舞台灯光实操| 轴控制器在大型流动演出中如何用?

http://www.audio.hc360.com2020年03月31日15:08 来源:慧聪音响灯光网T|T

  编者按:澳门回归祖国20周年文艺晚会以舞美、灯光、音响、视频等多种舞台技术手段,呈现出恢弘壮丽的舞台效果,展现了澳门自回归以来的斐然成就。本期特设“庆祝澳门回归20周年专题”,分析轴控制器在大型演出中的应用,介绍演出中的演出音响系统的设计、实施。

  今天为大家分享《轴控制器在大型流动演出中的应用——以庆祝澳门回归祖国20周年文艺晚会为例》

  

  1 引言

  2019年12月19日,“庆祝澳门回归祖国20周年文艺晚会”在澳门东亚运动会体育馆举行。整个演出在体育馆临时搭建平台,所有舞台机械设备、灯光、音视频设备均按照通常流动演出的方式使用。

  本次晚会主题为“濠江情 中国心”。《我和我的祖国》《七子之歌》等经典歌曲抒发爱国爱澳的无限深情,多媒体情景讲述《光阴的故事》,以独特视角表现澳门回归祖国20年来的辉煌成就。刚毅雄健的功夫表演《濠江雄风》、慷慨激昂的经典诗词朗诵《少年中国说》,皆展现出自强不息的奋斗精神和中华优秀文化在澳门的传承弘扬。深具传统韵味的粤剧与南音表演,活力四射的现代舞和热情奔放的葡式土风舞,描绘出澳门中西文化荟萃交融的独特魅力。情景讲述《温馨一刻》,表达了澳门同胞对习近平主席的爱戴之情。歌曲《大湾区之美》《莲成一家》《乘风破浪再出发》等唱出心手相牵、共同逐梦的美好愿景。

  演出过程中,舞台机械比较出彩的设备为移动透明屏(俗称“冰屏”)和开场莲花(图1)。15块独立的冰屏组成3组大屏,播放着澳门回归祖国20年来取得的辉煌成就。11片金莲花瓣,则作为特殊序幕拉开整个演出的序幕。

  

  2 硬件系统

  2.1

  概述

  演出过程中的舞台机械主要有两种结构。一种为开场莲花,开场莲花由22台吊机吊挂11片莲花花瓣。上场口布置12台吊机和一个车载,下场口布置10台吊机和一个车载。每片花瓣由2台吊机控制,通过控制吊机的速度差和运行过程中速度不断变化,实现莲花花瓣在展开的过程呈现随风飘荡的感觉。

  另一种机械机构由15块冰屏组成,冰屏共由30台数控葫芦吊挂。每块冰屏由2台数控葫芦吊挂,通过安全编组实现两台数控葫芦位置偏差超限或者其中一台故障,两台数控葫芦都能安全停止来保证其吊挂的冰屏安全。

  如图2所示,整个硬件系统采用分层设计的方式,分为操作层、管理层、执行层。操作层和管理层通过普通以太网进行互联,管理层和执行层之间通过工业实时以太网进行互联。

  

  操作层由两个主控台组成,两个主控台互为备份,可实现在一台故障的情况下切换到第二台进行控制。

  管理层主要是指主控单元和电源分配系统,主控单元用于协调多个操作终端和驱动端,一方面接收来自操作层的指令,并通过实时以太网将解析后的命令发送给执行层的驱动单元。同时,管理层实时接收来自驱动单元反馈的设备状态信息,如位置、速度、载荷、外部开关等信息,并反馈到操作层,使操作员方便掌握底层

  设备的状态。

  执行层主要是由一个个驱动单元构成,每个驱动单元包含轴控制器、变频器、制动电阻等子单元。驱动单位接收管理层的控制命令,转换成对应的运动指令,驱动变频器进而驱动电机运行。

  2.2

  驱动单元

  驱动单元主要用于控制单个设备,外观如图3所示。为了驱动单元使用的方便性,驱动单元具备如下特性。

  

  控制方式:分为本地控制和远程控制。本地控制模式下,可通过本地面板自带的按键进行本地驱动参数设置和试运行。远程控制模式下,则通过自带的实时工业以太网接收指令进行设备操作。

  外部接口:为了方便驱动单元在流动演出中使用,所有接插件采用快速连接的接口方式,如基于工业以太网的通信接口,基于CE接口的电源供电方式,外置的空开和保险接口,单根连接到电机的重载连接器接口(重载连接器包含所有的电机线、制动线、双编码器线、限位开关信号线等)、载荷传感器接口。

  高度集成:驱动单元包含控制单个电机常用的所有组成部件,如轴控制器、变频器、制动电阻、空开、接触器、安全回路、制动回路等。

  图4为驱动单元内部框图。从图中可以看出,轴控制器的主要组成部分和主要信号输入输出通路。为了方便使用,通信和动力接口均采用包含输入输出的设计,可根据现场实际需要进行菊花链的连接方式,方便快速布置和使用。

  

  驱动单元内部采用闭环设计,编码器可设计两路输入,一路增量编码器输入,一路绝对值编码器输入,增量编码器信号同时进入轴控制器和变频单元,可实现速度闭环和位置闭环。采用双闭环设计方式,单个设备的电控定位精度能达到0.1 mm。

  2.3

  轴控制器

  在此类搭台演出中,轴控制器相比传统的PLC控制系统更为方便。对于流动演出行业,需要舞台机械设备达到类似灯光、音响设备“即插即用”的要求。灯光设备可以通过设置灯光的地址码,方便地并入整个灯光系统。传统方式采用PLC组态的机械控制系统,由于需要组态,一般需要软件人员到演出现场进行临时编程,或者把组态好的足够多的设备带到活动现场。而这种组态好的设备一般分为多个组,比如30个设备为一组,采用一个总控和操作台进行控制。但是,此类应用对于特殊要求有所不足,比如某个演出需要采用多个设备的编组来操控,或者多个设备间存在安全互锁等使用情况,均无法很好地满足要求,不仅需要携带大量的设备,还会带来操控方式的不便。

  演出专用轴控制器常应用于舞台设备提升和移动设备,提供控制系统解决方案。尤其适合各种调速控制系统,按照用户设定规则约束,控制设备上升、下降和悬停。产品设计紧凑,接口丰富,方便安装,可供用户快速集成开发。控制器集成安全功能,避免非故意的危险动作,对限位、超载、欠载、松绳、乱绳等进行安全监测输入,并能确定变频器安全运行启动,同时确保设备在安全运行范围,及时监测出设备在安全运行范围内。当能导致安全功能丢失的危险故障被检测到时,为了阻止危险,故障反应功能启动,诊断和故障反应功能在给定的最大故障反应时间内执行,确保人身安全。

  本次晚会中应用的轴控制器框图如图5所示,具有如下技术特点。

  

  主控制器采用双CPU架构,对安全相关信号进行输入输出表决,有效降低安全失效风险。

  控制器提供失效安全数字量输入(FSDI),接入信号如限位信号、超程信号、松绳信号、乱绳信号、急停、过载信号、欠载信号、抱闸反馈信号、变频器正常信号、主接触器状态等反馈信号,所有点位都可以灵活配置。

  电机制动控制为双冗余控制,每个CPU控制一个安全失效继电器输出回路,释放时,制动器将制动。继电器采用安全继电器输出,即强制导向性继电器,防止触点粘连导致控制失效。同时,每路都提供制动器有效性信号反馈检查,接入失效安全数字量输入通道。

  位置信号通过双编码器输入,支持1路增量式编码器+1路绝对值编码器或者2路增量式编码器,分别送入CPU1和CPU2进行表决。同时,每个信号通道以及电源都有监控电路反馈状态。

  变频器通过模拟量给定控制变频器转速,并通过模拟量反馈来监控变频器执行情况。其中,模拟量信号输出也带有输出诊断功能。

  控制器提供本地显示面板。

  3 软件

  3.1

  概述

  本次晚会中,莲花在开场过程中需要做花瓣打开和飘扬的动作,而冰屏则需要在各种节目中配合节目形式完成不同的造型设置。

  3.2

  技术难点

  整个节目使用的运动单元多达60台。对于60多个设备的短期快速编程也是一个难点。

  对于编程而言,由于轴数量较多,并且需要配合演出做出各种造型,因此工作量较大。为了简化编程,系统引入项目管理、编组、时间序列混合编程、DMX触发等概念和方法,用于简化系统编程和操控。

  (1)项目管理

  项目管理是针对一场演出活动进行特定设备配置的过程。在系统配置的操作台软件中,可针对设备实际情况进行配置,包括设备使用的数量,设备地址码的对应关系,每个设备对应的物理参数(最大速度、位置、加减速等)等(图6)。针对这类信息进行统一管理,在不同的活动中,可将不同数量和不同功率的驱动单元进行统一管理和组合使用。

  

  (2)编组

  编组方式更像是一种基于对象的编程方式(图7)。在演出过程中,每块冰屏和每个莲花花瓣都是由两台电机驱动。在这类驱动方式下,需要考虑安全和快速编程的能力,安全主要是针对多个电机驱动一个物体的情况,其中一个驱动出现故障,需要快速停止同一编组中的其他驱动单元。快速编程则可针对编组中的设备作为统一编程,不仅可针对物体进行统一升降或平移的编程,还可以针对其他运行的自由度进行编程,比如沿X方向的倾斜或沿Y方向的倾斜。

  

  (3)时间序列混合编程功能

  时间序列混合编程功能主要通过时间和动作序列结合的方式实现,通过时间来完成时间点的卡位,通过动作序列来实现设备编程的连贯性。比如一个设备执行完当前动作后,需要马上执行下一个动作,最好的方式是通过序列编程,而一个设备需要在某个时间点进行特殊的动作,为了和其他设备的时间点进行配合,采用时间的编程又会变得简单。

  (4)DMX触发

  在实际活动中,为了将机械和灯光、音视频进行统一管理,机械设备装置支持外部信号触发运行。本次晚会中配置的主控系统即可接入灯光控制台进行统一触发,灯光控制台在收到中控命令后,可对机械设备和灯光进行统一触发,保证系统运行的时间点准确,步调一致。

  4 总结

  轴控制器用于流动演出舞台机械控制系统,是近年来行业技术进步的标志之一。庆祝澳门回归祖国20周年文艺晚会对于舞台机械提出很高的要求,特别是机械的可靠性、灵活性要求极高,在系统稳定的大前提下,要求对系统能进行快速地调整,改变机械所呈现的状态。轴控制器在本次晚会舞台机械中的应用,达到系统要求,圆满完成晚会任务。

  选自《演艺科技》2020年第1-2期 侯鹏强,唐 伟,向 飞《轴控制器在大型流动演出中的应用——以庆祝澳门回归祖国20周年文艺晚会为例》,转载请标注:演艺科技传媒。更多详细内容请参阅《演艺科技》。

责任编辑:曾燕平

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