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作者：拓豐舞臺(tái)
2023-06-30 15:40:48
演藝秀又稱旅游秀，根據(jù)場(chǎng)地條件可分為室外實(shí)景演出和室內(nèi)演藝秀兩種。室外實(shí)景演出是國(guó)內(nèi)演藝秀最初的發(fā)展形態(tài)，主要是結(jié)合當(dāng)?shù)氐穆糜钨Y源，以真山真水為舞臺(tái)背景，采用高科技手段，表現(xiàn)當(dāng)?shù)孛袼缀臀幕Ｓ捎谘菟囆愣嗍橇可泶蛟?，所以演藝秀?chǎng)特點(diǎn)鮮明。由于中國(guó)幅員遼闊，很多地區(qū)受氣候和演出時(shí)間的制約，室外實(shí)景演出受到一定的室外環(huán)境的制約，越來(lái)越多的室內(nèi)演藝秀應(yīng)運(yùn)而生，其演藝秀場(chǎng)與傳統(tǒng)的歌劇院、戲劇院、話劇院、音樂(lè)廳、多功能廳等演出場(chǎng)所相比，不是用于巡演劇目，而是演出某一主題的固定劇目，配套的建筑、舞臺(tái)設(shè)備、周邊設(shè)施都為該劇目量身打造，具有很強(qiáng)的主題性和獨(dú)特性。
近年來(lái)，中國(guó)新建了不少的演藝秀場(chǎng)，如重慶《歸來(lái)三峽》、陜西漢中《漢頌》、四川峨眉《只有峨眉山》（見(jiàn)圖1）、寧夏《西江盛典》、山東《尼山圣境》等。這些秀場(chǎng)借助舞臺(tái)技術(shù)手段和藝術(shù)表現(xiàn)手法，給人更為真實(shí)、震撼的感覺(jué)，對(duì)景區(qū)旅游起到了很好的拉動(dòng)作用。
圖1 具有鮮明主題的演藝秀
演藝秀場(chǎng)類機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)限制較多，常常受限于舞臺(tái)的空間尺寸、環(huán)境因素、表演形式、需要呈現(xiàn)的效果等，設(shè)計(jì)難度較大，需要的特殊種類的設(shè)備較多。如基于水下升降平臺(tái)的設(shè)計(jì)、基于多電機(jī)剛性同步的設(shè)計(jì)等，也對(duì)演藝秀場(chǎng)機(jī)械所需的電控提出了更高要求。筆者針對(duì)演藝秀場(chǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)中定位及同步控制常見(jiàn)的問(wèn)題，根據(jù)不同應(yīng)用狀態(tài)及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)給出相應(yīng)的解決方案，并歸納出控制系統(tǒng)的共性。
1 不同應(yīng)用形態(tài)下的定位及同步控制
演藝秀場(chǎng)涉及的機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題較多，筆者主要針對(duì)實(shí)踐中遇到的常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行梳理，并給出解決的方法。
1.1
液壓驅(qū)動(dòng)下的定位和同步
相比電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，液壓驅(qū)動(dòng)由于安裝簡(jiǎn)單、防水、驅(qū)動(dòng)力可做到更大等特性廣泛應(yīng)用于各種秀場(chǎng)中。但液壓驅(qū)動(dòng)也有自身的不足，如液壓運(yùn)行相對(duì)精度不高、受外部環(huán)境影響大、控制難度大等缺點(diǎn)，限制了液壓驅(qū)動(dòng)在演藝秀場(chǎng)方面的一些應(yīng)用。液壓驅(qū)動(dòng)在演藝秀場(chǎng)的使用中舞臺(tái)機(jī)械，對(duì)其控制需要注意如下情況。
如圖2所示，為某實(shí)景演出用的表演船，船下設(shè)置4條液壓驅(qū)動(dòng)的導(dǎo)軌，通過(guò)液壓缸的伸縮可帶動(dòng)船體進(jìn)行水中升降，模擬船體沉沒(méi)的過(guò)程，船體升降行程可達(dá)3 m。系統(tǒng)采用的控制方案如圖3所示，整個(gè)系統(tǒng)采用4組完全獨(dú)立的液壓缸進(jìn)行整個(gè)船體的驅(qū)動(dòng)，通過(guò)PLC輸出模擬量，驅(qū)動(dòng)比例閥運(yùn)行，同時(shí)PLC采集四路油缸的位移信息，并進(jìn)行對(duì)應(yīng)的速度調(diào)節(jié)，保證四個(gè)液壓缸的同步。在系統(tǒng)中設(shè)置了誤差區(qū)間，為了保證安全，在誤差值超過(guò)一定量時(shí)將停止四個(gè)缸的運(yùn)行。
圖2 實(shí)景演出液壓表演船
圖3 液壓的控制框圖
1.2
多電機(jī)驅(qū)動(dòng)下的同步控制
演藝秀場(chǎng)常會(huì)遇到需要多個(gè)電機(jī)剛性同步的應(yīng)用，比如一個(gè)升降平臺(tái)，受限于安裝空間或運(yùn)行空間，無(wú)法采用單電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸互聯(lián)的方式，需要采用2臺(tái)以上的電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)硬性同步，一般需要配置2個(gè)編碼器，1個(gè)增量編碼器，1個(gè)多圈絕對(duì)值編碼器。增量編碼器一般用來(lái)作為速度環(huán)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，多圈絕對(duì)值編碼器做最終位置調(diào)節(jié)，多圈旋轉(zhuǎn)的最大圈數(shù)應(yīng)該大于絕對(duì)值編碼器最大行程所需圈數(shù)。用多圈絕對(duì)值編碼器主要是為了實(shí)現(xiàn)由工程人員調(diào)試完成后，后續(xù)可交給普通的維護(hù)人員來(lái)維護(hù)，基本消除由于增量編碼器脈沖丟失或者干擾帶來(lái)的位置積累誤差。
上海某場(chǎng)館的一個(gè)升降平臺(tái)，由于基坑受限，無(wú)法像常規(guī)升降平臺(tái)設(shè)計(jì)地軸傳動(dòng)，配置了3臺(tái)11 kW電機(jī)，分別從不同的位置進(jìn)行平臺(tái)的頂升。系統(tǒng)配置了3個(gè)變頻器分別驅(qū)動(dòng)3臺(tái)電機(jī)，而不是采用一個(gè)大功率變頻器驅(qū)動(dòng)3臺(tái)電機(jī)，配置了6個(gè)編碼器，每臺(tái)電機(jī)均是雙編碼器配置。同時(shí)，為了考慮應(yīng)急情況舞臺(tái)機(jī)械，還為系統(tǒng)配置了一套應(yīng)急操作系統(tǒng)，采用1臺(tái)37 kW的變頻器進(jìn)行3臺(tái)電機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)；并考慮了安全開關(guān)的設(shè)置，在應(yīng)急操作模式下，編碼器未接入應(yīng)急系統(tǒng)，故無(wú)法判斷設(shè)備的運(yùn)行情況，要求操作員在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)備運(yùn)行確認(rèn)和實(shí)時(shí)觀察。
除了剛性同步，有時(shí)候還需要考慮其他類型的同步，或者同步中需要考慮的其他問(wèn)題。比如某秀場(chǎng)中采用了4條長(zhǎng)度為100多米的剛性鏈板傳送帶（見(jiàn)圖4），傳送帶兩側(cè)各放置一臺(tái)電機(jī)，運(yùn)行過(guò)程中需要2臺(tái)電機(jī)同步。由于整個(gè)傳送帶跨度較大，又采用剛性材質(zhì)，而運(yùn)行過(guò)程中傳送帶運(yùn)行的時(shí)間和距離又特別大。這種情況下2臺(tái)電機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)法做到完全一致，累積的誤差會(huì)越來(lái)越大且不易消除，故該同步方式不僅需要考慮基于編碼器的位置同步，還需要考慮電機(jī)本身的力矩問(wèn)題，將變頻器的電流等因素都需要一并考慮，否則就會(huì)出現(xiàn)電機(jī)同步過(guò)程中單臺(tái)電機(jī)由于電流過(guò)大造成過(guò)載停機(jī)。
圖4 剛性鏈板傳送帶
1.3
速比不一致設(shè)備的同步
對(duì)于多數(shù)演藝秀場(chǎng)的機(jī)械類設(shè)備而言，有部分設(shè)備的最大速度并不一致，但應(yīng)用中，會(huì)要求該類設(shè)備之間做速度和位置的同步。比如，9個(gè)升降平臺(tái)，臺(tái)體大小不一樣，設(shè)備電機(jī)功率不一樣，最大速度也不一樣，但是使用中需要將不同的升降平臺(tái)進(jìn)行組合同步運(yùn)行。該種模式下，需要將設(shè)備的運(yùn)行速度全部量化為統(tǒng)一的單位，不可采用百分比或者其他的量化方式；還要考慮變頻驅(qū)動(dòng)設(shè)備在啟動(dòng)過(guò)程中由于勵(lì)磁時(shí)間不一致而造成的設(shè)備起始速度不一致的問(wèn)題。
針對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)和轉(zhuǎn)環(huán)的同步要求，一般采用摩擦輪多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式不容易實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制，需要自己在主控做軌跡規(guī)劃，將生成的軌跡分配到圓環(huán)，進(jìn)行下一步調(diào)節(jié)。如圖5所示，為3個(gè)轉(zhuǎn)環(huán)同步的實(shí)際圖，其中內(nèi)環(huán)由2臺(tái)1.1 kW電機(jī)驅(qū)動(dòng)，中環(huán)由4臺(tái)1.1 kW電機(jī)驅(qū)動(dòng)，外環(huán)由4臺(tái)2.2 kW電機(jī)驅(qū)動(dòng)，3個(gè)轉(zhuǎn)環(huán)都采用摩擦輪驅(qū)動(dòng)，可將3個(gè)轉(zhuǎn)環(huán)進(jìn)行簡(jiǎn)單的編組操作即可實(shí)現(xiàn)精確同步。最終同步效果能滿足實(shí)際的使用需求，3個(gè)轉(zhuǎn)環(huán)同步精度高，用戶使用方便。
圖5 3個(gè)轉(zhuǎn)環(huán)同步
1.4
可移動(dòng)平臺(tái)的定位
可移動(dòng)平臺(tái)大體上分為兩種，一種是無(wú)軌道的移動(dòng)平臺(tái)，一種是帶軌道的移動(dòng)平臺(tái)。
對(duì)于無(wú)軌道的移動(dòng)平臺(tái)，存在定位難度大的現(xiàn)象，用車體自身輪子上帶的編碼器，很難解決由于打滑等帶來(lái)的空間位置值不準(zhǔn)確的問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，一般需要在外部加裝激光定位傳感器，但采用激光定位傳感器也有其弊端：
對(duì)于帶軌道的移動(dòng)平臺(tái)，可采用色帶或者磁導(dǎo)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，更為簡(jiǎn)單可靠，但該類情況不適合多個(gè)車臺(tái)需要拼接運(yùn)行的場(chǎng)所。如圖6所示，為某室外帶軌道移動(dòng)平臺(tái)，采用無(wú)線+蓄電池供電的方式，多組蓄電池串聯(lián)供電，供電電壓高達(dá)280 V，可直接給變頻器直流母線單元供電，驅(qū)動(dòng)變頻器運(yùn)行。對(duì)于控制單元，采用單獨(dú)的蓄電池供電，減少變頻器運(yùn)行中瞬間過(guò)大的電流沖擊造成的干擾以及控制電壓的不穩(wěn)。
圖6 某項(xiàng)目室外移動(dòng)平臺(tái)
2 控制系統(tǒng)的共性
演藝秀場(chǎng)機(jī)械設(shè)備種類較多，需要解決的問(wèn)題也不一致，但是對(duì)于控制系統(tǒng)而言還是存在一些共性。
演藝秀場(chǎng)設(shè)備的復(fù)雜性越來(lái)越高，
設(shè)計(jì)難度也隨之增加，
這就需要電控和機(jī)械設(shè)計(jì)人員
在設(shè)計(jì)之初進(jìn)行充分的溝通，
否則容易出現(xiàn)機(jī)械人員設(shè)計(jì)出來(lái)的
設(shè)備電控人員無(wú)法完成良好控制的尷尬局面。
演藝秀場(chǎng)還存在的一個(gè)問(wèn)題就是要求的變更，
有些劇場(chǎng)在實(shí)施過(guò)程中，
由于導(dǎo)演團(tuán)隊(duì)思路的變更，
也容易造成后期整個(gè)項(xiàng)目批量設(shè)備的更改，
為了避免或減少該類問(wèn)題，
可考慮將仿真團(tuán)隊(duì)納入到前期的方案設(shè)計(jì)當(dāng)中，
使得整個(gè)策劃團(tuán)隊(duì)能對(duì)全局有更直觀的認(rèn)識(shí)。
選自《演藝科技》2020年第12期董令波，侯鵬強(qiáng)《舞臺(tái)機(jī)械技術(shù)與設(shè)備系列談（七）——演藝秀場(chǎng)舞臺(tái)機(jī)械的定位及同步控制》，如需了解原文，請(qǐng)查閱《演藝科技》2020年第12期，轉(zhuǎn)載請(qǐng)標(biāo)注：演藝科技傳媒。更多詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參閱《演藝科技》。
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