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西门子运动控制器走马春晚舞台

--五块LED屏采用SIMOTION 运动控制系统惊艳呈现

供稿:西门子(中国)有限公司 2014/3/26 10:30:02

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  今年春晚,引入全新科技元素、简约且独特的舞美设计带给观众巨大的视觉震撼。而作为其中的重要布景,五块7x3.5米的LED屏幕成了马年春晚舞台推陈出新的“利器”。这五块凌空伫立的LED屏幕,变化各端,仪态万千。它们时而垂挂半空,睥睨舞台;时而升降旋转,状若行云;时而分散树立,层叠错落;时而纵横延展,布满画墙。让舞台变身成为屏幕环绕映衬的全立体空间。
  这是央视首次尝试使用高度灵活的动态屏幕组,以展现更富表现力的舞台效果。支撑这一系列高难度运动走位的关键技术正是由西门子提供,其工业舞台运动控制产品为春晚保驾护航!
  搭建空中LED屏幕,这项看似不经意的舞台布设要求,却是国内在舞台表演中的第一次尝试,其背后凝聚了运动控制领域多个技术和操作难点。尤其是在力保万无一失的春晚舞台上,控制系统的复杂度和精度要求往往相伴相生。为此,负责央视春晚舞台工程的浙江大丰公司,在多家具备卓越资质的工业自动化企业当中进行遴选。而最终,在充分论证了各家方案的技术安全性、稳定性和可靠性之后,西门子的舞台控制产品脱颖而出。
  西门子的胜出并非偶然。尽管在春晚尚属首次亮相,但西门子在国内外的各种舞台演出中已经积累丰硕经验:在以及风靡欧美的太阳剧团演出活动中,西门子的运动控制系统均被采用;一贯以苛严的舞台控制效果著称的伦敦舞台技术有限公司,使用的也是西门子的SIMOTION运动控制系统和SINAMICS变频器.
  SIMOTION是集成式的运动控制器,它采取单一系统、多平台应用、模块化设计的理念,具备丰富的开发自由度和无与伦比的灵活适配性。SIMOTION D455作为其中的先锋产品,是一款紧凑型的运动控制器,与SINAMICS S120的完美组合使系统运行更加流畅、平稳、可靠。
  春晚舞台上的五块LED屏,由50 组SINAMICS S120驱动系统以及贝得电机带动,SIMOTION D455运动控制系统需要完成50根轴的高精度同步。SIMOTION D455控制系统分为装台模式和场景模式两种控制方式,装台模式下可自行选择工位操控设备;场景模式下设备则按预设的时间节点数据运行。以此,LED屏可完成横移、升降、前后摆动、左右摆动和270度运动旋转,并确保误差角度控制在±0.1度之内。在舞台控制领域,单屏运动条件下的精度把握还较为简单,但春晚导演组根据实际的彩排效果又提出了更高要求:让五块“天屏”协同呼应,并继续保持高频、快速的动态性能。

  这一要求,对西门子的设备和人员提出了新的挑战。要知道,为了实现导演的艺术创意,五块LED屏不仅要求运动程式更加复杂,而且,每块LED屏加上机械设备,重量达到1.5 吨,力求屏幕之间平稳运行互不相撞,也是保证舞台安全的重中之重。
   “类似的动作姿态被称为是‘空间互锁’,在舞台控制领域堪称难度系数最高。”西门子值守央视春晚的工程师奚家星介绍说。“为了避免屏幕发生碰撞,我们从十二月初就不断进行数据的编程和改写工作。而最大的压力就是,春晚的舞台意味着没有冗余,亦即绝不可能失误!”
表:五块LED屏幕的控制分解

  奚家星和另一位工程师吴鹏是西门子派驻春晚,为舞台运动控制提供技术支持的人员。两人坦言,春晚舞台的调试工作周期短、难度高、变动性大,不断考验技术人员的智慧和责任感。为了最终突破“空间互锁”的难题,西门子的工程师创造性地设计出双稳固的“避撞系统”:一方面,通过建立空间坐标模型,反复进行模拟实验,力求运动过程中的安全性;另一方面,通过预先轨道优化设计,降低操作的复杂度,从而取得了设备的稳定运行,预防屏幕间碰撞的发生。
  服务和人员优势是西门子的核心软实力。在春晚舞台合作项目的竞争中,西门子是少数可以提供团队维护、跟踪服务的厂商之一,而这被春晚导演组视为必须且重要的技术支持。但是,SIMOTION运动控制系统本身的技术优势,才是确保西门子首次亮相春晚便以完美收官、技惊四座的关键。奚家星说:“西门子的SIMOTION D455控制模块本身具有处理复杂运算能力强、动态响应快、控制精度高等特点,能够达成高自由度的空间姿态控制。我的任务就是要让西门子的这些技术优势淋漓尽致地展现出来。”
  传统运动控制的解决方案,是用机械元件以及若干电子装置来完成这些复杂的运动控制。这样的话,即使是一个很小的功能变化或是有额外的功能需求都将意味着更换元件、采用新的结构、配置、参数设置及编程。而西门子的SIMOTION作为专业运动控制平台,由一个系统就可以控制所有的轴和相关机器。此外,还一劳永逸地彻底解决了从时间方面看非常关键的、各个组件之间的接口问题。基于此,SIMOTION可覆盖所有的功能,完美协同硬件模块和软件模块,可自由编程、灵活创建运动序列,极大地缩短了整个设备的编程、调试和诊断时间。“从压力变动力,由动力促效率,西门子足可以用电气的优势补偿机械的偏差。”吴鹏说道。

春晚舞台效果图

SIMOTION系统原理

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