照明系統的控制方式一般都是傳統意義上的電氣照明操控形式。本文以舞臺工作照明系統為論述對象。

舞臺工作照明系統的啟閉方式和舞臺技術工作與演出工藝流程密不可分。傳統上，以在多處安裝控制按鈕的方式，對舞臺不同部位的照明燈具進行操控，這種設計在方便控制的同時，也增加了工作人員誤操作的概率或其他不確定因素；于是，在演出過程中舞臺工作照明燈具莫名開啟，或是在演出開幕時舞臺工作照明燈具還沒有被及時關閉的現象時有發生。這些異常狀況會嚴重干擾演出的正常秩序和演出的相對完整性，是舞臺技術工作者不希望發生的。當然，這也與繼電控制的功能簡單、接線復雜等技術特點有關。

近年來，可編程序控制器（Programmable Logic Controller，以下簡稱PLC）已在舞臺機械控制領域得到了大量的應用；由于其具有高度靈活與可靠的編程控制，通過對繼電控制技術、計算機技術、電子技術的有效融合，對整個舞臺工作照明系統也同樣適用。只要對舞臺工作照明系統的繼電控制回路加以適當改造，將舞臺技術工藝進行統籌分類，通過有針對性的控制組合，形成不同的舞臺工作照明控制模式，以上問題便會得到徹底解決。本文簡要介紹中央戲劇學院實驗劇場在舞臺工作照明系統中運用PLC的改造方案。

1 舞臺工作照明系統的控制要求和特點

首先，筆者簡要介紹舞臺工作照明系統中的不同舞臺部位的照明功能。

舞臺燈是指為舞臺的左右耳光通道和左右天橋通道提供必要照明的燈具組合；吊桿燈是指為整個舞臺臺面提供必要照明的燈具組合；臺口燈是指為舞臺臺唇和觀眾席前區提供必要照明的燈具組合；三者都是為舞臺技術工作者在相應區域操作時提供必要的照度需求。另外，大型報告及會議過程中也需開啟臺口燈。

暗槽燈是指為觀眾席上部的包廂通道提供必要照明的燈具組合，為舞臺技術工作者在包廂通道工作和往返設備操作間時提供該區域的必要照度需求。

靜場燈是指為整個觀眾席提供清掃性照明的燈具組合，通常用于為場務工作者提供必要的工作照明。

走道燈是指安裝在觀眾席座椅底部為觀眾席通道提供照明的燈具組合，通常用于為演出開始后遲到的觀眾尋找各自對應的座位號使用，排練過程中也為演職人員提供必要的照度需求。

室外建筑照明是指為整個劇場建筑提供外觀渲染類照明的燈具組合，通常只有晚場演出或晚間舉辦大型活動時才會開啟。

按照不同的舞臺工藝流程，可將舞臺工作照明系統統籌為以下幾種工作模式，即控制要求。

1.1 檢修工作模式

該模式是用于對全部舞臺工作照明設施進行必要的例行檢修所需要的固有模式。其控制要求為：通過時序控制開啟全部舞臺工作照明設施，達到檢驗相應的照明燈具組是否能夠正常工作的目的。之所以使用時序的控制方法，是由于舞臺工作照明系統的負荷規模僅次于舞臺演出照明系統，同時開啟會對供電系統形成沖擊電流；通過時序依次開啟，就可以有效地降低開啟瞬間的用電負荷，減少對供電系統電壓的影響。endprint

1.2 清掃工作模式

該模式是針對場務工作者對舞臺和觀眾席進行必要的清掃時所需要的不同舞臺工作照明燈具組合而定義的工作模式。其控制要求為：開啟吊桿燈和靜場燈，用于給觀眾席和舞臺臺面提供必要的清掃照明。

1.3 演出工作模式

該模式是針對舞臺處于即將演出或放映，以及演出或放映過程中所定義的舞臺工作照明模式。其控制要求為：觀眾入場后即為演出的候場狀態，所有舞臺工作照明系統中（場燈除外）僅開啟室外建筑燈具和觀眾席走道燈。當然，筆者在此將演出定義為晚場演出，在室外建筑照明的繼電控制回路中還加裝了電腦時間定時裝置，通過預設時間來區別是日場還是晚場演出，形成對室外建筑照明燈具啟閉操控的第二個控制條件。

1.4 會議工作模式

該模式是針對將劇場作為大型會議或講座等場地使用時所需要的不同舞臺工作照明組合而定義的工作模式。其控制要求為：開啟吊桿燈、靜場燈、臺口燈。當然，同時還要在此類會議或講座的過程中輔以必要的專業舞臺燈具（如面光、耳光燈等）。

1.5 排練工作模式

該模式是針對舞臺演出劇目排練過程所需要的不同舞臺工作照明組合所定義的工作模式。其控制要求為：開啟舞臺燈、暗槽燈、走道燈，因劇目排練過程中僅需要為舞臺技術工作者和演職人員提供必要的舞臺上不同部位的通道照明即可，同時這也是保證舞臺專業燈光藝術效果呈現的必然工藝要求。

2 PLC的應用與改造實現

2.1 原舞臺工作照明系統三地控制繼電原理

圖1為舞臺工作照明系統繼電三地控制二次原理圖。KT：只有室外建筑照明的繼電控制回路具備延時閉合常開觸點，該觸點用于劇場晚場演出時控制室外照明的啟閉，檢修工作模式時只需將電腦定時器設為手動模式即可，其他舞臺工作照明無需此延時常開觸點，且控制回路相同。KA1-KA7為工作模式驅動繼電器觸點。

2.2 分配輸入輸出端口

圖2為PLC控制系統圖，其中，KA1-KA7輸出繼電器型號為：HF18FA/24-2Z1GDJ，線圈電壓為DC 24V（內置續流二極管），KA1-KA7的一組常開觸點分別與圖1本地控制中相應的交流接觸器KM常開觸點回路并聯，舞臺監督盤和放映處控制調整為工作模式控制方式。

2.3 輸入/輸出分配表

2.4 系統工作原理簡述

系統工作原理如下：

輸入映像寄存器I0.0至I0.4為各個工作模式的啟動輸入，輸入映像寄存器I1.0至I1.4為各個工作模式的停止輸入。同時，通過位存儲寄存器M0.0至M0.4來實現對舞臺工作照明系統中不同燈具組合的選擇性統籌操控，并且在各個工作模式之間設置了必要的互鎖邏輯，用于保證在同一時間內只能有一種工作模式對舞臺工作照明系統進行操控。另外，運用T37至T42定時寄存器在檢修工作模式中加入了時序邏輯控制，各個定時寄存器分別依次做到遞增1秒的延時，使得舞臺工作照明系統處于檢修模式時，避免瞬間同時開啟，規避對供電系統形成沖擊電流，保障供電電壓的穩定性。網絡6至網絡12分別作為室外建筑照明、吊桿燈、靜場燈、舞臺燈、暗槽燈、臺口燈、走道燈的驅動邏輯，其中Q0.0至Q0.6為輸出映像寄存器，對應驅動KA1至KA7，最終使舞臺工作照明系統在不同的工作模式中獲得統籌操控效果。

3 結語

通過PLC對舞臺工作照明系統的改造性應用，針對不同的舞臺工藝要求和工作特點，定制不同的工作模式，有效避免了在演出工藝流程中舞臺工作照明誤操作的可能性，提高了舞臺工作照明系統的可靠性，使得舞臺演出的完整性得到了更好的呈現。

進一步說，如果在各個工作模式之間再加裝操作權限智能管控設施，高效識別和限制不同舞臺設備操作者或其他舞臺活動群體的操作目的和行為，并且將這種智能識別和限制深化延伸到所有的舞臺電氣、機械、燈光、音響、安防等設備群中，就可以形成一個完整的智能網絡舞臺工藝體系與平臺，這正是舞臺技術工作者需要探求的此項技術根本之所在。endprint

1.2 清掃工作模式

該模式是針對場務工作者對舞臺和觀眾席進行必要的清掃時所需要的不同舞臺工作照明燈具組合而定義的工作模式。其控制要求為：開啟吊桿燈和靜場燈，用于給觀眾席和舞臺臺面提供必要的清掃照明。

1.3 演出工作模式

該模式是針對舞臺處于即將演出或放映，以及演出或放映過程中所定義的舞臺工作照明模式。其控制要求為：觀眾入場后即為演出的候場狀態，所有舞臺工作照明系統中（場燈除外）僅開啟室外建筑燈具和觀眾席走道燈。當然，筆者在此將演出定義為晚場演出，在室外建筑照明的繼電控制回路中還加裝了電腦時間定時裝置，通過預設時間來區別是日場還是晚場演出，形成對室外建筑照明燈具啟閉操控的第二個控制條件。

1.4 會議工作模式

該模式是針對將劇場作為大型會議或講座等場地使用時所需要的不同舞臺工作照明組合而定義的工作模式。其控制要求為：開啟吊桿燈、靜場燈、臺口燈。當然，同時還要在此類會議或講座的過程中輔以必要的專業舞臺燈具（如面光、耳光燈等）。

1.5 排練工作模式

該模式是針對舞臺演出劇目排練過程所需要的不同舞臺工作照明組合所定義的工作模式。其控制要求為：開啟舞臺燈、暗槽燈、走道燈，因劇目排練過程中僅需要為舞臺技術工作者和演職人員提供必要的舞臺上不同部位的通道照明即可，同時這也是保證舞臺專業燈光藝術效果呈現的必然工藝要求。

2 PLC的應用與改造實現

2.1 原舞臺工作照明系統三地控制繼電原理

圖1為舞臺工作照明系統繼電三地控制二次原理圖。KT：只有室外建筑照明的繼電控制回路具備延時閉合常開觸點，該觸點用于劇場晚場演出時控制室外照明的啟閉，檢修工作模式時只需將電腦定時器設為手動模式即可，其他舞臺工作照明無需此延時常開觸點，且控制回路相同。KA1-KA7為工作模式驅動繼電器觸點。

2.2 分配輸入輸出端口

圖2為PLC控制系統圖，其中，KA1-KA7輸出繼電器型號為：HF18FA/24-2Z1GDJ，線圈電壓為DC 24V（內置續流二極管），KA1-KA7的一組常開觸點分別與圖1本地控制中相應的交流接觸器KM常開觸點回路并聯，舞臺監督盤和放映處控制調整為工作模式控制方式。

2.3 輸入/輸出分配表

2.4 系統工作原理簡述

系統工作原理如下：

輸入映像寄存器I0.0至I0.4為各個工作模式的啟動輸入，輸入映像寄存器I1.0至I1.4為各個工作模式的停止輸入。同時，通過位存儲寄存器M0.0至M0.4來實現對舞臺工作照明系統中不同燈具組合的選擇性統籌操控，并且在各個工作模式之間設置了必要的互鎖邏輯，用于保證在同一時間內只能有一種工作模式對舞臺工作照明系統進行操控。另外，運用T37至T42定時寄存器在檢修工作模式中加入了時序邏輯控制，各個定時寄存器分別依次做到遞增1秒的延時，使得舞臺工作照明系統處于檢修模式時，避免瞬間同時開啟，規避對供電系統形成沖擊電流，保障供電電壓的穩定性。網絡6至網絡12分別作為室外建筑照明、吊桿燈、靜場燈、舞臺燈、暗槽燈、臺口燈、走道燈的驅動邏輯，其中Q0.0至Q0.6為輸出映像寄存器，對應驅動KA1至KA7，最終使舞臺工作照明系統在不同的工作模式中獲得統籌操控效果。

3 結語

通過PLC對舞臺工作照明系統的改造性應用，針對不同的舞臺工藝要求和工作特點，定制不同的工作模式，有效避免了在演出工藝流程中舞臺工作照明誤操作的可能性，提高了舞臺工作照明系統的可靠性，使得舞臺演出的完整性得到了更好的呈現。

進一步說，如果在各個工作模式之間再加裝操作權限智能管控設施，高效識別和限制不同舞臺設備操作者或其他舞臺活動群體的操作目的和行為，并且將這種智能識別和限制深化延伸到所有的舞臺電氣、機械、燈光、音響、安防等設備群中，就可以形成一個完整的智能網絡舞臺工藝體系與平臺，這正是舞臺技術工作者需要探求的此項技術根本之所在。endprint

1.2 清掃工作模式

該模式是針對場務工作者對舞臺和觀眾席進行必要的清掃時所需要的不同舞臺工作照明燈具組合而定義的工作模式。其控制要求為：開啟吊桿燈和靜場燈，用于給觀眾席和舞臺臺面提供必要的清掃照明。

1.3 演出工作模式

該模式是針對舞臺處于即將演出或放映，以及演出或放映過程中所定義的舞臺工作照明模式。其控制要求為：觀眾入場后即為演出的候場狀態，所有舞臺工作照明系統中（場燈除外）僅開啟室外建筑燈具和觀眾席走道燈。當然，筆者在此將演出定義為晚場演出，在室外建筑照明的繼電控制回路中還加裝了電腦時間定時裝置，通過預設時間來區別是日場還是晚場演出，形成對室外建筑照明燈具啟閉操控的第二個控制條件。

1.4 會議工作模式

該模式是針對將劇場作為大型會議或講座等場地使用時所需要的不同舞臺工作照明組合而定義的工作模式。其控制要求為：開啟吊桿燈、靜場燈、臺口燈。當然，同時還要在此類會議或講座的過程中輔以必要的專業舞臺燈具（如面光、耳光燈等）。

1.5 排練工作模式

該模式是針對舞臺演出劇目排練過程所需要的不同舞臺工作照明組合所定義的工作模式。其控制要求為：開啟舞臺燈、暗槽燈、走道燈，因劇目排練過程中僅需要為舞臺技術工作者和演職人員提供必要的舞臺上不同部位的通道照明即可，同時這也是保證舞臺專業燈光藝術效果呈現的必然工藝要求。

2 PLC的應用與改造實現

2.1 原舞臺工作照明系統三地控制繼電原理

圖1為舞臺工作照明系統繼電三地控制二次原理圖。KT：只有室外建筑照明的繼電控制回路具備延時閉合常開觸點，該觸點用于劇場晚場演出時控制室外照明的啟閉，檢修工作模式時只需將電腦定時器設為手動模式即可，其他舞臺工作照明無需此延時常開觸點，且控制回路相同。KA1-KA7為工作模式驅動繼電器觸點。

2.2 分配輸入輸出端口

圖2為PLC控制系統圖，其中，KA1-KA7輸出繼電器型號為：HF18FA/24-2Z1GDJ，線圈電壓為DC 24V（內置續流二極管），KA1-KA7的一組常開觸點分別與圖1本地控制中相應的交流接觸器KM常開觸點回路并聯，舞臺監督盤和放映處控制調整為工作模式控制方式。

2.3 輸入/輸出分配表

2.4 系統工作原理簡述

系統工作原理如下：

輸入映像寄存器I0.0至I0.4為各個工作模式的啟動輸入，輸入映像寄存器I1.0至I1.4為各個工作模式的停止輸入。同時，通過位存儲寄存器M0.0至M0.4來實現對舞臺工作照明系統中不同燈具組合的選擇性統籌操控，并且在各個工作模式之間設置了必要的互鎖邏輯，用于保證在同一時間內只能有一種工作模式對舞臺工作照明系統進行操控。另外，運用T37至T42定時寄存器在檢修工作模式中加入了時序邏輯控制，各個定時寄存器分別依次做到遞增1秒的延時，使得舞臺工作照明系統處于檢修模式時，避免瞬間同時開啟，規避對供電系統形成沖擊電流，保障供電電壓的穩定性。網絡6至網絡12分別作為室外建筑照明、吊桿燈、靜場燈、舞臺燈、暗槽燈、臺口燈、走道燈的驅動邏輯，其中Q0.0至Q0.6為輸出映像寄存器，對應驅動KA1至KA7，最終使舞臺工作照明系統在不同的工作模式中獲得統籌操控效果。

3 結語

通過PLC對舞臺工作照明系統的改造性應用，針對不同的舞臺工藝要求和工作特點，定制不同的工作模式，有效避免了在演出工藝流程中舞臺工作照明誤操作的可能性，提高了舞臺工作照明系統的可靠性，使得舞臺演出的完整性得到了更好的呈現。

進一步說，如果在各個工作模式之間再加裝操作權限智能管控設施，高效識別和限制不同舞臺設備操作者或其他舞臺活動群體的操作目的和行為，并且將這種智能識別和限制深化延伸到所有的舞臺電氣、機械、燈光、音響、安防等設備群中，就可以形成一個完整的智能網絡舞臺工藝體系與平臺，這正是舞臺技術工作者需要探求的此項技術根本之所在。endprint