徐世章　赵丽珍　宋瀛海　郑劲松

摘 要：我國从上个世纪八十年代开始出现了以手动为主的舞台机械，并且随着我国科学技术的不断发展，我国的舞台设计迎来了全新的发展春天，而舞台机械也逐渐朝着电子化的方向发展，将我国同西方先进国家之间的距离进一步缩短。本文将舞台机械控制系统作为研究对象，通过从简单论述舞台机械控制系统的基本功能以及软件核心功能作为出发点，以网络性能和系统响应时间的角度，着重围绕舞台机械控制系统的性能进行简要分析研究。

关键词：舞台;机械控制系统

引言

舞台机械在欧洲已有上百年的发展历史，在亚洲虽然起步较晚，但发展比较迅速。在20世纪80年代以前，我国舞台机械大部分都是手动或局部电动控制的台上设备，台下设备只有少数剧场试验性地使用，控制系统非常简单。1984年，中国剧院为配合大型音乐舞蹈史诗《中国革命之歌》的演出，设置了台上、台下全套舞台机械设备，并采用液压和数控技术，开创了我国大型舞台机械应用的先例。在其后的十几年中，我国舞台机械及控制系统一直徘徊在较低的水平，没有大的突破。20世纪末，上海大剧院的建成和国家大剧院的正式启动，带动我国大、中型舞台的新建和改造工程进入一个高潮阶段，使我国大型舞台机械有了跨越式的发展，其控制水平也有了很大的提高，并建立了我国自己的控制模式。今天，我国大型舞台机械控制系统已经形成了集网络化、集散化、自动化、智能化为一体的先进的控制模式。

一、舞台机械控制系统的功能

规范的剧场品字型舞台机械设备通常可以分成台上与台下这两个部分，台上设备由卷扬类作为核心，基础配备有防火幕和假台口以及大幕和二道幕等多种设备，部分还会配置反声罩。台下设备由升降和推拉以及旋转当作核心，基础配备包含主升降台和左右车胎以及后车转台等多项补偿台设施。舞台机械传动模式通常是机械与流体传动这两种类型。软件核心功能。舞台机械控制系统通常凤城PLC和上位机软件功这两种，PLC软件核心功能，权限掌控，设置数据，设施互相锁定，误差检查组，设备禁止使用和你旁路以及选择。变频器情况显示和恢复位置警报，程序控制一和程序控制二。场景运转介入，显示故障情况，上位机核心功能，设置设备名字，场景数据设置和编场，设施信息显示，日记记载，剧目计算时间，打印系统数据，主机信息展示，剧目下载。行程开关，行程开关有行程终止、中间定位、减速开关，可使用专用限位开关箱（如主令开关盒）或直碰式机械开关或接近开关。各类舞台机械设备应设置行程终止开关;而中间定位、减速开关依据实际情况设置，也可以从位置传感器内取信号。

二、多设备控制精度计算

在实际的工程实践中将设备运行同步方式分为绑定同步运行和变频器同步运行。绑定同步运行：舞台机械在使用中经常出现要求两个或多个单体设备同步运行来执行演出任务的情况，设备同步由PLC完成。如几个吊点共同吊挂一个灯杆，以及北京奥运会开闭幕式中吊索电机控制等示例。要求绑定的设备同时启动、同速度运行相同的距离，不允许设备间产生较大的偏差。变频器同步运行：电机间有刚性连接，同步要求精度高。采用主从同步方式，由变频器完成同步。主要用于多台固定的设备，在运行过程中，始终保持同步运行。比如剧场的车台接力驱动，双电机驱动的升降台、后车转台等。绑定同步运行这种绑定要求有较大的随意性，同步的设备包括同类或不同类设备，设备速度及功率可能差别很大，同步位置要求可能相同或保持固定偏差，同步设定要求灵活，可以按要求设置同步组合，也可以解除同步状态，恢复单体运行。

三、舞台机械控制系统的性能

系统响应时间从控制台发出命令到设备启动运行需要经历的时间就是舞台机械控制系统的响应时间，基于PLC的舞台控制系统主要使用循环扫描的方式，因此系统的响应时间应当是主循环时间，即TMax=TOB+TTMC+TBP其中系统设备最大响应时间用TMax表示，基于PLC舞台控制系统的响应时间用TOB表示，系统传输所有设备可控响应时间用TTMC表示，包括制动反应时间在内的变频器响应时间则用TBP表示。因此我们可以得知，当系统传输所有设备的相应时间，在从站数为39且传输速率为6Mbps之下，最大响应时间应为8ms。而在正常情况下，基于PLC舞台控制系统扫描循环的时间为5到15ms，而变频器的响应时间一般在500到1000ms之间，因此系统设备的最大响应时间将不会超过1.5s。

四、我国舞台机械运动控制系统的构成模式

现代舞台机械控制系统是运动控制系统在舞台机械控制中应用的一个分支，其核心是解决机械（如升降台、升降乐池、车台、转台和各种吊杆等设备）位移运动速度、加速度、转矩与位置的控制。运动控制以自动控制理论为基础，以电机为控制对象，以控制为核心，以电力电子及功率变换装置为执行机构，组成高精度的电气传动系统。当前，舞台机械的运动控制系统基本由控制器、变频器、电机三大部分组成，由变频器解决运动控制系统中的速度、加速度和转矩控制。我国典型的舞台机械控制系统以双冗余PLC作为核心，通过高速工业网络（双网）与控制台上位机联接，上位机采用双冗余的工控机;通过高速现场总线（光纤环网）与下位机联接，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。我国舞台机械运动控制系统发展起步较晚，真正意义上的舞台机械运动控制系统是在20世纪90年代末到21世纪初建立的。而在此期间，国内外自动化控制领域发展迅速，控制方式有了很大的变革，其技术进步极大地推动了舞台机械控制技术和设备的发展。其中，最具代表性的是在运动控制系统迅速崛起的PLC和多功能矢量控制器。

结束语

总而言之，本文通过简要分析研究舞台机械控制系统的功能以及性能，了解到广义的舞台已经不再拘泥于传统的正规剧场中的品字形舞台，包括电视剧场、体育场馆以及科技馆等在内的众多异性舞台的相继出现，也使得我国舞台机械控制系统的应用正在朝着多元化的方向发展。基于PLC开发下的舞台控制系统拥有强大的优势与性能，能够有效提升产品的档次，进而推动我国舞台控制系统朝着自动化、智能化、网络化的方向实现长久稳定发展。

参考文献

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