滏陽文化中心劇院位于河北省衡水市河陽路以南、紅旗大街以西、滏陽河以北、中心街以東,建筑面積約2.1萬平方米,是一座可為國內(nèi)外表演團體提供功能齊全、技術(shù)先進、設(shè)備完善的多功能現(xiàn)代化觀演場所(圖1)。劇院舞臺形式采用“左中右”形式,即設(shè)有主舞臺、左側(cè)臺和右側(cè)臺。舞臺機械具有“升、降、推、拉”等多種變換形式,使表演的藝術(shù)造型、層次、動感更強。硬件、軟件配置均達到較先進的水平,符合目前國內(nèi)劇場的發(fā)展趨勢。
圖1 劇院內(nèi)景
1 劇院舞臺機械設(shè)備概況
1.1
臺上機械設(shè)備簡述
主舞臺的上空布置了40道電動吊桿、8道燈光吊桿、10道單點吊機以及4道側(cè)吊桿等吊掛設(shè)備,供演出時使用。在載荷允許的情況下,各吊桿可任意組合使用。另外,還有帶有可移動功能的假臺口側(cè)片和上片、金屬結(jié)構(gòu)的防火幕和調(diào)速大幕、二道幕等設(shè)備。
1.2
臺下機械設(shè)備簡述
舞臺臺下設(shè)備包括4塊單層主升降臺,主升降臺采用鏈條式驅(qū)動,具有升降平穩(wěn)、運行噪音低、安全可靠等優(yōu)點。左、右側(cè)車臺各3塊,臺口前觀眾廳設(shè)置樂池升降臺/欄桿各1套,車臺下設(shè)置補償臺,在側(cè)車臺和主升降臺之間設(shè)置側(cè)輔助升降臺。在主舞臺區(qū)前部設(shè)置3個演員活門及1套演員升降小車。演員升降小車可在軌道上移動,根據(jù)演出需要移動到對應(yīng)的活門下方。
2 控制系統(tǒng)總體特點
為確保劇院舞臺機械設(shè)備達到最佳演出效果,在總結(jié)以往工程設(shè)計經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,特別設(shè)計了一套先進可靠、安全合理的舞臺機械控制系統(tǒng)。主要具有以下特點。
2.1
實時性和高開放性
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳捎玫湫偷娜龑涌刂平Y(jié)構(gòu),即設(shè)備管理層、控制層、現(xiàn)場控制層??刂葡到y(tǒng)采用成熟可靠的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS。管理層通信采用100 MB/s工業(yè)以太網(wǎng),控制層通信采用傳輸速率為12 MB/s的PROFIBUSDP現(xiàn)場總線構(gòu)成現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)。因為采用FCS控制系統(tǒng),保證了系統(tǒng)的實時性和確定性。采用TCP/IP協(xié)議,保證系統(tǒng)的高開放性,使未來的擴充、升級方便簡潔。
2.2
整體安全可靠性高
各種控制設(shè)備及元器件都選用國際知名品牌,主控制采用西門子最新的S7-1500系列產(chǎn)品,使系統(tǒng)硬件的可靠性大大提高,保證系統(tǒng)長時間穩(wěn)定工作。監(jiān)控和管理的計算機采用研華工業(yè)型計算機。系統(tǒng)具有多重保護措施,能夠保證演出順利進行。即使計算機系統(tǒng)全部癱瘓,主控制系統(tǒng)失靈的情況下,還可用智能型手動控制系統(tǒng)運行。
2.3
選用智能型高端矢量變頻器
采用矢量變頻器配高精度旋轉(zhuǎn)編碼器,實現(xiàn)速度閉環(huán)和位置閉環(huán),調(diào)速比可達1∶100以上,實現(xiàn)高精度同步和定位。同時,變頻器具有零速伺服鎖定、抱閘控制、力矩和電流監(jiān)控、過流、過壓保護、缺相保護、故障自診斷、手動操作等功能。
2.4
軟件的適用性
上位機操作軟件是專為劇院舞臺機械設(shè)備控制與操作而設(shè)計開發(fā)的。系統(tǒng)具有良好的人-機界面,操作簡單明確,具有設(shè)備運動參數(shù)的設(shè)定、編組、場景設(shè)置、圖形數(shù)字動態(tài)顯示、屏幕菜單操作、自動記憶、故障診斷、故障處理提示等功能。操作權(quán)限分為管理員、操作員等不同權(quán)限,由系統(tǒng)管理員進行分配。
2.5
安全保障系統(tǒng)
在舞臺各處裝有自鎖急停按鈕,一旦發(fā)生任何設(shè)備、人身安全時,可緊急停止舞臺設(shè)備運行。臺口區(qū)域都配有報警指示信號,在設(shè)備每次運行時閃爍報警。
3 控制系統(tǒng)中單體設(shè)備的安全傳感保護裝置
3.1
限位裝置
對臺上/臺下升降設(shè)備都配有上限位/下限位、上超程/下超程等四個機械開關(guān),限位與超程開關(guān)之間留有一定的位置間距。
3.2
疊繩/松繩保護功能
臺上卷揚機系統(tǒng)在卷筒組件設(shè)有防止疊繩的檢測裝置,在柵頂安裝松繩檢測裝置。
3.3
升降臺防剪切裝置
臺下設(shè)備在其整個行程范圍內(nèi),對形成剪切面的危險區(qū)域安裝帶有機械式緩沖裝置的防剪切條。當(dāng)發(fā)生剪切故障報警時,快速安全停止升降臺。
3.4
車臺防撞裝置
車臺端部設(shè)置安全防撞裝置,當(dāng)運行方向遇到障礙物時,立即停車。
4 控制系統(tǒng)中單體設(shè)備軟件的安全保護
4.1
軟限位保護
在軟件中設(shè)置每個設(shè)備最大的行程范圍,包括上軟限位和下軟限位;操作人員只能在此范圍內(nèi)進行目標(biāo)位置的設(shè)置。該功能由上位機軟件提供。
4.2
載荷安全保護
當(dāng)實際載荷超過該設(shè)備120%的額定載荷時,設(shè)備不能提升運行,該功能在此工程中由變頻器實現(xiàn)。
4.3
安全極限速度
限制電機的最大運行速度,設(shè)置為電機額定轉(zhuǎn)速的1.1倍,該功能通過變頻器參數(shù)設(shè)置并實現(xiàn)。
4.4
位置誤差控制
實時檢測設(shè)定的位置曲線值與實際位置之間的誤差,當(dāng)超出允許的誤差范圍時,即發(fā)出停車信號。該功能在此工程中由變頻器實現(xiàn)。
4.5
安全方向控制
保證電動機只能按規(guī)定的方向運行,以避免事故進一步發(fā)展。在設(shè)備的安全開關(guān)觸發(fā)進行事故處理后,設(shè)備第一次運轉(zhuǎn)的方向必須是產(chǎn)生事故的反方向,即向減少事故趨勢的方向運行。該功能在吊桿發(fā)生松繩/疊繩保護后、升降臺發(fā)生剪切故障后、車臺發(fā)生碰撞故障后起效,如升降臺上升時防剪切開關(guān)觸發(fā)停機后,處理事故后升降臺的運行方向必須是下降。該功能由主控制器S7-1500實現(xiàn)。
5 控制系統(tǒng)編組安全控制
編組功能主要用于兩個及兩個以上機械設(shè)備共同承載同一道具,由操作員在上位機進行編制。編組中的所有設(shè)備必須是以相同速度同步運動并移動相同的距離,即時間位移同步。在編組設(shè)備運行過程中,主控制器監(jiān)控該編組內(nèi)所有設(shè)備的位置與速度,當(dāng)該組中任一設(shè)備的速度或位置超過允許誤差范圍時,主控制器向該編組內(nèi)所有變頻器發(fā)送緊急停止命令,避免道具傾翻及扭曲等危險情況的發(fā)生。
6 控制系統(tǒng)中設(shè)備連鎖安全保護
在控制系統(tǒng)中舞臺控制系統(tǒng),必須充分考慮到設(shè)備運行安全及演職人員的人生安全,程序中添加了大量的連鎖條件,操作人員必須滿足設(shè)備連鎖條件時,才能進行操作。臺上設(shè)備連鎖較少,主要考慮假臺口上片與鋼碼頭安全門之間的連鎖。以下詳細介紹臺下設(shè)備之間的連鎖關(guān)系(本節(jié)只講述設(shè)備與設(shè)備之間的連鎖關(guān)系,單個設(shè)備的安全連鎖不再復(fù)述)。
6.1
樂池升降臺與欄桿的連鎖
樂池升降臺與欄桿運行設(shè)置連鎖保護,防止觀眾跌入到樂池中。
6.2
主升降臺、樂池升降臺與安全門連鎖
當(dāng)設(shè)備安全門打開時,主升降臺、樂池升降臺不能再繼續(xù)啟動運行。
6.3
車臺與主升降臺、補償臺的連鎖
(注:由于補償臺不承受外載荷,因此對于車臺運行平面的選擇需要先將車臺運行到主升降臺上,通過操作主升降臺來達到切換平面的目的。)
6.4
主升降臺與安全鎖的連鎖關(guān)系
6.4.1 連鎖應(yīng)用背景
為保證主升降臺能在最大靜荷載下保持定位,不會因載荷長期作用而下沉,因此,在每個升降臺內(nèi)安裝四個安全鎖裝置。安全鎖分別布置在升降臺的左前、左后、右前、右后等四個位置舞臺控制系統(tǒng),跟隨升降臺運行。在對應(yīng)每個升降臺的基坑處安裝西門子S71212C DC/DC/REALY型現(xiàn)場控制器,用于控制安全鎖的伸縮動作并反饋狀態(tài)。
在對安全鎖控制時,需要提前介入鎖定,以升降臺在0平面鎖定為例,需要先將升降臺上升10 mm,然后鎖定,鎖定動作完成后,再將升降臺運行到0平面。為方便用戶操作,在上位機操作軟件中提供兩種操作方式,手動和自動。操作員可以根據(jù)實際需要采用不同的操作方式。
6.4.2 連鎖的邏輯實現(xiàn)
6.4.2.1 手動模式時升降臺邏輯實現(xiàn)
6.4.2.2 自動模式時升降臺和安全鎖的邏輯實現(xiàn)
程序采用狀態(tài)機邏輯進行處理,完整動作流程如下。
在程序執(zhí)行時,可根據(jù)實際情況直接進入到某一動作,再按順序執(zhí)行。如執(zhí)行過程中發(fā)生非預(yù)期狀況時,將觸發(fā)動作錯誤標(biāo)志并復(fù)位升降臺啟動命令。
6.4.2.3 自動模式時安全鎖安全監(jiān)控
在安全鎖自動鎖定或解鎖時,對其自動運行時間進行監(jiān)控,防止安全鎖在運行過程中發(fā)生堵轉(zhuǎn)等情況。當(dāng)超過設(shè)定的合理時間時,立即停止運行,并產(chǎn)生“安全鎖運行超時”報警信息在上位機中顯示。
6.4.2.4 手動模式時安全鎖的操作
安全鎖的手動控制,升降臺必須在靜止?fàn)顟B(tài)下,并在允許的位置范圍內(nèi)時,才能進行操作,在手動操作期間,同樣需要對其運行時間進行監(jiān)控。
選自《演藝科技》2020年第3期張永江《滏陽文化中心劇院舞臺機械控制系統(tǒng)簡介》,轉(zhuǎn)載請標(biāo)注:演藝科技傳媒。更多詳細內(nèi)容請參閱《演藝科技》。
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