现代大型舞台机械网络自动控制系统实践研究

摘要：我国的舞台机械的发展以20世纪末国家大剧院工程启动，上海大剧院的建成为标志进入了一个新阶段。此后我国大型舞台的改造和新建工程进入了一个高潮阶段，促进了大型舞台机械的发展，尤其是网络自动化控制系统的发展。阐述了舞台机械相关概念，舞台机械网络自动控制系统软件的主要功能及系统构成，控制系统的基本组成和实际应用基本功能。

关键词：舞台机械；网络；自动控制

1.舞台机械

舞台机械即为用于舞台演出的专业机械设备，舞台机械设备一般可分为台上设备和台下设备两个部分。

台上设备以卷扬类为主，基础配置有防火幕、假台口、大幕、二道幕、景吊杆、灯吊杆、单点吊机、灯光渡桥、灯光吊笼等设备，另外还有反声罩。

台下设备以升降、推拉、旋转为主，基础配置有主升降台、左右车台、后车转台、升降乐池及各种补偿台等设备。

2.舞台机械网络自动控制系统

2.1.舞台机械网络自动控制系统软件主要功能

舞台机械控制系统一般分为PLC软件功能和上位机软件功能。

PLC软件有以下主要功能：权限控制，设置数据，设备互锁，设备选择（单控），设备禁用，偏差检查组（强制编组），设备旁路，变频器状态显示及复位报警，程控I/II，场景运行介入（暂停/恢复、切到单控），故障信息显示等。

上位机软件有以下主要功能：设置设备名称，设备场景数据设置及编场，剧目计时，设备信息显示，主机信息显示，日志记录，打印系统信息，剧目下载等。

控制系统能稳定、安全、可靠、方便、精确地监控台上、台下设备，满足装台、排练、演出及检修维护等舞台机械设备的操作和控制。

采用自动控制系统可以对舞台机械设备的运行参数进行高速实时的监视，如：位置、速度、限位、负载等，可以在舞台表演前设定各设备的运行参数，在表演过程中设备的运行定位、同步、速度更精确。

2.2.舞台机械系统的构成及机械传动方式

舞台机械的传动方式一般为机械传动和流体传动两种方式。

机械传动方式主要有钢丝绳、链条、齿轮、齿条、丝杠、磨擦轮等多种传统的传动方式。加拿大的螺旋升降器和法国的刚性链传动是机械传动的新技术，其在舞台机械传动系统中也得到良好的应用。

流体传动方式主要有液压传动和气压传动两种方式，其执行元件有作直线运动的液压缸和气缸，也有作回转运动的液压马达、气马达、摆动缸等。

3.舞台机械网络自动控制系统基本构成及实际应用基本功能

3.1.舞台机械网络自动控制系统构成

目前舞台机械自动控制系统主要采用 DCS 分布式系统结构，以双冗余可编程控制器中央处理器作为主站，通过高速工业网络与上位机和下位机相联，上位机采用双冗余的工业控制计算机，下位机采用PLC 远程终端及矢量变频器作为从站，直接控制和驱动舞台机械设备的运行。

3.1.1.控制系统采用了两级网络结构，第一级是通过交换机联结的工业以太网，主要用于主站PLC与上位机的通讯，使用TCP/IP数据传输协议。第二级采用现场总线PROFIBUS — DP 光纤环网与下位机相联，传输速率为12M，主要用于主站与下位机的通讯。

3.1.2.主控制系统主要由主控制台提供正常情况下的全功能控制与操作，包括单体设备的控制、设备联锁、设备状态监视、预选择设备、设定运行参数、编组运行、场景记忆、场景编辑、故障诊断、系统维护指南、在线帮助、联机操作向导等功能。为了方便装台、排练和正式演出的需要，主控制系统除主控制台外还设置有多个移动式操作盘，可以在主控制室、舞台台面、二层马道等不同位置对设备的运行进行操作监控。移动操作盘设有线操作盘和无线操作盘两种形式，无线操作盘采用无线局域网并满足IEEE802.11b 标准。无线移动操作盘一般在非正式演出时使用。

3.2.舞台机械网络自动控制系统实际应用基本功能

3.2.1.舞台机械设备网络自动控制系统根据设备组合运行状况的不同，除提供足够的设备编组（CUE）的存储空间还提供三种编组形式，即锁定型编组、安全型编组和联锁型编组。

锁定型编组中吊挂或运载的场景需要固定连接到多个机械设备上时，该组中所有的机械设备需要以相同的速度同时运行并移动相同的距离。

安全型编组是用于控制距离、速度等参数组合的复杂设备组运行，若在操作过程中出现失误，将导致场景及设备碰撞或损坏等危险情况。系统应规定更高的操作权限，系统必须高速监控该组中所有运行设备的速度和位置，当该组中的任一设备没有按照预设定或计算出的速度曲线运行，或者速度或位置偏差超出了系统允许的误差范围时，系统必须立即停止该组内所有设备的运行，系统发出的停止命令应该是紧急停机命令（EMS），以免损坏场景和发生危险情况。

联锁型编组用于控制按顺序运动并有联锁关系的设备组的运行，在该组设备运行中有任一设备的运动顺序不符合联锁关系或发生故障时，必须立即停止该组内所有设备的运行，系统发出的停止命令应该是紧急停机命令（EMS），以免损坏设备和发生危险情况。

3.2.2.场景的物理参数设置，场景的物理参数包括场景的长、宽、高、估计的重量和运行位置的限制等，这些参数都是控制系统对每个设备进行可靠控制的依据，由操作人员将这些参数输入系统中，系统将自动进行安全防护和信息提示。

3.2.3.故障诊断和远程诊断功能。当设备出现故障时，系统自动判断故障类别、区域，自动显示应急处理预案，及时提示及帮助操作人员及技术人员迅速排除故障。远程服务通过电话网络系统，建立起服务商与用户间的网络连接，实现全球远程诊断与系统维护，在控制系统发生故障时，能在第一时间内提供快捷有效的服务，大大地减少了维护费用，争取了宝贵的时间，并可实现远程监控、在线技术帮助、软件升级更新、资料共享等。

4.总结：

随着我国文化设施建设的进步带动了文化、影视、科技、旅游、娱乐等方面的发展，其相关设施建设的技术快速发展，观众对于舞台效果的要求逐渐提高。我国自行研制的现代大型舞台机械网络自动控制系统开始应用于，其独特的优势和卓越的性能能较完美地发挥设备的功能，满足了观众的审美需求，适应我国大型舞台机械控制系统的网络化、自动化、智能化为一体的自动控制要求。

参考文献：

[1] 张春宇，游霞，袁勇. 智能舞台分布式控制式系统的应用[J]. 制造业自动化. 2010（03）

[2] 孔宪旺，陆乐，李由. 北京奥运会开闭幕式舞台控制系统的PLC系统冗余设计与编程[J]. 演艺设备与科技. 2009（01）

[3] 吴顺鹏. 组态软件上位机监控系统设计与开发[J]. 科技信息（科学教研）. 2010（21）