顧和祥

【摘 要】 介紹西門子舞臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品——SIMOTION運(yùn)動(dòng)控制器和SINAMICS變頻器在央視春晚舞臺(tái)上的具體應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；變頻器；動(dòng)作控制；舞臺(tái)效果

文章編號(hào)： 10.3969/j.issn.1674-8239.2014.04.010

2014年中央電視臺(tái)春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)（以下簡(jiǎn)稱“央視春晚”）舞臺(tái)上，引入全新科技元素，且簡(jiǎn)約獨(dú)特的舞美設(shè)計(jì)帶給觀眾巨大的視覺(jué)震撼。作為其中的重要布景，5塊7 m×3.5 m的LED屏幕成了馬年央視春晚舞臺(tái)推陳出新的“利器”。這些凌空佇立的LED屏幕，變化多端、儀態(tài)萬(wàn)千，它們時(shí)而垂掛半空，俯視舞臺(tái)；時(shí)而升降旋轉(zhuǎn)，狀若行云；時(shí)而分散豎立，層疊錯(cuò)落；時(shí)而縱橫延展，布滿畫墻，讓舞臺(tái)變身成為屏幕環(huán)繞映襯的全立體空間。

1 設(shè)備選用

空中搭建LED屏幕的舞臺(tái)布設(shè)，是央視春晚首次嘗試使用高度靈活的動(dòng)態(tài)屏幕組，以展現(xiàn)更富表現(xiàn)力的舞臺(tái)效果，其應(yīng)用涉及到運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的多項(xiàng)技術(shù)，有很多操作難點(diǎn)。為此，舞臺(tái)工程團(tuán)隊(duì)充分論證了各種方案的技術(shù)安全性、穩(wěn)定性和可靠性，最終在多家具備資質(zhì)的企業(yè)中選用了西門子（中國(guó)）有限公司工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)技術(shù)集團(tuán)（以下簡(jiǎn)稱“西門子”）的舞臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品——SIMOTION運(yùn)動(dòng)控制器和SINAMICS變頻器。

SIMOTION是集成式的運(yùn)動(dòng)控制器，它采取單一系統(tǒng)、多平臺(tái)應(yīng)用、模塊化設(shè)計(jì)的理念，具備豐富的開(kāi)發(fā)自由度和靈活的適配性。而SIMOTION D455作為其中的先鋒產(chǎn)品，是一款緊湊型的運(yùn)動(dòng)控制器，與SINAMICS S120的完美組合，使系統(tǒng)運(yùn)行更加流暢、平穩(wěn)、可靠。這些產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外的各種舞臺(tái)演出中，風(fēng)靡歐美的太陽(yáng)劇團(tuán)的演出活動(dòng)以及一貫以苛嚴(yán)的舞臺(tái)控制效果著稱的倫敦舞臺(tái)技術(shù)有限公司均使用了西門子的舞臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品。

2 運(yùn)動(dòng)控制解決方案

傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制的解決方案，是用機(jī)械元件以及若干電子裝置來(lái)完成復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制。如此，即使是一個(gè)很小的功能變化或是額外的功能需求都將意味著更換元件或者采用新的結(jié)構(gòu)、配置、參數(shù)設(shè)置及編程。而西門子的SIMOTION作為專業(yè)運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)，由一個(gè)系統(tǒng)就可以控制所有的軸和相關(guān)機(jī)器，并且徹底解決了時(shí)間方面非常關(guān)鍵的各個(gè)組件之間的接口問(wèn)題?；诖耍琒IMOTION可以協(xié)同硬件模塊和軟件模塊，自由編程、靈活創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)序列，極大地縮短了整套設(shè)備的編程、調(diào)試和診斷時(shí)間。

2.1 LED屏單屏動(dòng)作控制

央視春晚舞臺(tái)上的5塊LED屏，由50 組SINAMICS S120驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和貝得電機(jī)帶動(dòng)，SIMOTION D455運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)需要完成50根軸的高精度同步。SIMOTION D455控制系統(tǒng)分為裝臺(tái)模式和場(chǎng)景模式兩種控制方式，裝臺(tái)模式下可自行選擇工位操控設(shè)備；場(chǎng)景模式下設(shè)備則按預(yù)設(shè)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)運(yùn)行。因此，LED屏可完成橫移、升降、前后擺動(dòng)、左右擺動(dòng)和270°運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，并確保誤差角度控制在±0.1°之內(nèi)。

2.2 5塊LED屏空間姿態(tài)控制

在舞臺(tái)控制領(lǐng)域，單屏運(yùn)動(dòng)條件下的精度把握較為簡(jiǎn)單，但央視春晚導(dǎo)演組根據(jù)實(shí)際的彩排效果又提出了更高要求——讓5塊LED屏協(xié)同呼應(yīng)，并繼續(xù)保持高頻、快速的動(dòng)態(tài)性能。這一要求對(duì)西門子的設(shè)備和人員提出了新的挑戰(zhàn)，5塊LED屏要求的運(yùn)動(dòng)程式更加復(fù)雜，且每塊LED屏加上機(jī)械設(shè)備的重量達(dá)到1.5 t。因此，力求屏幕之間平穩(wěn)運(yùn)行并且互不相撞，是保證舞臺(tái)安全的重中之重。

類似的動(dòng)作姿態(tài)被稱為“空間互鎖”，在舞臺(tái)控制領(lǐng)域堪稱難度系數(shù)最高。為了避免屏幕發(fā)生碰撞，西門子值守央視春晚的工作團(tuán)隊(duì)從演出前兩個(gè)月就不斷進(jìn)行數(shù)據(jù)的編程和改寫工作。其最大的壓力就是，春晚的舞臺(tái)意味著沒(méi)有冗余，絕不能失誤。不僅如此，春晚舞臺(tái)的調(diào)試工作周期短、難度高、變動(dòng)性大，極大考驗(yàn)技術(shù)人員的智慧和責(zé)任感。為了最終突破“空間互鎖”的難題，西門子的工程師創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出雙穩(wěn)固的“避撞系統(tǒng)”。一方面，通過(guò)建立空間坐標(biāo)模型，反復(fù)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，力保運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的安全性；另一方面，通過(guò)軌道的預(yù)先優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低操作的復(fù)雜度，從而實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，預(yù)防屏幕間發(fā)生碰撞。在該系統(tǒng)中，SIMOTION D455控制模塊本身具有的處理復(fù)雜運(yùn)算能力強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、控制精度高等特點(diǎn)，幫助其完成了高自由度的空間姿態(tài)控制。5塊LED屏幕的控制分解描述。

西門子SIMOTION運(yùn)動(dòng)控制器和SINAMICS變頻器順利完成了5塊LED屏的一系列高難度運(yùn)動(dòng)控制動(dòng)作，保證了央視春晚的舞臺(tái)多姿多彩的完美呈現(xiàn)。

（企業(yè)供稿）

（編輯 薛云霞）endprint

【摘 要】 介紹西門子舞臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品——SIMOTION運(yùn)動(dòng)控制器和SINAMICS變頻器在央視春晚舞臺(tái)上的具體應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；變頻器；動(dòng)作控制；舞臺(tái)效果

文章編號(hào)： 10.3969/j.issn.1674-8239.2014.04.010

2014年中央電視臺(tái)春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)（以下簡(jiǎn)稱“央視春晚”）舞臺(tái)上，引入全新科技元素，且簡(jiǎn)約獨(dú)特的舞美設(shè)計(jì)帶給觀眾巨大的視覺(jué)震撼。作為其中的重要布景，5塊7 m×3.5 m的LED屏幕成了馬年央視春晚舞臺(tái)推陳出新的“利器”。這些凌空佇立的LED屏幕，變化多端、儀態(tài)萬(wàn)千，它們時(shí)而垂掛半空，俯視舞臺(tái)；時(shí)而升降旋轉(zhuǎn)，狀若行云；時(shí)而分散豎立，層疊錯(cuò)落；時(shí)而縱橫延展，布滿畫墻，讓舞臺(tái)變身成為屏幕環(huán)繞映襯的全立體空間。

1 設(shè)備選用

空中搭建LED屏幕的舞臺(tái)布設(shè)，是央視春晚首次嘗試使用高度靈活的動(dòng)態(tài)屏幕組，以展現(xiàn)更富表現(xiàn)力的舞臺(tái)效果，其應(yīng)用涉及到運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的多項(xiàng)技術(shù)，有很多操作難點(diǎn)。為此，舞臺(tái)工程團(tuán)隊(duì)充分論證了各種方案的技術(shù)安全性、穩(wěn)定性和可靠性，最終在多家具備資質(zhì)的企業(yè)中選用了西門子（中國(guó)）有限公司工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)技術(shù)集團(tuán)（以下簡(jiǎn)稱“西門子”）的舞臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品——SIMOTION運(yùn)動(dòng)控制器和SINAMICS變頻器。

SIMOTION是集成式的運(yùn)動(dòng)控制器，它采取單一系統(tǒng)、多平臺(tái)應(yīng)用、模塊化設(shè)計(jì)的理念，具備豐富的開(kāi)發(fā)自由度和靈活的適配性。而SIMOTION D455作為其中的先鋒產(chǎn)品，是一款緊湊型的運(yùn)動(dòng)控制器，與SINAMICS S120的完美組合，使系統(tǒng)運(yùn)行更加流暢、平穩(wěn)、可靠。這些產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外的各種舞臺(tái)演出中，風(fēng)靡歐美的太陽(yáng)劇團(tuán)的演出活動(dòng)以及一貫以苛嚴(yán)的舞臺(tái)控制效果著稱的倫敦舞臺(tái)技術(shù)有限公司均使用了西門子的舞臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品。

2 運(yùn)動(dòng)控制解決方案

傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制的解決方案，是用機(jī)械元件以及若干電子裝置來(lái)完成復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制。如此，即使是一個(gè)很小的功能變化或是額外的功能需求都將意味著更換元件或者采用新的結(jié)構(gòu)、配置、參數(shù)設(shè)置及編程。而西門子的SIMOTION作為專業(yè)運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)，由一個(gè)系統(tǒng)就可以控制所有的軸和相關(guān)機(jī)器，并且徹底解決了時(shí)間方面非常關(guān)鍵的各個(gè)組件之間的接口問(wèn)題?；诖?，SIMOTION可以協(xié)同硬件模塊和軟件模塊，自由編程、靈活創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)序列，極大地縮短了整套設(shè)備的編程、調(diào)試和診斷時(shí)間。

2.1 LED屏單屏動(dòng)作控制

央視春晚舞臺(tái)上的5塊LED屏，由50 組SINAMICS S120驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和貝得電機(jī)帶動(dòng)，SIMOTION D455運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)需要完成50根軸的高精度同步。SIMOTION D455控制系統(tǒng)分為裝臺(tái)模式和場(chǎng)景模式兩種控制方式，裝臺(tái)模式下可自行選擇工位操控設(shè)備；場(chǎng)景模式下設(shè)備則按預(yù)設(shè)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)運(yùn)行。因此，LED屏可完成橫移、升降、前后擺動(dòng)、左右擺動(dòng)和270°運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，并確保誤差角度控制在±0.1°之內(nèi)。

2.2 5塊LED屏空間姿態(tài)控制

在舞臺(tái)控制領(lǐng)域，單屏運(yùn)動(dòng)條件下的精度把握較為簡(jiǎn)單，但央視春晚導(dǎo)演組根據(jù)實(shí)際的彩排效果又提出了更高要求——讓5塊LED屏協(xié)同呼應(yīng)，并繼續(xù)保持高頻、快速的動(dòng)態(tài)性能。這一要求對(duì)西門子的設(shè)備和人員提出了新的挑戰(zhàn)，5塊LED屏要求的運(yùn)動(dòng)程式更加復(fù)雜，且每塊LED屏加上機(jī)械設(shè)備的重量達(dá)到1.5 t。因此，力求屏幕之間平穩(wěn)運(yùn)行并且互不相撞，是保證舞臺(tái)安全的重中之重。

類似的動(dòng)作姿態(tài)被稱為“空間互鎖”，在舞臺(tái)控制領(lǐng)域堪稱難度系數(shù)最高。為了避免屏幕發(fā)生碰撞，西門子值守央視春晚的工作團(tuán)隊(duì)從演出前兩個(gè)月就不斷進(jìn)行數(shù)據(jù)的編程和改寫工作。其最大的壓力就是，春晚的舞臺(tái)意味著沒(méi)有冗余，絕不能失誤。不僅如此，春晚舞臺(tái)的調(diào)試工作周期短、難度高、變動(dòng)性大，極大考驗(yàn)技術(shù)人員的智慧和責(zé)任感。為了最終突破“空間互鎖”的難題，西門子的工程師創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出雙穩(wěn)固的“避撞系統(tǒng)”。一方面，通過(guò)建立空間坐標(biāo)模型，反復(fù)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，力保運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的安全性；另一方面，通過(guò)軌道的預(yù)先優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低操作的復(fù)雜度，從而實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，預(yù)防屏幕間發(fā)生碰撞。在該系統(tǒng)中，SIMOTION D455控制模塊本身具有的處理復(fù)雜運(yùn)算能力強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、控制精度高等特點(diǎn)，幫助其完成了高自由度的空間姿態(tài)控制。5塊LED屏幕的控制分解描述。

西門子SIMOTION運(yùn)動(dòng)控制器和SINAMICS變頻器順利完成了5塊LED屏的一系列高難度運(yùn)動(dòng)控制動(dòng)作，保證了央視春晚的舞臺(tái)多姿多彩的完美呈現(xiàn)。

（企業(yè)供稿）

（編輯 薛云霞）endprint

【摘 要】 介紹西門子舞臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品——SIMOTION運(yùn)動(dòng)控制器和SINAMICS變頻器在央視春晚舞臺(tái)上的具體應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；變頻器；動(dòng)作控制；舞臺(tái)效果

文章編號(hào)： 10.3969/j.issn.1674-8239.2014.04.010

2014年中央電視臺(tái)春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)（以下簡(jiǎn)稱“央視春晚”）舞臺(tái)上，引入全新科技元素，且簡(jiǎn)約獨(dú)特的舞美設(shè)計(jì)帶給觀眾巨大的視覺(jué)震撼。作為其中的重要布景，5塊7 m×3.5 m的LED屏幕成了馬年央視春晚舞臺(tái)推陳出新的“利器”。這些凌空佇立的LED屏幕，變化多端、儀態(tài)萬(wàn)千，它們時(shí)而垂掛半空，俯視舞臺(tái)；時(shí)而升降旋轉(zhuǎn)，狀若行云；時(shí)而分散豎立，層疊錯(cuò)落；時(shí)而縱橫延展，布滿畫墻，讓舞臺(tái)變身成為屏幕環(huán)繞映襯的全立體空間。

1 設(shè)備選用

空中搭建LED屏幕的舞臺(tái)布設(shè)，是央視春晚首次嘗試使用高度靈活的動(dòng)態(tài)屏幕組，以展現(xiàn)更富表現(xiàn)力的舞臺(tái)效果，其應(yīng)用涉及到運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的多項(xiàng)技術(shù)，有很多操作難點(diǎn)。為此，舞臺(tái)工程團(tuán)隊(duì)充分論證了各種方案的技術(shù)安全性、穩(wěn)定性和可靠性，最終在多家具備資質(zhì)的企業(yè)中選用了西門子（中國(guó)）有限公司工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)技術(shù)集團(tuán)（以下簡(jiǎn)稱“西門子”）的舞臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品——SIMOTION運(yùn)動(dòng)控制器和SINAMICS變頻器。

SIMOTION是集成式的運(yùn)動(dòng)控制器，它采取單一系統(tǒng)、多平臺(tái)應(yīng)用、模塊化設(shè)計(jì)的理念，具備豐富的開(kāi)發(fā)自由度和靈活的適配性。而SIMOTION D455作為其中的先鋒產(chǎn)品，是一款緊湊型的運(yùn)動(dòng)控制器，與SINAMICS S120的完美組合，使系統(tǒng)運(yùn)行更加流暢、平穩(wěn)、可靠。這些產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外的各種舞臺(tái)演出中，風(fēng)靡歐美的太陽(yáng)劇團(tuán)的演出活動(dòng)以及一貫以苛嚴(yán)的舞臺(tái)控制效果著稱的倫敦舞臺(tái)技術(shù)有限公司均使用了西門子的舞臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品。

2 運(yùn)動(dòng)控制解決方案

傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制的解決方案，是用機(jī)械元件以及若干電子裝置來(lái)完成復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制。如此，即使是一個(gè)很小的功能變化或是額外的功能需求都將意味著更換元件或者采用新的結(jié)構(gòu)、配置、參數(shù)設(shè)置及編程。而西門子的SIMOTION作為專業(yè)運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)，由一個(gè)系統(tǒng)就可以控制所有的軸和相關(guān)機(jī)器，并且徹底解決了時(shí)間方面非常關(guān)鍵的各個(gè)組件之間的接口問(wèn)題?；诖耍琒IMOTION可以協(xié)同硬件模塊和軟件模塊，自由編程、靈活創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)序列，極大地縮短了整套設(shè)備的編程、調(diào)試和診斷時(shí)間。

2.1 LED屏單屏動(dòng)作控制

央視春晚舞臺(tái)上的5塊LED屏，由50 組SINAMICS S120驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和貝得電機(jī)帶動(dòng)，SIMOTION D455運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)需要完成50根軸的高精度同步。SIMOTION D455控制系統(tǒng)分為裝臺(tái)模式和場(chǎng)景模式兩種控制方式，裝臺(tái)模式下可自行選擇工位操控設(shè)備；場(chǎng)景模式下設(shè)備則按預(yù)設(shè)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)運(yùn)行。因此，LED屏可完成橫移、升降、前后擺動(dòng)、左右擺動(dòng)和270°運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，并確保誤差角度控制在±0.1°之內(nèi)。

2.2 5塊LED屏空間姿態(tài)控制

在舞臺(tái)控制領(lǐng)域，單屏運(yùn)動(dòng)條件下的精度把握較為簡(jiǎn)單，但央視春晚導(dǎo)演組根據(jù)實(shí)際的彩排效果又提出了更高要求——讓5塊LED屏協(xié)同呼應(yīng)，并繼續(xù)保持高頻、快速的動(dòng)態(tài)性能。這一要求對(duì)西門子的設(shè)備和人員提出了新的挑戰(zhàn)，5塊LED屏要求的運(yùn)動(dòng)程式更加復(fù)雜，且每塊LED屏加上機(jī)械設(shè)備的重量達(dá)到1.5 t。因此，力求屏幕之間平穩(wěn)運(yùn)行并且互不相撞，是保證舞臺(tái)安全的重中之重。

類似的動(dòng)作姿態(tài)被稱為“空間互鎖”，在舞臺(tái)控制領(lǐng)域堪稱難度系數(shù)最高。為了避免屏幕發(fā)生碰撞，西門子值守央視春晚的工作團(tuán)隊(duì)從演出前兩個(gè)月就不斷進(jìn)行數(shù)據(jù)的編程和改寫工作。其最大的壓力就是，春晚的舞臺(tái)意味著沒(méi)有冗余，絕不能失誤。不僅如此，春晚舞臺(tái)的調(diào)試工作周期短、難度高、變動(dòng)性大，極大考驗(yàn)技術(shù)人員的智慧和責(zé)任感。為了最終突破“空間互鎖”的難題，西門子的工程師創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出雙穩(wěn)固的“避撞系統(tǒng)”。一方面，通過(guò)建立空間坐標(biāo)模型，反復(fù)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，力保運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的安全性；另一方面，通過(guò)軌道的預(yù)先優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低操作的復(fù)雜度，從而實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，預(yù)防屏幕間發(fā)生碰撞。在該系統(tǒng)中，SIMOTION D455控制模塊本身具有的處理復(fù)雜運(yùn)算能力強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、控制精度高等特點(diǎn)，幫助其完成了高自由度的空間姿態(tài)控制。5塊LED屏幕的控制分解描述。

西門子SIMOTION運(yùn)動(dòng)控制器和SINAMICS變頻器順利完成了5塊LED屏的一系列高難度運(yùn)動(dòng)控制動(dòng)作，保證了央視春晚的舞臺(tái)多姿多彩的完美呈現(xiàn)。

（企業(yè)供稿）

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