舞臺機械控制系統功能及性能分析

徐世章　趙麗珍　宋瀛海　鄭勁松

摘 要：我國從上個世紀八十年代開始出現了以手動為主的舞臺機械，并且隨著我國科學技術的不斷發展，我國的舞臺設計迎來了全新的發展春天，而舞臺機械也逐漸朝著電子化的方向發展，將我國同西方先進國家之間的距離進一步縮短。本文將舞臺機械控制系統作為研究對象，通過從簡單論述舞臺機械控制系統的基本功能以及軟件核心功能作為出發點，以網絡性能和系統響應時間的角度，著重圍繞舞臺機械控制系統的性能進行簡要分析研究。

關鍵詞：舞臺;機械控制系統

引言

舞臺機械在歐洲已有上百年的發展歷史，在亞洲雖然起步較晚，但發展比較迅速。在20世紀80年代以前，我國舞臺機械大部分都是手動或局部電動控制的臺上設備，臺下設備只有少數劇場試驗性地使用，控制系統非常簡單。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，設置了臺上、臺下全套舞臺機械設備，并采用液壓和數控技術，開創了我國大型舞臺機械應用的先例。在其后的十幾年中，我國舞臺機械及控制系統一直徘徊在較低的水平，沒有大的突破。20世紀末，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入一個高潮階段，使我國大型舞臺機械有了跨越式的發展，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，我國大型舞臺機械控制系統已經形成了集網絡化、集散化、自動化、智能化為一體的先進的控制模式。

一、舞臺機械控制系統的功能

規范的劇場品字型舞臺機械設備通常可以分成臺上與臺下這兩個部分，臺上設備由卷揚類作為核心，基礎配備有防火幕和假臺口以及大幕和二道幕等多種設備，部分還會配置反聲罩。臺下設備由升降和推拉以及旋轉當作核心，基礎配備包含主升降臺和左右車胎以及后車轉臺等多項補償臺設施。舞臺機械傳動模式通常是機械與流體傳動這兩種類型。軟件核心功能。舞臺機械控制系統通常鳳城PLC和上位機軟件功這兩種，PLC軟件核心功能，權限掌控，設置數據，設施互相鎖定，誤差檢查組，設備禁止使用和你旁路以及選擇。變頻器情況顯示和恢復位置警報，程序控制一和程序控制二。場景運轉介入，顯示故障情況，上位機核心功能，設置設備名字，場景數據設置和編場，設施信息顯示，日記記載，劇目計算時間，打印系統數據，主機信息展示，劇目下載。行程開關，行程開關有行程終止、中間定位、減速開關，可使用專用限位開關箱（如主令開關盒）或直碰式機械開關或接近開關。各類舞臺機械設備應設置行程終止開關;而中間定位、減速開關依據實際情況設置，也可以從位置傳感器內取信號。

二、多設備控制精度計算

在實際的工程實踐中將設備運行同步方式分為綁定同步運行和變頻器同步運行。綁定同步運行：舞臺機械在使用中經常出現要求兩個或多個單體設備同步運行來執行演出任務的情況，設備同步由PLC完成。如幾個吊點共同吊掛一個燈桿，以及北京奧運會開閉幕式中吊索電機控制等示例。要求綁定的設備同時啟動、同速度運行相同的距離，不允許設備間產生較大的偏差。變頻器同步運行：電機間有剛性連接，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備，在運行過程中，始終保持同步運行。比如劇場的車臺接力驅動，雙電機驅動的升降臺、后車轉臺等。綁定同步運行這種綁定要求有較大的隨意性，同步的設備包括同類或不同類設備，設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，同步設定要求靈活，可以按要求設置同步組合，也可以解除同步狀態，恢復單體運行。

三、舞臺機械控制系統的性能

系統響應時間從控制臺發出命令到設備啟動運行需要經歷的時間就是舞臺機械控制系統的響應時間，基于PLC的舞臺控制系統主要使用循環掃描的方式，因此系統的響應時間應當是主循環時間，即TMax=TOB+TTMC+TBP其中系統設備最大響應時間用TMax表示，基于PLC舞臺控制系統的響應時間用TOB表示，系統傳輸所有設備可控響應時間用TTMC表示，包括制動反應時間在內的變頻器響應時間則用TBP表示。因此我們可以得知，當系統傳輸所有設備的相應時間，在從站數為39且傳輸速率為6Mbps之下，最大響應時間應為8ms。而在正常情況下，基于PLC舞臺控制系統掃描循環的時間為5到15ms，而變頻器的響應時間一般在500到1000ms之間，因此系統設備的最大響應時間將不會超過1.5s。

四、我國舞臺機械運動控制系統的構成模式

現代舞臺機械控制系統是運動控制系統在舞臺機械控制中應用的一個分支，其核心是解決機械（如升降臺、升降樂池、車臺、轉臺和各種吊桿等設備）位移運動速度、加速度、轉矩與位置的控制。運動控制以自動控制理論為基礎，以電機為控制對象，以控制為核心，以電力電子及功率變換裝置為執行機構，組成高精度的電氣傳動系統。當前，舞臺機械的運動控制系統基本由控制器、變頻器、電機三大部分組成，由變頻器解決運動控制系統中的速度、加速度和轉矩控制。我國典型的舞臺機械控制系統以雙冗余PLC作為核心，通過高速工業網絡（雙網）與控制臺上位機聯接，上位機采用雙冗余的工控機;通過高速現場總線（光纖環網）與下位機聯接，下位機采用PLC遠程終端及矢量變頻器作為從站，直接控制和驅動舞臺機械設備的運行。我國舞臺機械運動控制系統發展起步較晚，真正意義上的舞臺機械運動控制系統是在20世紀90年代末到21世紀初建立的。而在此期間，國內外自動化控制領域發展迅速，控制方式有了很大的變革，其技術進步極大地推動了舞臺機械控制技術和設備的發展。其中，最具代表性的是在運動控制系統迅速崛起的PLC和多功能矢量控制器。

結束語

總而言之，本文通過簡要分析研究舞臺機械控制系統的功能以及性能，了解到廣義的舞臺已經不再拘泥于傳統的正規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的眾多異性舞臺的相繼出現，也使得我國舞臺機械控制系統的應用正在朝著多元化的方向發展。基于PLC開發下的舞臺控制系統擁有強大的優勢與性能，能夠有效提升產品的檔次，進而推動我國舞臺控制系統朝著自動化、智能化、網絡化的方向實現長久穩定發展。

參考文獻

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