淺談舞臺(tái)機(jī)械CAT控制系統(tǒng)在江蘇大劇院戲劇廳的應(yīng)用

鄧煒 戴明

[摘要]介紹江蘇大劇院戲劇廳舞臺(tái)機(jī)械計(jì)算機(jī)輔助劇院（cAT）控制系統(tǒng)的架構(gòu)、配置，以及模塊化、冗余的設(shè)計(jì)方法。

[關(guān)鍵詞]舞臺(tái)機(jī)械;計(jì)算機(jī)輔助劇院控制系統(tǒng);模塊化;冗余

文章編號(hào)：10.3969/i.issn.1674-8239.2019.04.009

近幾年，隨著國(guó)家對(duì)文化產(chǎn)業(yè)的大力投入，國(guó)內(nèi)的劇院建設(shè)也進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的時(shí)期。一線(xiàn)城市的劇院建設(shè)已基本呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，但二三線(xiàn)城市的劇院建設(shè)還保持良好的發(fā)展勢(shì)頭。在這些各式各樣的劇院中，舞臺(tái)機(jī)械占據(jù)舉足輕重的位置，而舞臺(tái)機(jī)械的控制系統(tǒng)無(wú)疑是其核心。在中國(guó)劇場(chǎng)建設(shè)中，對(duì)于舞臺(tái)機(jī)械控制系統(tǒng)總體技術(shù)的掌握、運(yùn)用較成熟的企業(yè)有總裝備部工程設(shè)計(jì)研究院（已改組），浙江大豐實(shí)業(yè)股份有限公司，奧地利的瓦格納一比羅舞臺(tái)系統(tǒng)股份公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“瓦格納-比羅”）等。

江蘇大劇院由于體量大，廳多且規(guī)模、用途不一，所以各廳的舞臺(tái)機(jī)械控制系統(tǒng)不盡相同。其中，歌劇廳采用的是BBH系統(tǒng)，綜藝廳采用的是神舟3000系統(tǒng)，戲劇廳采用的是CAT（計(jì)算機(jī)輔助劇院）控制系統(tǒng)。正是通過(guò)這些差異，才能全面了解、掌握舞臺(tái)機(jī)械控制系統(tǒng)的核心技術(shù)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)劇院一年多的運(yùn)營(yíng)使用情況發(fā)現(xiàn)，相對(duì)而言，神州3000系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，但穩(wěn)定性欠佳，編寫(xiě)CUE時(shí)極為不便;BBH操作系統(tǒng)雖比較穩(wěn)定，但操作不便，CUE的編寫(xiě)相對(duì)繁瑣;瓦格納一比羅的CAT控制系統(tǒng)則具有一定的優(yōu)勢(shì)。

CAT控制系統(tǒng)應(yīng)用于軸控制器、控制臺(tái)與服務(wù)器的各個(gè)控制層面，且是基于Linux操作系統(tǒng)。Linux操作系統(tǒng)是一種公開(kāi)資源的軟件，可以免費(fèi)得到其資源代碼。CAT控制系統(tǒng)使用該操作系統(tǒng)，很重要一點(diǎn)就是不依靠某個(gè)特定公司，保證系統(tǒng)的安全性與可靠性。CAT控制系統(tǒng)穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)快速編寫(xiě)CUE，且非常容易上手。

下面就以江蘇大劇院戲劇廳為例，著重介紹一下CAT控制系統(tǒng)的架構(gòu)、功能及操作。

1CAT控制系統(tǒng)框架

江蘇大劇院戲劇廳CAT控制系統(tǒng)控制著臺(tái)上與臺(tái)下設(shè)備中數(shù)量繁多的電動(dòng)或液壓驅(qū)動(dòng)單元，如吊桿、燈桿、單點(diǎn)吊機(jī)、大幕、升降臺(tái)、鼓筒式轉(zhuǎn)臺(tái)、傾斜裝置、樂(lè)池，如圖1、圖2所示。通過(guò)遍布臺(tái)上，臺(tái)下的11個(gè)OUTLET轉(zhuǎn)接箱，使用者可以方便地從各個(gè)方位來(lái)控制設(shè)備的運(yùn)行，從而方便裝臺(tái)、排演和演出時(shí)對(duì)舞臺(tái)設(shè)備的控制，降低工作量。其符合EN 61508/VDE 0803安全標(biāo)準(zhǔn)，滿(mǎn)足安全完整性等級(jí)3（sIL3）的要求;另外，它還符合下列歐洲標(biāo)準(zhǔn)：BGV c1（GUV 6.15），EN954-1，EN 418，EN60204-1，EN61508。

相較于傳統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)，CAT控制系統(tǒng)所采用的軸控制系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定，精度更高;具有良好的人機(jī)界面，同步運(yùn)行驅(qū)動(dòng)器數(shù)量不受限制，各級(jí)冗余確保同一時(shí)間的高度可靠性;具有很高的安全性?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，cAT控制系統(tǒng)適合運(yùn)用于各類(lèi)場(chǎng)合，已得到廣泛應(yīng)用。

2CAT控制系統(tǒng)配置

CAT控制系統(tǒng)的主要配置包括：CATl90控制臺(tái)或CATl92控制臺(tái)、CATl 10可移動(dòng)控制臺(tái)、CATl00R無(wú)線(xiàn)控制臺(tái)、Unicorn控制柜、AXIOⅡ軸控制器、緊急操作控制盤(pán)CAT60等，如圖3、圖4所示。

江蘇大劇院戲劇廳CAT控制系統(tǒng)見(jiàn)圖5，設(shè)備配置如表1所示。其中，主操作臺(tái)是CATl92，它擁有兩個(gè)顯示屏，一個(gè)屏幕顯示CAT控制編程界面（見(jiàn)圖6），另一個(gè)屏幕顯示CAT驅(qū)動(dòng)的整體運(yùn)行情況（見(jiàn)圖7），不再需要在兩個(gè)界面切換瀏覽。

CAT控制系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)，每一個(gè)驅(qū)動(dòng)設(shè)備配備一個(gè)軸控制器AXlO II，控制安全運(yùn)行，并監(jiān)控運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，是核心部件。由于安全功能的重要性，AXIO II由兩個(gè)處理器組成，如圖8所示，一個(gè)控制運(yùn)行狀態(tài)，一個(gè)用于監(jiān)測(cè)，兩處理器協(xié)同工作可以消除系統(tǒng)的錯(cuò)誤。為了適配更多類(lèi)型的信號(hào)，AXIO II備有模擬、數(shù)字等不同的輸入輸出信號(hào)接口。

AXlO II具體完成以下安全功能：計(jì)算與檢測(cè)軌道曲線(xiàn)、運(yùn)動(dòng)控制器與監(jiān)測(cè)控制器的比較、位置信號(hào)的確認(rèn)（增量值和絕對(duì)值）、位置偏離的監(jiān)測(cè)、制動(dòng)器與頻率器的控制與檢查、載荷測(cè)量、過(guò)載和欠載的檢測(cè)、過(guò)繞極限開(kāi)關(guān)、松纜檢測(cè)等。

由于模塊化的設(shè)計(jì)，單個(gè)AXIO II出問(wèn)題，只會(huì)影響相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，除一個(gè)AXIO II控制多臺(tái)定速設(shè)備或者不需要準(zhǔn)確定位設(shè)備的情況。

AXlO II能將有關(guān)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)、位置或設(shè)備故障信息直接顯示在操作臺(tái)上，以方便操作人員發(fā)現(xiàn)故障并更換;如有AXIO II更換，可自動(dòng)配置，無(wú)須費(fèi)時(shí)調(diào)整其地址和參數(shù)等。

3CAT控制系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)

江蘇大劇院戲劇廳cAT控制系統(tǒng)采用了不同級(jí)別的冗余備份的設(shè)計(jì)，服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、交換機(jī)、控制臺(tái)等關(guān)鍵設(shè)備配有備份，以保障不同控制系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)仍可正常穩(wěn)定運(yùn)行。cAT控制系統(tǒng)配有兩臺(tái)服務(wù)器，用于數(shù)據(jù)庫(kù)資料管理、文件日志管理和遠(yuǎn)程維護(hù)的訪問(wèn)，備份服務(wù)器每小時(shí)即備份主服務(wù)器的數(shù)據(jù)，一旦主服務(wù)器出現(xiàn)問(wèn)題，可以從備份服務(wù)器復(fù)制數(shù)據(jù)，恢復(fù)運(yùn)行狀態(tài)。

此外，如果整個(gè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)崩潰，操作員仍可以使用cAT60應(yīng)急操作面板來(lái)完成單臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行控制。

在系統(tǒng)的調(diào)試過(guò)程中，對(duì)CAT控制系統(tǒng)中每種關(guān)鍵設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下進(jìn)行檢測(cè)、排除，如表2所示，列出了幾項(xiàng)常見(jiàn)故障的解決方法及時(shí)間，解決問(wèn)題的最長(zhǎng)時(shí)間在3min左右。其中，很多故障都能自動(dòng)檢測(cè)，像服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)故障等能自動(dòng)切換，不影響正常演出。

4CAT控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

CAT控制系統(tǒng)的所有設(shè)備都能通過(guò)基于TCP/IP數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議連接。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提供了很高的傳輸速度，不需要任何額外的數(shù)據(jù)壓縮和協(xié)議的轉(zhuǎn)換，能夠并行處理器數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的運(yùn)行處理。同樣，該系統(tǒng)也設(shè)計(jì)為主備兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)，主網(wǎng)一旦出現(xiàn)故障，會(huì)自動(dòng)切換到備網(wǎng)，保障演出順利進(jìn)行。這一點(diǎn)非常重要，在戲劇廳的一場(chǎng)演出中，28號(hào)吊桿主網(wǎng)接口松動(dòng)，系統(tǒng)自動(dòng)切換，絲毫沒(méi)有影響演出。

5結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目的CAT控制系統(tǒng)，采用模塊化和不同冗余等級(jí)的設(shè)計(jì)方法，可避免單點(diǎn)故障，也可防止系統(tǒng)的缺陷，使系統(tǒng)具有高可靠性，不會(huì)因系統(tǒng)故障導(dǎo)致演出停止。