舞臺緊急控制盒電路的設計及應用

王斌

甘肅工大舞臺技術工程有限公司 甘肅 蘭州 730050

引言

從進入舞臺機械控制系統這一行業起，如何便捷靈活的控制舞臺機械設備，成了每一個舞臺控制電氣工程師的不懈追求，舞臺緊急控制盒電路的設計巧妙地利用了七段數碼管的顯示，直觀地顯示設備編號和運行速度。設置靈活的轉接端口，給操作人員提供了近距離觀察設備動態運行的機會，同時也很好地解決了與舞臺監督溝通不暢的問題。未來隨著控制技術的迭代更新，舞臺緊急控制盒也會不斷更新！

1 緊急控制盒電路的主要設計方案

單一的邏輯控制電路已經無法滿足人們對當下舞臺機械多樣性﹑安全性提出的更高要求，除了舞臺機械控制室安裝的主操作臺，舞臺面位置的移動式操作站，隨時插拔，方便快捷的緊急控制盒填補了操作人員無法近距離觀察設備運行情況的空白，極大地提高了舞臺單個設備運行的靈活性，安全性。傳統的舞臺控制系統經歷了簡單的手動拉繩，數控按鍵，固定按鈕，觸摸屏，計算機，移動站，無線手柄，手持式操作盒等操作模式的不斷迭代更新。經過無數舞臺電氣工程師的不懈努力，今天，舞臺設備控制的操作系統主要是依靠網絡通信的計算機系統，但位置相對固定，缺少靈活性，便捷性。一套完整的舞臺控制系統，除了安裝在舞臺不同區域，位置固定的操作臺，還必須配備設備號可實時顯示，速度動態顯示的移動式操作終端—緊急控制盒，以及相應的外圍接口，這既體現了設計師的人性化設計，也體現了現代舞臺應用技術的先進性！ 一種可根據設備安裝位置，實現就近操作，近距離觀察各個設備實時狀態的電路設計便應運而生。

緊急控制盒電路目前主要是應用德國西門子PLC（可編程序控制器），S-1200系列輸入輸出模塊SM1233(6ES7223-1PL30-0XB0)的輸入輸出信號對數碼管進行實時控制，顯示設備號，運行速度（如圖1所示）。應用PLC輸入輸出模塊要實現設備號和速度的實時傳輸顯示就需要一個顯示電路，七段數碼管便得到了很好的應用（如圖2所示），亮度高，編程簡單，損壞更換方便，易于維修。PLC模塊一般設計放在機械控制室電氣柜內，信號傳輸通過現場布線至各個接口，接口處設置圓形航空插頭，插拔式連接，連線采用焊接處理，牢固可靠！整個設計方案根據功能劃分為PLC模塊輸入單元，輸出單元，七段數碼管顯示單元，現場接口設置連接單元，指令單元。

圖2 操作終端設備和速度顯示板

PLC模塊輸入單元需要接入系統提供的24V外供電源，電源正極需同時接通模塊上的1L﹑2L﹑3L﹑4L電源端子，負極需接通模塊上的M0﹑1M端子，保證模塊正常工作。輸入端接入指令單元的上升信號﹑下降信號﹑停止信號﹑個位加信號﹑個位減信號﹑十位加信號﹑十位減信號。這些輸入信號就分布在緊急控制盒面板上，通過操作人員實時給定，在得到輸入指令后，PLC模塊的輸出單元在PLC算法（如圖3）的應用下開始有序輸出。默認情況下設備號會在1到99之間任意選擇，但也可以根據設備實際數量進行設備號限制設計，比如某項目有50個設備，這時可以限定設備號最大輸出值只能出現50。舞臺機械各類設備性能不同，運用方式不同，所以給定的速度參數也不同，吊桿類速度一般會設計在額定速度的60%，升降臺類一般會設計在額定速度的50%。這只是給緊急控制盒設計的速度輸出，計算機操作系統可以根據具體需要輸出0~100%的速度，滿足設備單場次運行，多場次運行，安全編組運行，高速定位，循環往復等。

圖3 PLC輸出程序

七段數碼管由7個發光二極管組成，是一種半導體發光電器元件，3個橫向安裝，4個縱向安裝，這樣的安裝方式正好可以顯示0到9這10個數字，I/O模塊輸出信號按照一定的順序接入7個數碼管，每一個信號對應數碼管的每一個段碼，驅動工作由十進制譯碼器譯碼完成。七段數碼管的每個部分通常被分別標注為a﹑b﹑c﹑d﹑e﹑f﹑g部分。

七段數碼管對應的a﹑b﹑c﹑d﹑e﹑f﹑g部分，顯示0-9，需要的電平如圖4所示：

圖4 七段數碼管對應電平顯示圖

指令單元以施耐德按鈕開關為例，包括上升按鈕（XB2-BA51C），下降按鈕（XB2-BA31C），停止按鈕（XB2-BA42C），十位加信號輸入鍵，十位減信號輸入鍵，個位加信號輸入鍵，個位減信號輸入鍵，這些配件成本低廉，更換簡單，維修使用快捷，操作方便。指令單元上電之后設備號初始值顯示為“00”。個位加信號鍵每按一次數值增加1，當值增加至9時，再按個位加信號鍵，個位數值會變為0，十位進1，此時設備號顯示數值為“10”。個位減信號鍵每按一次數值減1，初始值為0時，按一下個位減信號鍵數值變為9，再次按鍵則依次減小直到為0，循環往復，十位加減功能鍵和個位加減功能鍵的使用原理相同，當數值顯示至“99”時，再按功能鍵（十位加功能鍵）時跳轉至初始值“00”。速度值初始顯示也為“00”，當設備號根據使用要求選定好，啟動指令下發后，設備會根據PLC算法下發相應的速度開始運行，此時速度會顯示在緊急控制盒上。為了直觀顯示設備運行的速度，以50Hz工頻頻率對應設備的實際速度，這樣就可以知道設備驅動器（變頻器）的實際輸出速度是否和設備的實際速度相匹配。速度值的顯示范圍為0到50，以某項目吊桿設備為列，假如設計速度為1m/s，當緊急控制盒速度顯示為“50”時，設備實際運行速度就為1m/s。

現場連接使用需要在相關設備安裝位置附近預留接口，加裝分線盒，固定航空插頭支座。通常做法是安裝在樂池升降臺基坑臺唇（有時也會根據需要設置在樂池基坑），主舞臺升降臺基坑夾層，舞臺面臺口位左右側，舞臺一層天橋左右側，舞臺設備層左右側，舞臺上空柵頂位左右側，觀眾廳上空柵頂單點吊機安裝處，這些不便于在主控制室觀察到設備實時運行動態的局域。依靠這些接口就可以輕松實現緊急控制盒指令單元，PLC輸入模塊，輸出模塊之間的信號通過PLC的一些算法進行完整執行。緊急控制盒是跟隨操作人員隨時走動的流動式操作終端，緊急控制盒一側帶有一段信號線和預留接口的信號線通過航空插頭有效連接在一起，組成了一個完整的控制電路。

2 緊急控制盒的主要作用

舞臺機械是舞美藝術的靈魂，是聲﹑光﹑電與舞美藝術高度結合的產物[2]。舞臺機械的安全關系到一場演出的成功與失敗。舞臺機械操作人員對設備的精準控制顯得尤為重要，要實現這些目標就需要可靠安全穩定的操作終端。舞臺機械控制室是舞臺操作系統的核心，是所有舞臺信息系統的樞紐，起到信息調度總指揮的作用，然而完美的實現信息傳輸穩定暢通，就需要外部操作終端的配合，現有的操作模式，比如移動式操作站，雖然可以移動，但位置依然比較固定，只能在舞臺面臺口位小范圍移動，具有一定的局限性。緊急控制盒電路的出現，就完美地解決了這一問題，只要有設備安裝的位置，只要有需要就可以使用緊急控制盒，因為只需要在設備安裝位置附近做好連接端口就可以了。以某大型文旅劇院為例，整個劇院安裝有一百多套設備，常規的舞臺機械設備一應俱全，景桿﹑燈光吊桿﹑燈光吊架﹑升降臺等，典型的有水中升降臺﹑左右可移動假山﹑空中飛人吊帶﹑水中旋轉樹﹑舞臺前區空中飛鶴造型﹑十二朵花傘造型﹑軌道飛人設備等，這些機械設備安裝位置相對分散，造型奇特各異，演出前大多數隱藏在觀眾的視線之外，卻對設備運行的安全性要求極高。設備要實現精準控制，迅速啟停，加減速平穩，確保機械設備上面演職人員的安全，控制難度很大，在這類劇院設備的控制中緊急控制盒的作用被發揮得淋漓盡致，很好地解決了設備控制操作人員無法近距離觀察設備實時運動狀態，與舞臺監督溝通不暢的問題，杜絕了安全隱患，保證了演出效果，讓美輪美奐的舞美藝術完美的呈現給了觀眾。

3 緊急控制盒的應用

科學創新技術的不斷發展，文化產業的日趨繁榮，演藝技術也得到了前所未有的提高，劇場也不再局限于傳統的鏡框式舞臺，設備安裝位置相對固定，演藝模式單一。今天的劇院建筑風格各異，文化色彩濃厚，呈現的方式更是多種多樣，不拘一格。以地方旅游產業為依托的文旅類劇院，以特色文化為主題背景的演出秀劇院，以雜技特技馬戲為看點的馬戲劇院，以大自然為背景，露天開放為要素的活動舞臺等，傳統的依托主控制室操作的優勢已不在適應新的演出模式，因為這類劇院舞臺機械設備安裝相對分散，靈活多樣，名目繁多。緊急控制盒因其安裝布線方便，端口設置靈活，在這類劇院得到了廣泛的應用，打破了人們對舞臺控制系統固有的認知，為今后舞臺控制系統，舞美藝術，劇院的多樣化發展奠定了堅實的基礎！

4 結束語

總之，隨著國家文化產業的不斷繁榮發展，歷史悠久的舞臺藝術固有的呈現方式，形式獨特的表現方法，特有的情趣審美終究會被人們對精神文化的差異性需求所打破[3]。現代化多功能劇院建設規模的逐年擴大，建筑藝術水平的不斷提升，讓建筑科學與舞美藝術完美地結合在了一起。舞臺演藝方式方法，觀眾審美要求，也發生了翻天覆地的變化，舞臺機械系統控制方式也隨著舞美藝術的多樣性得到了前所未有的發展，打破了過去固有的傳統的控制模式，簡單的滿足設備能夠上下，左右動作的時代已不存在。舞臺機械系統控制發展到今天，設備控制方式方法更注重靈活性，可靠性和穩定性。位置可知，速度可控，實時觀察設備狀態是基本的控制要求。將來隨著社會經濟的飛速發展，科學技術的不斷進步，人們對舞美藝術認知的不斷提高，舞臺緊急控制盒電路一定會得到更加完善﹑完美的呈現。