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實操 | 軸控制器在大型流動演出中如何用?

來源:演藝科技傳媒        編輯:小月亮    2020-03-21 16:27:14     加入收藏

澳門回歸祖國20周年文藝晚會以舞美、燈光、音響、視頻等多種舞臺技術手段,呈現出恢弘壯麗的舞臺效果,展現了澳門自回歸以來的斐然成就。本期特設“慶祝澳門回歸20周年專題”,分析軸控制器在大型演出中的應用,介紹演出中的演出音響系統的設計、實施。

  澳門回歸祖國20周年文藝晚會以舞美、燈光、音響、視頻等多種舞臺技術手段,呈現出恢弘壯麗的舞臺效果,展現了澳門自回歸以來的斐然成就。本期特設“慶祝澳門回歸20周年專題”,分析軸控制器在大型演出中的應用,介紹演出中的演出音響系統的設計、實施。

  今天為大家分享《軸控制器在大型流動演出中的應用——以慶祝澳門回歸祖國20周年文藝晚會為例》

  1 引言

  2019年12月19日,“慶祝澳門回歸祖國20周年文藝晚會”在澳門東亞運動會體育館舉行。整個演出在體育館臨時搭建平臺,所有舞臺機械設備、燈光、音視頻設備均按照通常流動演出的方式使用。

  本次晚會主題為“濠江情 中國心”?!段液臀业淖鎳贰镀咦又琛返冉浀涓枨惆l愛國愛澳的無限深情,多媒體情景講述《光陰的故事》,以獨特視角表現澳門回歸祖國20年來的輝煌成就。剛毅雄健的功夫表演《濠江雄風》、慷慨激昂的經典詩詞朗誦《少年中國說》,皆展現出自強不息的奮斗精神和中華優秀文化在澳門的傳承弘揚。深具傳統韻味的粵劇與南音表演,活力四射的現代舞和熱情奔放的葡式土風舞,描繪出澳門中西文化薈萃交融的獨特魅力。情景講述《溫馨一刻》,表達了澳門同胞對習近平主席的愛戴之情。歌曲《大灣區之美》《蓮成一家》《乘風破浪再出發》等唱出心手相牽、共同逐夢的美好愿景。

  演出過程中,舞臺機械比較出彩的設備為移動透明屏(俗稱“冰屏”)和開場蓮花(圖1)。15塊獨立的冰屏組成3組大屏,播放著澳門回歸祖國20年來取得的輝煌成就。11片金蓮花瓣,則作為特殊序幕拉開整個演出的序幕。

  2 硬件系統

  2.1

  概述

  演出過程中的舞臺機械主要有兩種結構。一種為開場蓮花,開場蓮花由22臺吊機吊掛11片蓮花花瓣。上場口布置12臺吊機和一個車載,下場口布置10臺吊機和一個車載。每片花瓣由2臺吊機控制,通過控制吊機的速度差和運行過程中速度不斷變化,實現蓮花花瓣在展開的過程呈現隨風飄蕩的感覺。

  另一種機械機構由15塊冰屏組成,冰屏共由30臺數控葫蘆吊掛。每塊冰屏由2臺數控葫蘆吊掛,通過安全編組實現兩臺數控葫蘆位置偏差超限或者其中一臺故障,兩臺數控葫蘆都能安全停止來保證其吊掛的冰屏安全。

  如圖2所示,整個硬件系統采用分層設計的方式,分為操作層、管理層、執行層。操作層和管理層通過普通以太網進行互聯,管理層和執行層之間通過工業實時以太網進行互聯。

  操作層由兩個主控臺組成,兩個主控臺互為備份,可實現在一臺故障的情況下切換到第二臺進行控制。

  管理層主要是指主控單元和電源分配系統,主控單元用于協調多個操作終端和驅動端,一方面接收來自操作層的指令,并通過實時以太網將解析后的命令發送給執行層的驅動單元。同時,管理層實時接收來自驅動單元反饋的設備狀態信息,如位置、速度、載荷、外部開關等信息,并反饋到操作層,使操作員方便掌握底層

  設備的狀態。

  執行層主要是由一個個驅動單元構成,每個驅動單元包含軸控制器、變頻器、制動電阻等子單元。驅動單位接收管理層的控制命令,轉換成對應的運動指令,驅動變頻器進而驅動電機運行。

  2.2

  驅動單元

  驅動單元主要用于控制單個設備,外觀如圖3所示。為了驅動單元使用的方便性,驅動單元具備如下特性。

  控制方式:分為本地控制和遠程控制。本地控制模式下,可通過本地面板自帶的按鍵進行本地驅動參數設置和試運行。遠程控制模式下,則通過自帶的實時工業以太網接收指令進行設備操作。

  外部接口:為了方便驅動單元在流動演出中使用,所有接插件采用快速連接的接口方式,如基于工業以太網的通信接口,基于CE接口的電源供電方式,外置的空開和保險接口,單根連接到電機的重載連接器接口(重載連接器包含所有的電機線、制動線、雙編碼器線、限位開關信號線等)、載荷傳感器接口。

  高度集成:驅動單元包含控制單個電機常用的所有組成部件,如軸控制器、變頻器、制動電阻、空開、接觸器、安全回路、制動回路等。

  圖4為驅動單元內部框圖。從圖中可以看出,軸控制器的主要組成部分和主要信號輸入輸出通路。為了方便使用,通信和動力接口均采用包含輸入輸出的設計,可根據現場實際需要進行菊花鏈的連接方式,方便快速布置和使用。

  驅動單元內部采用閉環設計,編碼器可設計兩路輸入,一路增量編碼器輸入,一路絕對值編碼器輸入,增量編碼器信號同時進入軸控制器和變頻單元,可實現速度閉環和位置閉環。采用雙閉環設計方式,單個設備的電控定位精度能達到0.1 mm。

  2.3

  軸控制器

  在此類搭臺演出中,軸控制器相比傳統的PLC控制系統更為方便。對于流動演出行業,需要舞臺機械設備達到類似燈光、音響設備“即插即用”的要求。燈光設備可以通過設置燈光的地址碼,方便地并入整個燈光系統。傳統方式采用PLC組態的機械控制系統,由于需要組態,一般需要軟件人員到演出現場進行臨時編程,或者把組態好的足夠多的設備帶到活動現場。而這種組態好的設備一般分為多個組,比如30個設備為一組,采用一個總控和操作臺進行控制。但是,此類應用對于特殊要求有所不足,比如某個演出需要采用多個設備的編組來操控,或者多個設備間存在安全互鎖等使用情況,均無法很好地滿足要求,不僅需要攜帶大量的設備,還會帶來操控方式的不便。

  演出專用軸控制器常應用于舞臺設備提升和移動設備,提供控制系統解決方案。尤其適合各種調速控制系統,按照用戶設定規則約束,控制設備上升、下降和懸停。產品設計緊湊,接口豐富,方便安裝,可供用戶快速集成開發??刂破骷砂踩δ?,避免非故意的危險動作,對限位、超載、欠載、松繩、亂繩等進行安全監測輸入,并能確定變頻器安全運行啟動,同時確保設備在安全運行范圍,及時監測出設備在安全運行范圍內。當能導致安全功能丟失的危險故障被檢測到時,為了阻止危險,故障反應功能啟動,診斷和故障反應功能在給定的最大故障反應時間內執行,確保人身安全。

  本次晚會中應用的軸控制器框圖如圖5所示,具有如下技術特點。

  主控制器采用雙CPU架構,對安全相關信號進行輸入輸出表決,有效降低安全失效風險。

  控制器提供失效安全數字量輸入(FSDI),接入信號如限位信號、超程信號、松繩信號、亂繩信號、急停、過載信號、欠載信號、抱閘反饋信號、變頻器正常信號、主接觸器狀態等反饋信號,所有點位都可以靈活配置。

  電機制動控制為雙冗余控制,每個CPU控制一個安全失效繼電器輸出回路,釋放時,制動器將制動。繼電器采用安全繼電器輸出,即強制導向性繼電器,防止觸點粘連導致控制失效。同時,每路都提供制動器有效性信號反饋檢查,接入失效安全數字量輸入通道。

  位置信號通過雙編碼器輸入,支持1路增量式編碼器+1路絕對值編碼器或者2路增量式編碼器,分別送入CPU1和CPU2進行表決。同時,每個信號通道以及電源都有監控電路反饋狀態。

  變頻器通過模擬量給定控制變頻器轉速,并通過模擬量反饋來監控變頻器執行情況。其中,模擬量信號輸出也帶有輸出診斷功能。

  控制器提供本地顯示面板。

  3 軟件

  3.1

  概述

  本次晚會中,蓮花在開場過程中需要做花瓣打開和飄揚的動作,而冰屏則需要在各種節目中配合節目形式完成不同的造型設置。

  3.2

  技術難點

  整個節目使用的運動單元多達60臺。對于60多個設備的短期快速編程也是一個難點。

  對于編程而言,由于軸數量較多,并且需要配合演出做出各種造型,因此工作量較大。為了簡化編程,系統引入項目管理、編組、時間序列混合編程、DMX觸發等概念和方法,用于簡化系統編程和操控。

  (1)項目管理

  項目管理是針對一場演出活動進行特定設備配置的過程。在系統配置的操作臺軟件中,可針對設備實際情況進行配置,包括設備使用的數量,設備地址碼的對應關系,每個設備對應的物理參數(最大速度、位置、加減速等)等(圖6)。針對這類信息進行統一管理,在不同的活動中,可將不同數量和不同功率的驅動單元進行統一管理和組合使用。

  (2)編組

  編組方式更像是一種基于對象的編程方式(圖7)。在演出過程中,每塊冰屏和每個蓮花花瓣都是由兩臺電機驅動。在這類驅動方式下,需要考慮安全和快速編程的能力,安全主要是針對多個電機驅動一個物體的情況,其中一個驅動出現故障,需要快速停止同一編組中的其他驅動單元??焖倬幊虅t可針對編組中的設備作為統一編程,不僅可針對物體進行統一升降或平移的編程,還可以針對其他運行的自由度進行編程,比如沿X方向的傾斜或沿Y方向的傾斜。

  (3)時間序列混合編程功能

  時間序列混合編程功能主要通過時間和動作序列結合的方式實現,通過時間來完成時間點的卡位,通過動作序列來實現設備編程的連貫性。比如一個設備執行完當前動作后,需要馬上執行下一個動作,最好的方式是通過序列編程,而一個設備需要在某個時間點進行特殊的動作,為了和其他設備的時間點進行配合,采用時間的編程又會變得簡單。

  (4)DMX觸發

  在實際活動中,為了將機械和燈光、音視頻進行統一管理,機械設備裝置支持外部信號觸發運行。本次晚會中配置的主控系統即可接入燈光控制臺進行統一觸發,燈光控制臺在收到中控命令后,可對機械設備和燈光進行統一觸發,保證系統運行的時間點準確,步調一致。

  4 總結

  軸控制器用于流動演出舞臺機械控制系統,是近年來行業技術進步的標志之一。慶祝澳門回歸祖國20周年文藝晚會對于舞臺機械提出很高的要求,特別是機械的可靠性、靈活性要求極高,在系統穩定的大前提下,要求對系統能進行快速地調整,改變機械所呈現的狀態。軸控制器在本次晚會舞臺機械中的應用,達到系統要求,圓滿完成晚會任務。

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