北京北特圣迪科技发展有限公司，在疫情期间特别注重开展技术研发创新和新产品研制，无论是传统剧场还是各类独具特色的旅游剧场，均在技术上力争抢占行业技术的制高点。

SZCS-7000舞台控制系统

1） 系统构成

•  PLC运行子系统，主要完成运行控制、安全保护、命令执行、状态反馈等。

•  HMI操作管理子系统，主要完成设备单控、编场控制、信息图示、维护操作等。

• 远程维护子系统，主要完成远程设备数据记录保存、设备数据分析和故障排查、设备数据维护和程序下载。

2）特色技术和功能

a) 模块化流程可配置：通过系统模块化的设计结构，实现可配置化，提高程序代码复用度，缩短编制及调试时间，降低程序复杂性，使程序设计、调试和维护等操作简单化。

模块化流程配置

b) 多控制台安全管理：所有控制台独立授权、方式平等，之间转换无需等待时间。不因繁冗的授权管理而延缓控制；不因多控制台对同一设备操作而致命令混乱、设备失控。

c) 实时安全监控自整定：采用优先级管理机制，通过故障点报警和互锁规则，保证设备自身及相互间的安全运行。当紧急情况出现安全监控致使设备停运时，可在现场监督人员的看护下，屏蔽外部故障点并解锁运行，保证演出顺利进行。

d) 时间码为基础的运动状态控制：以系统主PLC时间为标准运行时间，统一计算时钟，记录所有设备运行状态，保证设备状态－位置的安全性。特别使按照灯光、音响的时间码控制技术控制设备成为可能。

e) 数据信息流显示、传递：以对象字典描述设备状态、属性、命令的数据。通过传递、解析、访问操作对象字典，实现设备数据信息的交互。在此基础上搭建统一的信息处理平台，实现设备的复杂运动操作。

f) 新一代控制台和上位机控制系统：HMI操作管理子系统是公司开发的新一代上位机系统，结合新一代控制台，实现更强大功能，更优化人机交互体验。

主要由三台高清工业触摸屏组成，分别为27寸主操作屏、21寸数据显示屏、21寸3D显示屏。配合控制台上按钮、操纵杆等，主操作屏可方便地实现单控、场景操作，还可完成设置数据、旁路、禁用、归零、屏蔽故障等辅助功能。数据显示屏和3D显示屏可方便人员在进行操作的同时，及时查看与运动密切相关的数据和设备实时的3D剧场位置。显示屏以不同方式、不同角度完整、全面展示剧场设备的所有信息。

引入3D虚拟现实技术，不仅可让操作人员更直观地掌握所有参演设备的运行状态，还能在无需设备参与的情况下实施编场预演，对演出效果加以检验和修正。

3D虚拟现实

1）概述

万向表演车台可运载演员、道具等在舞台场地中自由移动，任意行走，在多种形式的移动中展现其独特的表演效果。

公司从2019年立项，经两年的研发及大量试验，使该设备在功能完整性、运行安全可靠性、对不同空间场景及各种表演形式的适应性、方便高效的运动轨迹规划、三维人机界面等方面均有较大的提升。该设备应用于肥东大剧院。

产品分控制台和车台体两部分。控制台主要包括上位机、控制台PLC系统；车台体部分主要包括车体PLC系统、伺服系统、定位传感器。

用户通过控制台发出相应的运行命令，并通过无线通讯传给车体；车体PLC接受命令后，利用运动控制算法计算获取每个轮子的旋转角度和行走速度，并发送给伺服驱动器完成运动命令。其中运动控制算法是其核心技术。

2）功能

• 可编辑的轨迹生成方法：预设了多种轨迹曲线，快速实现轨迹规划。对于复杂的轨迹规划需求，用户设定特征点，软件自动生成相应的路径，上位机还会对轨迹进行平滑处理。

• 单控操作：单控操作实现所有单机的相对/绝对定位运动控制，利于设备的调试和校准。

• 手控/程控操作：既可通过手柄手动控制车台运行；亦可选定好预设场景轨迹，程控车台按预定轨迹运行。

3）特色技术

a) 采用四轮独立转向独立驱动方式，实现灵活运动，并适应较大负载。

b) 灵活多变的运动操作模式

• 摇柄转向控制：车体沿手控的轨迹运动，车头沿轨迹切线方向。

• 摇柄斜行控制：车体沿手控的轨迹运动，但车头始终保持方向不变。

• 程控转向控制：车体沿预设的轨迹运动，车头沿轨迹切线方向。

• 程控斜行控制：车体沿预设的轨迹运动，但车头保持设置方向不变。

• 原地旋转控制：车体接收旋转角度/角速度信号，实现原地旋转功能。

 万向车台体

舞台机械控制系统的安全性、可靠性是整个设备系统的关键，必须满足相关规范要求。通过风险评估方法，如GB/T 15706《机械安全—设计通则—风险评估与风险减小》，可帮助识别舞台机械设备引起的危险程度，风险发生的可能性、出现频率等因素。舞台机械控制系统通过采用满足相应安全标准等级的安全功能设计，达到降低风险的目的。

SIL认证是基于IEC 61508, IEC 13849, IEC 62061等标准，对安全设备的安全完整性等级(SIL)/性能等级(PL)进行评估和确认的一种第三方评估、验证和认证。功能安全认证主要涉及针对安全设备开发流程的文档管理评估，硬件可靠性计算和评估、软件评估、环境试验、EMC电磁兼容性测试等内容。

公司于2019年1月开始研发SIL3安全等级的舞台机械控制系统，充分调研了国内外相关舞台行业控制系统的安全现状，收集并学习国内外相关控制系统安全标准，筛选适合舞台控制系统的安全控制产品系列，与认证机构反复沟通，设计出适合舞台安全控制系统的使用需求和软、硬件设计方案。完成安全控制系统设计图纸、控制系统安全程序代码，产品最终通过EMC实验室测试和认证机构审核，于2020年2月取得了神舟安全控制系统（Shenzhou Safety Control System BSSCS-A-01）的SIL3安全认证证书。

安全控制系统通过收集舞台控制系统各部分信息，监控整个系统的运行状态，必要时触发相应的安全功能使得舞台机械设备处于安全状态。

安全功能包括但不限于以下方面：

• 安全转矩关断Safe torque off（STO）

• Ø14m片式转台。其空间厚度0.28m，结构厚度0.25m，在其上镶嵌一套Ø2.6m开合盖板及3套Ø0.7m开合盖板。Ø2.6m开合盖板用于在特定位置穿过该转台升起Ø2.6m旋转升降台，Ø0.7m开合盖板用于弹射舞台在特定位置穿过该转台进行弹射演员表演。

• 多功能Ø2.6m旋转升降台。台面下降3m升起1m总行程4m，承载可在舞台台仓上下场的表演鱼缸，并在转台中心布置可独立升降旋转的细长立柱，其升降行程1.5m，用于表演单臂支撑的杂技节目。机坑仅4m深，表演鱼缸2m高，且鱼缸为重载装置。

• 支撑防护表演蹦床的4套升降立柱。由于机坑浅，升降立柱须采用多级升降方式，并在其中布置精确输送拉网钢丝绳机构及转向滑轮自动调节高度机构。该升降立柱升起拉网时其水平拉力达5T。

• 电脑灯升降及其盖板开合联动机构。舞台上布置有17套升降电脑灯，在其升降时需其上地板盖自动开合，由于空间过于狭小无法布置盖板开合的独立驱动装置，故通过升降开合联动机构，实现一套动力完成电脑灯升降及盖板开合功能。

• 展臂回转式双绸吊表演装置。布置于舞台中央上空，为中间2m直径回转环带动展臂旋转，展臂端部布置升降绸吊吊机，形成空中旋转双绸吊载人表演形式，其吊机供电及控制采用电缆滑轨，使其可无限旋转。设备要实现安全可靠运行并配合飞行表演的运动控制。

• 6吊点环轨独立运动绸吊表演装置。在空中直径11m圆环轨道上布置6套各自可独立沿环轨运动的绸吊吊机，吊机供电及控制采用电缆滑轨，使其可沿轨道作无限圆周运动，形成可在圆周上各吊机即可自行至均布又可自行至任意位散布，可绕行运动绸吊载人表演。

• 空中倒挂伸缩柱桩机构。该设备用于安装空中飞人廊桥并有调整廊桥高度和间距的功能，同时要求伸缩柱桩固定牢固，可靠地承受空中飞人表演时对廊桥产生的巨大动载。伸缩柱桩固定及位置调整均须快速自动完成，且保证功能实现更要确保人员安全。

• 弹射舞台装置。马戏城要求弹射表演高度为2m，因机坑深度只有4m，故最大弹射速度需达7.5m⁄s，要解决过大的冲击载荷，方案采用伺服驱动系统在行程的后半段施加一反力矩的方式。

该项目还包括几十道全铝卷扬机的吊杆灯杆、能承受较大水平冲击荷载并超稳定的弧形升降台组等。

上音歌剧院，是上海音乐学院这一国内顶级音乐学府文化设施建设的核心和灵魂，因而定位为世界一流，其各项专业技术指标要求之高及舞台功能要求之全均与之适应。

为实现卓越的声音效果，建筑师特为剧场建筑地基基础设计了减震隔震结构，尽可能隔离外界的震动及噪音，以使剧场的综合噪声控制在48分贝以下，使其声学效果更佳。其中为实现舞台基本功能和增强舞台表现力而配置的共计300多台套、总装机重量达700多吨的舞台机械系统也将要求高质量、高品质，使这些重装设备在运行中达到剧场噪声的指标要求。

不仅如此，为更加丰富舞台表现力及高效多变地切换大型舞台场景、增强设备使用功能，其中一些主要设备更是拓展了多种运动形式和功能。

• 主升降台在机坑深度不够的条件下通过上下层可相对运动的方式实现双层台功能。

• 侧台车台除了沿舞台横向移动增加了沿舞台纵深方向移动的功能，即可双向移动。

• 乐池要根据乐队需要可调节深度，故台唇下台仓设一块辅助升降台，同乐池升降台一起实现该目的。乐池升降台分前后两块组成，台唇下布设了安全防护网。台唇前布设了若干块自动开合反声板。

• 幕布存储升降台要求存储的幕布长达20多米。

上音歌剧院台下设备平面布置

（来源：中国演艺设备技术协会）

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