石家庄舞台机械设备www.sjzzckj.com及其控制操作系统是不可分割的整体,其所有的功能、特性、技术参数都是为满足演出需要,按演出工艺及使用要求进行设计的。除满足舞台演出的核心要求——安全外,最大限度地为表演艺术提供良好的物质条件,以较多类型的机械设备、先进合理的技术参数、以及宽广的控制范围、多样的控制模式给编导、演职人员以及舞台美术创作人员充分发挥艺术创造的空间和余地,是舞台工艺配置、舞台机械设备及控制操作系统设计www.sjzzckj.com的基本原则。按刚院的规模、经营管理模式、所演剧种和剧目的特点、剧目预期要创造的气氛和达到效果等情况,选择舞台机械设备的种类和数量、技术参数及其变化范围,确定机械设备的主要结构、动力传动系统、安全设施以及执行机构,这些就是被控制的对象和主体,并以此为基本条件结合其他要求进行控制操作系统的设计。当某台机械设备按操作台选定的参数开始运转后,通过安装在现场的各种传感器(如载荷、速度、加速度、位置、温度、流量、压力等),将监测信号经网络系统传输反馈到控制系统,经控制系统的计算机计算及分析后,发出指令使机械设备按设定的参数运转。这个过程的主要动作如设备的参数、位置、状态等均在操作控制台上显示出来。 由此可知,控制操作系统的主要作用如下:
(1)使舞台机械产生或终止所希望及预期的运动。只有在控制系统选定某设备或设备组并给以运动指令后,该设备或设备组才能开始运动。否则,任何机械设备均不能产生自主或非预期运动,只能保持停止状态。相反,当控制操作系统选定某运动设备并发出停止指令后,该设备立即停止运动,否则,该设备将保持运动状态直至被限位装置限制为止。
(2)控制舞台机械的运动状态和动力状态。即控制它的运动速度、加速度、位移、以及速度与行程的关系(即速度曲线),对多个机械设备还应控制不同设备间这些参数的相对关系,如同时运动、差时运动、同步运动、顺序运动以及特定规律运动等。
(3)限制舞台机械设备在规定范围内的运动。正常情况下,舞台机械设备在设定行程范围内运动,在设定停止点停止;或在允许行程范围内运动,在最大行程点被限制而停止。在非正常状态下,紧急停车装置会停止设备或设备组的一切运动。
(4)能为操作人员提供简单而清晰的设备状态指示,以避免可能导致危险或损坏设备的动作。这种显示一般有载荷、速度、位移、位置、与相关设备的相对关系等。在主控制操作台上,应能显示出预选的设备或设备组、单个设备或成组设备的运行参数、场景参数、场景序列、故障信息及其他管理需要的信息,还能用明显的方式区分不同设备的不同状态(选中与未选、运行与停止、正常与故障等),而且,这些显示必须是适时的且没有明显的延迟。
(5)控制操作系统应保证所有受控设备稳定、安全及可靠的运转。
(6)控制系统本身应能容易方便的进行维修及零部件的更换等。
控制系统的主要组成及要求
从概念上可以把控制系统解释为:把分散在一定范围的电动机传动系统、位置及速度监视系统、设备连锁系统以及紧急停机系统等集成,并能处理来自这些系统的多路信息,使设备完成所要求的功能动作,并安全、稳定运转可编程智能系统、逻辑系统或计算机系统(或二者兼有)。控制系统应满足演出工艺所提出的所有要求和用户对该系统提出的工程和管理上的一些特殊要求,
控制系统所具备的功能都是以确保演职人员、剧场管理和操作人员的安全以及舞台机械设备和演出场景的安全为前提的,所有舞台机械设备的运转均应在操作人员直接监视下进行,即操作人员要操作的所有机械及与之相邻的机械均在操作人员的视线之内。因此,控制系统应满足以下要求:
一、可选择的操作位置
为充分满足演出的需要,在主控制室、舞台平面、各层天桥、栅顶、台仓等不同位置均应能完成对各区设备的操作。因此,主控制系统除有设在主控制室的主控制操作台(通常为固定式操作台)外,在上述几个操作位置还应配备移动式、便携式或垂吊式操作盘,以保证操作人员在设备附近或能够观察到设备大部分运动过程和邻近设备的状态的地方进行直观地操作。移动式、便携式操作盘应连接在主系统网络上,其人——机界面与主控制操作台一致,并能进行全功能的操作。但通过功能授权或设定密码可限定其操作权限。如某操作盘只可操作台上设备,某操作盘只能操作台下设备,某操作盘只能操作某区域的设备等。在移动式和便携式操作盘上还应设置对讲通话设备,以便当地操作人员与主操作台或其他操作盘之间进行通话。垂吊式操作盘是一种简化功能的操作盘,通常作为就地操作盘使用。
1 主控制操作台
主控制操作台可以对所有舞台机械设备进行控制操作,是控制操作系统的管理中心,通常固定安装在舞台专门的操作控制室内。它不仅具有对所有舞台设备进行控制操作的全部功能,如系统设定、设备预选、设备运动参数设定、设备编组、模拟场景序列、记忆与编辑、手动介入等功能外,还应提供维护、登录、故障诊断、打印等演出过程需要附带的工程管理功能。
2 移动式、便携式操作盘
使用设于各个控制分区的移动式、便携式操作盘,可使操作人员在设备附近或能观察到设备大部分运动过程以及邻近设备状态的地方进行操作。移动式操作盘常常设计成壁装式、柜装式或台装式,一般最小移动距离为15米;便携式操作盘适合在墙上、桌;(台)上安装。这类设备均应做成结构坚固、防尘、防震、能长期使用而免于维护的产品。
3 垂吊式操作盘
垂吊式操作盘的结构尺寸和结构形式应便于操作人员手持操作,并附有吊具、坚固耐用。
4 主控系统中的主控制操作台、移动式操作盘和便携式操作盘应具有不同的操作模式
①设置模式
进行在设定位置与速度限定范围内的单个设备的操作;
②参数模式
可以对设备或设备组的位置、速度、加速度、运行时间等参数进行设定,可单个设备运行,也可多个设备编组运行。设备编组包括锁定型、安全型、连锁型和自由型等种类;
③编程模式
可以把参数模式中设定的数据按场景序列运行,即设定每一场景的设备动作变化顺序和场景的顺序,通过主控操作台(盘)完成所设定的场景及其顺序变化。
需要特别指出的是,所有这些模式只是设定的模式,而不是可以自动运行的模式,所有动作只有通过操作人员的操作才能完成。例如,在参数模式中设定了多个编组运行,每一个编组均需要操作人员发出运行指令,编组的设备才会按指令动作。而且,只有前一个编组动作运行结束后,下一个编组动作才能开始启动。对于编程模式也是一样,即一个场景的设备动作完成后,下一个场景动作才能开始。不仅都是人工操作才能完成的,而且,操作人员可以进行人工干预,取消某个编组或增加编组,进行省略、跳跃操作。人工干预功能在装台、排练甚至演出中都是非常有用而且常见的。
5 操作盘之间的互斥性
同样出于对人员、设备安全的考虑,主控制操作台、移动式操作盘、便携式操作盘之间的操作不可发生冲突,当操作人员在某一操作台(盘)上选择了某一设备或某一设备组后,其他操作台(盘)即不能再选。
二、运行指示系统的安全开关(运行确认按钮)
设备安全操作的基本保障,依赖于操作者必须看到被操作设备的全部运动及与其相邻设备的状态,这是被多数剧场安全运行的实践证明了的。但是,在规模较大、设备配置复杂、设备数量较多的剧场里,要做到这点是不现实的。如在品字形舞台的侧台、后台、台仓等工作区,当异地操作台(盘)的操作人员操作此区域的设备时,上述条件就无法确保。这时,必须在这些工作区内,设置运行指示系统和安全开关(又称运行确认按钮),异地操作人员只有在现场人员按下运行指示系统的安全开关,获得可以运行的反馈信号,设备操作和运行动作才能被执行。运行指示系统应始终显示相应区域设备运行或停止的工作状态。
通常,运行指示系统(含安全开关)有红、黄、绿三个指示灯,安装在易于观看又不影响舞台演出效果的合适地方。当没有该区域设备运行信号时,绿灯亮;当异地操作人员选定该区域某一设备并准备运行时,启动黄灯闪烁,以引起现场工作人员的注意;现场工作人员确认在设备运行路径上没有人员及其他障碍物并已准备就绪时,按下相应的安全开关,通知异地操作人员,此时指示灯红灯亮;当所选设备的运动涉及多个工作区时,须在所有相关区域均确认后,该设备动作指令才能被执行。设备动作完成后,指示灯变绿灯。在所有受预选设备动作影响的区域,均应由该区域现场工作人员操作安全开关,给异地操作人员反馈安全确认信号。在任何状态下运行指示系统的指示灯只有一种颜色灯亮。指示灯应有合适的尺寸和容易看清的亮度。运行指示系统应始终指示相应区域设备的运行能否执行。但设备就地操作时,不需要这样的反馈信号。运行指示系统只与主控制操作台、移动式操作盘、便携式操作盘连接,因垂吊式操作盘已经靠近设备,运行指示系统不与其连接。
三、设备的就地操作(又称二级操作)
主控制系统也会出现故障,也需要维修,在主控制系统出现核心错误或需要维修时,可使用设备旁的就地控制器或附近的电器柜面板完成对单个设备的操作。该操作虽不能完成设备间的协同运行,但可以完成不同设备的顺序动作。这种控制功能的实现不受来自主控制系统的任何影响。因为就地操作常用于设备的维修与调试,所以,一旦某设备采用了就地控制,所有来自其他控制操作台(盘)的信号与指令均被拒绝接受执行。在采用就地操作时,操作人员应检查并保证没有导致危险和设备损坏的外在因素。
四、紧急停机系统
由于剧场舞台的特殊环境,即使在采取了各种安全措施后,仍不能完全彻底杜绝偶然突发事故的发生。所以,控制系统中必须设置紧急停机系统,在设备现场适当位置安装紧急停机按钮,以确保人员与设备的绝对安全。
1 急停功能
设备急停的预定功能是避免产生或减小已经存在的对人的各种危险、对机械设备或对进行中的工作的危害。这种危险或危害可能在机械设备的正常运行中产生,也可能由于机械设备的功能紊乱、机械失灵等故障产生。急停功能的实现要借助于急停装置,急停装置应采用能起动急停功能的手动控制装置。
2 急停装置的设计原则与要求
①在机械的各种操作模式中,急停功能应优先于其他功能,但又不削弱为解脱陷入危险的人而设计的其他设施的功能。在急停装置被重调复位之前,对机械的任何启动指令(预定的、非预定的或意外的)均是无效的。
②急停功能不用来代替机械设备的安全防护设施和其他主要安全功能,它只是在其他安全措施和功能失效时的辅助措施。
③急停功能不能削弱防护措施或其他具有安全功能装置的有效性。
④急停装置应具有有关标准规定的0类或1类停机的功能。0类停止功能为不可控停止,即通过即刻切除机械执行机构、制动器或受激发的其他机械停止器的动力,来停止机械的运动。1类停止功能为可控停止,即给机械执行机构施加动力(在停止过程中保持机械操作件的动力)去完成停机,并在停机后切除动力。每台机械都应配备0类停止,无论何种工作方式,0类和l类停止均是可供使用的,并应优先选用0类。停止功能应是有关操作电源断电,并否定有关的启动功能。
⑤急停装置的设计应便于操作,常用操作器的类型有:蘑菇形按钮、金属丝绳、手柄等。
⑥急停装置应设置在操作者容易接近的地方,而且操作时没有任何危险,通常安装在能够观察到设备运动可能对人员有危险的位置上。根据舞台控制区域的划分,在每个控制分区设置。急停装置不能安装在可能被误操作的位置,防止误操作的措施也不应削弱其可接近性。
⑦急停装置必须采用强制机械作用原则的设计,即具有肯定断开的操作。而肯定断开操作是通过非弹性元件(如不依靠弹簧)开关操纵器的特定运动结果,实现接触或分离的。
⑨操作急停装置产生急停指令后,该指令应持续到急停装置重调复位。急停装置的重调复位只能在急停装置上用手动进行。急停装置重调复位时,不得由其自身产生再启动的指令。而且,急停装置未经重调复位之前,设备不能重新启动。所有设备一旦起用了紧急停机系统之后,设备紧急停机。急停装置的重调复位只表明紧急状态的取消,设备在正常操作程序启动之前均将保持静止停机状态。
⑨蘑菇形急停装置操纵器应为红色,如安装处有背景时,背景应为黄色。使用金属丝或绳时,在丝或绳上系标志旗以改善其可见性。
⑩急停装置操纵器(按钮等)的状态应在主控制操作台上显示,并能区分急停装置所在的控制分区。当采用蘑菇形急停按钮时,在主操作控制台上可以进行重调复位操作。
五、预设定与操作
所有主控制系统的控制操作台(盘)均具有预设定功能,可以对被控设备或设备组进行预选择,对各种运动模式(单个设备运动、编组设备运动如同步、连锁、顺序等)及运动参数进行预设定,并向操作人员清晰地显示出所有设备的状态。当设备或设备组的所有安全条件及连锁条件全部满足后,预选动作才可以执行。对于按锁定型编组与安全型编组运行的设备,控制系统应能高速连续监控组中所有运动设备的速度和位置,当组内任一设备没有按照预先设定的速度曲线运行,或速度、位置误差超出了设定的允许范围,系统将立即停止该组内所有设备的运行,以免发生场景倾翻、设备碰撞等危险情况。
六、其他功能
通常,完善的控制系统除上述主要系统和功能外,还包括但不限于如下功能,但这些功能不是每一个控制系统都必须具备的。
1 显示功能
对现场设备的状态、预选设备、设备编组、设备运行参数、场景序列、故障信息等进行显示。
2 场景参数输入
放置在台下设备上的场景的尺寸(主要是高度)以及运载场景设备的运行距离等参数输入系统,相应区域上空悬吊系统吊杆悬吊景物的尺寸也输八系统,并使两者关联,以限定这些设备的相对运行,避免景物的损坏。
3 备份支持
实行必要的冗余设计以保证在故障情况下,设备能继续运转且不丢失各种数据。
4 不间断供电
为保证不丢失数据以及在供电失效时,能按程序安全关闭操作程序,系统应设置不间断供电电源(UPS)。
5 内部对讲
系统中应设置对讲设备,可使操作人员能在任意操作台(盘)之间通话。
6 文件处理
各种操作运行信息、误动作信息、故障信息、维修信息等均要储存,以便调出分析使用。要配备打印机设备。
7 故障诊断
系统能高速进行故障定位,在最短的时间内终止故障。
8 剧院统一管理
在有要求的场合,应提供满足剧院统一管理的接口及相应的软件。
舞台机械专业应向电气控制专业提出的设计条件
舞台机械控制系统的设计,需要机械专业和电气控制专业的密切配合,舞台机械专业要将机械设备的基本情况与控制要求,向电气控制专业提出。主要内容有:
要详细列出舞台机械的名称、数量、安装位置、速度、行程、停位点数量、调速(范围)或定速、功率大小、结构特征(组成、执行机构类型及数量等)、制动器的数量及电器特性、电动机型号及其电器特性、现场传感器及行程开关的类型与安装位置等。还要给出哪些设备进入主控制系统,哪些设备不进入主控制系统,对不进入主控制系统的设备,应设置就地操作盘。通常,可独立操作的设备、有特定用途或与其他设备无关联的设备不进入主操作系统,如防火幕、灯光渡桥的机械码头、侧舞台和后舞台的悬吊设备、假台口上片和侧片、乐池升降台、软景库升降台、演员升降小车、电动防护门、主机液压系统的外置液压站等。不进入主控制系统的设备一般采用PLC控制,如该设备与其他设备有连锁关系,其连锁条件应进入主控制系统。
有电器连锁关系的设备,应提出设备动作的必要连锁条件,只有满足连锁条件后,设备才能运行。设备编组运行中的所有设备,在各自满足了自身的连锁条件后,编组运行才能实施。例如主升降台运行的连锁条件有:急停装置未重调复位、现场安全开关未按下、台仓升降台周围的安全防护门未关闭、侧车台或后车载转台未恢复原位、侧车台没有完全停在主升降台上、主升降台的附属机械如安全网、定位插销等未复位、场景参数条件不允许等等。只有这些条件全部满足,主升降台才能运动。
即可以控制的同时运行的设备总数,应给出不同设备的名称、数量及总功率。
按照舞台机械设备的工艺布置、设备运行的区域、操作人员观察设备运行的就近方便等条件,综合考虑划分控制分区,在每个区内设置相应的控制操作设备,如移动式操作盘、便携式操作盘等。例如某剧场舞台为品字形布置,主舞台设有主升降台,主升降台前后设辅助升降台,左右设补偿升降台,左右侧舞台设有车台及其补偿升降台,后舞台设有车载转台及其补偿升降台等。这样,可以把整个台下定为一个控制区,由主控制操作台监控所有台下设备。把主舞台、左侧舞台、右侧舞台、后舞台以及主舞台台仓作为控制分区,配置适量便携式操作盘,在适当位置设置操作盘的插座。
安装在舞台区域的任何控制操作设备,不应产生超过35分贝的持续噪音(在距设备1米处测量)。
本文仅是从满足剧场演出需要、特别是从安全操作的角度出发,讨论舞台机械设备和控制操作系统的关系、现代剧场舞台机械控制系统应具备的功能以及舞台机械专业应当向电气控制专业提出的设计条件。文章本身并不涉及电气控制专业设计的具体内容。
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