劇院劇場舞臺燈光機(jī)械設(shè)計(jì)與應(yīng)用
1 燈光控制技術(shù)智能化
近年來，燈光控制系統(tǒng)的涵蓋范圍和處理對象越來越廣，控制方式和信息處理越來越復(fù)雜，燈光控制系統(tǒng)結(jié)合了AI、自適應(yīng)、云、5G通信等先進(jìn)技術(shù)，功能愈加強(qiáng)大。系統(tǒng)中的燈光控制臺、控制柜，甚至控制模塊都已經(jīng)成為具備獨(dú)立功能的自控系統(tǒng)。底層技術(shù)的進(jìn)步不僅使系統(tǒng)功能提升，子系統(tǒng)獨(dú)立自適應(yīng)控制與模塊化設(shè)計(jì)下的集中控制相得益彰，也極大增強(qiáng)了系統(tǒng)安全冗余。
智能燈光控制柜是燈光控制系統(tǒng)的核心設(shè)備之一。近年來，多種不同的燈光控制信號并行成為常態(tài)，遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程通信技術(shù)廣泛應(yīng)用，安全標(biāo)準(zhǔn)逐漸提高。多種不同光源類型燈具經(jīng)?；旌鲜褂茫?fù)載性質(zhì)變化頻繁，使用環(huán)境和工作需求的變化促使燈光控制柜不斷發(fā)展新功能。與此同時，燈光控制臺、控制柜、周邊分布式設(shè)備以及云平臺的結(jié)合，共同打造了高安全等級的智能化燈光控制系統(tǒng)。
RGB和方達(dá)的新型燈光控制柜均可通過無人干預(yù)自動識別控制回路的負(fù)載性質(zhì)，并自動切換至相應(yīng)的工作模式。該技術(shù)可提高工作效率及系統(tǒng)安全性，杜絕了因輸出方式與負(fù)載不匹配造成的安全隱患。
RGB雙口網(wǎng)絡(luò)解碼控制系統(tǒng)模塊整合了自動識別雙網(wǎng)口網(wǎng)絡(luò)解碼器，可同時輸入/輸出ArtNet和ACN等協(xié)議，自動識別切換，可以逆向傳輸，有效解決了多網(wǎng)絡(luò)信號并行控制及反饋問題。斯全德RDM-8 DMX信號放大器通過自動DMX512信號輸入修正功能，解決了不同收發(fā)速率的設(shè)備在同一控制系統(tǒng)中混合使用時造成的數(shù)據(jù)失真的問題，提高了遠(yuǎn)距離傳輸?shù)腄MX-512信號的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。
RGB智能調(diào)光柜（見圖1）采用了繼電器接觸瞬間高壓補(bǔ)償技術(shù)，使近900 V高壓降低到350 V，保護(hù)了繼電器及終端負(fù)載；調(diào)光模式下抗干擾上升時間大于500 us，減少了浪涌電流的電磁干擾，有效提高了控制柜及終端設(shè)備的使用壽命和穩(wěn)定性。
方達(dá)燈光控制柜（見圖2）可直接在柜體設(shè)置各通道的信號地址、亮度、調(diào)光曲線模式、工作模式及調(diào)光柜其他參數(shù)；RGB燈光控制柜每一回路抽屜面板可單獨(dú)顯示對應(yīng)工作模式。友好的人機(jī)交互界面為系統(tǒng)運(yùn)維帶來更大便利。
在狀態(tài)監(jiān)控和反饋功能方面，方達(dá)和斯全德的新型控制柜（見圖3）具備智能識別模塊地址和工作模式，以及電流、負(fù)載、信號、運(yùn)行溫度、開路、短路、負(fù)載記錄功能和報(bào)告系統(tǒng)。在安全備份方面，方達(dá)物聯(lián)網(wǎng)調(diào)光柜配備多個主副控制系統(tǒng)互為自動熱備份；RGB和斯全德控制柜每個模塊配備了獨(dú)立處理器，各模塊互不干涉、互為備份。新型控制柜均已支持熱插拔、熱互換，可在不中斷演出的情況下方便快速處理故障點(diǎn)。
隨著信息技術(shù)的進(jìn)步以及遠(yuǎn)程離線編輯和控制需求的增加，燈光控制臺的系統(tǒng)功能進(jìn)一步延伸，人機(jī)對話手段更加豐富，安全性更加進(jìn)步。彩熠TEKMAND G3第三代燈光控制系統(tǒng)，包括TEKMAND G3控制臺（見圖4）、TEKMAND G3 DPU分布式處理單元、TEKMAND NODE處理節(jié)點(diǎn)、TEKMAND云、TEKMAND APP等。除鍵盤和觸屏外，系統(tǒng)還具有手勢識別、人臉識別、視線跟隨、語音控制以及紅外感應(yīng)等AI對話技術(shù)。系統(tǒng)通過互聯(lián)網(wǎng)或5G模塊可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和技術(shù)支持，隨時隨地備份數(shù)據(jù)在云端和本地，有效保障數(shù)據(jù)安全。
2 云平臺與遠(yuǎn)程管理技術(shù)升級
通信技術(shù)的進(jìn)步不僅促進(jìn)了燈光控制技術(shù)提升，也加快了企業(yè)信息管理系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。燈光智能控制系統(tǒng)及管理系統(tǒng)的云平臺應(yīng)用更加深入廣泛。
燈具設(shè)備管理系統(tǒng)功能更加強(qiáng)大，各類基于物聯(lián)網(wǎng)和5G技術(shù)打造的云管理平臺不斷進(jìn)步迭代，為用戶提供了更加豐富便捷的設(shè)備管理手段。針對設(shè)備的云平臺管理，不僅支持用戶方便獲取設(shè)備的技術(shù)信息、位置信息、狀態(tài)信息、歷史記錄，還可通過云端大數(shù)據(jù)的記錄和分析，對設(shè)備的使用和經(jīng)營提供決策依據(jù)。諸多企業(yè)的設(shè)備云平臺均已具備自動監(jiān)測信息、診斷故障、自動記錄，并自動提醒用戶保養(yǎng)或通報(bào)維修單位的功能。
彩熠云管理平臺V2.0版本（見圖5）將燈具接入云端，通過“一朵云、兩個端、多業(yè)務(wù)”的IoX-Solution管理系統(tǒng)，打通企業(yè)客戶關(guān)系管理系統(tǒng)和企業(yè)資源數(shù)據(jù)庫，將云、企業(yè)信息管理系統(tǒng)、燈具三者聯(lián)為一體，可自動獲取CRM系統(tǒng)客戶/訂單信息，向用戶發(fā)送設(shè)備保養(yǎng)提醒、故障診斷、軟件升級提示等服務(wù)信息，并可為燈具設(shè)置電子圍欄，實(shí)現(xiàn)全自動出入倉邏輯，同時為后續(xù)開展LBS①服務(wù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
ACME的AIoT豐云人工智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（見圖6）已衍生出租賃版和工程版兩個系列，分別側(cè)重設(shè)備出入庫及倉儲數(shù)量位置等管理和演出工程中的設(shè)備使用管理，針對不同的用戶需求提供精細(xì)化服務(wù)。系統(tǒng)可實(shí)時監(jiān)測燈具設(shè)備定位信息、運(yùn)行狀態(tài)及歷史運(yùn)行記錄、燈泡運(yùn)行時長、信號強(qiáng)度等；異常信息可通過燈具上的自動傳感功能直接上傳，并自動派單給本地技術(shù)人員。
方達(dá)舞臺燈光智慧管理平臺系統(tǒng)（見圖7）基于移動互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)，通過終端傳感器將演出現(xiàn)場的電氣安全數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸至云服務(wù)器，為用戶提供不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤、統(tǒng)計(jì)分析和安全監(jiān)管。用戶能夠監(jiān)控每臺調(diào)光設(shè)備的實(shí)時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警日志和統(tǒng)計(jì)信息。系統(tǒng)自動進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲、分析，實(shí)時發(fā)送海量數(shù)據(jù)至云端存儲，并在云端對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以制定相應(yīng)的安全方案。
燈光云平臺技術(shù)有效促進(jìn)了燈光設(shè)備、工程和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理、優(yōu)化服務(wù)、提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率和安全性，問世不久即迅猛發(fā)展。隨著物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景進(jìn)一步擴(kuò)展，在各前沿企業(yè)的技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用實(shí)踐推動下，未來成長空間極大。
在日漸豐富的硬件設(shè)備支持下，演藝項(xiàng)目及舞臺綜藝節(jié)目設(shè)計(jì)越來越突破傳統(tǒng)。首先，需要在空中懸掛的早已不止燈光設(shè)備，大屏幕和各種實(shí)體道具等均需要升降吊掛；其次，燈具和其他吊掛設(shè)備通過運(yùn)動參與演出需求越來越多；第三，在固定演播室或劇場里，傳統(tǒng)單一功能和一維運(yùn)動的吊桿早已不能滿足日新月異的使用需求，高精度多維吊掛系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。
3.1 吊掛設(shè)備的功能拓展與新技術(shù)應(yīng)用
隨著舞臺設(shè)計(jì)追求豐富的變化，承擔(dān)空中懸掛及運(yùn)動功能的傳統(tǒng)燈光吊掛系統(tǒng)被賦予新使命，除吊掛燈具外，還承擔(dān)了布景、道具、大屏幕等靜態(tài)吊掛以及動態(tài)參與演出功能。
大豐、華晨、江蘇建聲等企業(yè)的吊掛設(shè)備（見圖8～圖10），不僅滿足吊掛燈光設(shè)備的需求，還針對布景、道具和大屏幕等特殊設(shè)備做了專門設(shè)計(jì)。通過數(shù)控調(diào)速、變頻調(diào)速、雷達(dá)防碰撞、激光測距校準(zhǔn)、運(yùn)動速度反饋?zhàn)钥亍⑦\(yùn)動參數(shù)預(yù)設(shè)記憶等技術(shù)手段，有效實(shí)現(xiàn)了多功能吊桿的升降、平移、旋轉(zhuǎn)等多維度動作的精準(zhǔn)控制，并在運(yùn)行精度、靜音和安全性等方面達(dá)到了動態(tài)參與演出的水平，在諸多重要演出中通過吊掛設(shè)備使燈具、道具和大屏幕等設(shè)備多維運(yùn)動融入演出環(huán)節(jié)，為節(jié)目增加了重要的表現(xiàn)手段。
3.2 吊掛控制系統(tǒng)的融合與擴(kuò)展
隨著綜合吊桿功能的拓展，各企業(yè)吊掛控制系統(tǒng)的自動化程度、兼容性、可擴(kuò)展性及易用性等方面，吊掛控制系統(tǒng)的操作方式、信息反饋、系統(tǒng)安全措施等方面更加完善。江蘇建聲、華晨和大豐的吊掛控制系統(tǒng)可通過控制記憶單元及多種傳感器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)全方位實(shí)時監(jiān)控，自動顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、位置數(shù)據(jù)、運(yùn)動數(shù)據(jù)及抱閘的邏輯狀態(tài)等，有的還可按預(yù)先設(shè)定的程序一鍵式布光布景。華晨和江蘇建聲的吊掛控制系統(tǒng)的手動應(yīng)急功能，為應(yīng)對控制中樞崩潰等極端情況提供了底層應(yīng)急手段。
系統(tǒng)規(guī)模和綜合性提高后，系統(tǒng)控制指令和反饋信息逐漸增加。吊掛控制系統(tǒng)的人機(jī)對話界面變得更加友好實(shí)用，很多吊掛控制系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了圖形化操作場景界面和信息反饋界面，可實(shí)時操作單控集控，動態(tài)顯示系統(tǒng)各環(huán)節(jié)狀態(tài)、位置和運(yùn)動數(shù)據(jù)，并開始出現(xiàn)全中文的操作界面。
近年來演出系統(tǒng)的綜合化和多場景化，對吊掛控制系統(tǒng)的融合性和可擴(kuò)展性提出了更高要求。包括系統(tǒng)的擴(kuò)展擴(kuò)容、不同吊掛系統(tǒng)的兼容以及吊掛系統(tǒng)與燈光、視頻等控制系統(tǒng)的融合等。
大豐的DAFENG STACON控制系統(tǒng)達(dá)到SIL3國際安全標(biāo)準(zhǔn)，做到了吊掛設(shè)備、舞臺動作、視頻、音頻及演員表演等各種要素在同一時間點(diǎn)有效協(xié)調(diào)融合。
匯焰開發(fā)的一體式機(jī)械智能吊掛控制系統(tǒng)（見圖11），實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)PLC控制吊桿和數(shù)控葫蘆系統(tǒng)的統(tǒng)一控制。系統(tǒng)通過數(shù)控葫蘆吊掛桁架作為固定吊桿的補(bǔ)充，原有吊桿與桁架可通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一體式控制。系統(tǒng)根據(jù)需要組合擴(kuò)展或臨時變更，通過對數(shù)控葫蘆編程控制，可實(shí)現(xiàn)桁架各種高度和角度的升降、偏轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)也具有實(shí)時監(jiān)測承重載荷、舞臺機(jī)械位置和運(yùn)動狀態(tài)、遠(yuǎn)程控制時間碼同步、可視化對話界面等功能。
3.3 吊掛系統(tǒng)安全預(yù)警新手段
匯焰的吊掛安全管理系統(tǒng)（見圖12）具備完善的預(yù)警監(jiān)測功能，除了稱重超載報(bào)警監(jiān)測功能，還具有硬件限位、軟件限位、自動組停、SIL2安全防護(hù)等級安全急停，以及電機(jī)溫度監(jiān)控等功能，為大型混合吊掛系統(tǒng)提供了多角度自適應(yīng)的安全保障能力。其中一個亮點(diǎn)是匯焰稱重式卸扣，能實(shí)時監(jiān)測載荷重量，具有超載預(yù)警功能，可方便組網(wǎng)使用。
江蘇建聲的吊掛系統(tǒng)具備完備的動態(tài)安全系統(tǒng)，各部動作和位置的實(shí)時反饋與變頻器、PLC實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自適應(yīng)控制。吊桿的平移距離、垂直升降高度、水平旋轉(zhuǎn)角度、提升速度、運(yùn)行狀況、載荷情況等，可由系統(tǒng)設(shè)定并全程監(jiān)控，在超載等意外情況發(fā)生時，變頻器可向控制臺發(fā)出報(bào)警。同時系統(tǒng)升降裝置配備了載、限位、沖頂保護(hù)等底層安全保護(hù)措施。
4 可視化燈光網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)安全
燈光網(wǎng)絡(luò)的安全主要基于采樣監(jiān)測與人機(jī)對話兩方面。綜合系統(tǒng)逐漸智能化，提升了系統(tǒng)功能，擴(kuò)大了系統(tǒng)外延，也催生了更加直觀簡潔的交互界面，界面操作和系統(tǒng)信息反饋越來越簡潔、高效、人性化。智能化系統(tǒng)全天候自動監(jiān)測和預(yù)警，并直觀迅速地為運(yùn)維人員提供系統(tǒng)狀態(tài)信息、操作依據(jù)及應(yīng)急方案，使系統(tǒng)安全性得到有效提升。
5.2 舞臺控制系統(tǒng)的擴(kuò)展
除了大型全媒體系統(tǒng)的功能融合日益完善和強(qiáng)大，一些以傳統(tǒng)舞臺機(jī)械操控為核心的綜合控制系統(tǒng)也融合了多種新技術(shù)新手段，有效解決了舞臺機(jī)械系統(tǒng)與燈光音響等非機(jī)械設(shè)備的同步演出問題。
北特圣迪SZCS-6000舞臺控制系統(tǒng)（見圖17）在原舞臺操控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，融合自適應(yīng)控制、魯棒控制和模糊控制等先進(jìn)控制技術(shù)，采用模塊化編程，可實(shí)現(xiàn)多控制臺平行管理、等時授權(quán)、實(shí)時設(shè)備監(jiān)控和報(bào)警分級管控等安全技術(shù)措施。通過內(nèi)部支持的多場景、時間軸、數(shù)據(jù)流等功能，成功實(shí)現(xiàn)舞臺各專業(yè)的綜合協(xié)同控制。
6 設(shè)計(jì)生產(chǎn)端仿真技術(shù)及產(chǎn)品應(yīng)用
隨著先進(jìn)技術(shù)的不斷應(yīng)用以及模塊化設(shè)計(jì)的普及，在越來越絢麗的人機(jī)界面背后，用戶對于設(shè)備的底層結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝、技術(shù)流程以及操作系統(tǒng)的了解機(jī)會越來越少。為此，調(diào)研組深入企業(yè)生產(chǎn)一線，有機(jī)會以不同于用戶的視角，從生產(chǎn)研發(fā)端探究產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路和新技術(shù)應(yīng)用，更深入理解產(chǎn)品應(yīng)用層面背后的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過程。
國內(nèi)舞臺設(shè)備控制系統(tǒng)的研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)與當(dāng)今最先進(jìn)科技同步，金東高科和北特圣迪等企業(yè)基于軍工和太空探測技術(shù)建立的仿真技術(shù)平臺為產(chǎn)品研發(fā)和用戶應(yīng)用提供了有效工具。
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