今年春晚，引入全新科技元素、簡(jiǎn)約且獨(dú)特的舞美設(shè)計(jì)帶給觀眾巨大的視覺震撼。而作為其中的重要布景，五塊7x3.5米的LED屏幕成了馬年春晚舞臺(tái)推陳出新的“利器”。這五塊凌空佇立的LED屏幕，變化各端，儀態(tài)萬千。它們時(shí)而垂掛半空，睥睨舞臺(tái)；時(shí)而升降旋轉(zhuǎn)，狀若行云；時(shí)而分散樹立，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。
這是央視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。支撐這一系列高難度運(yùn)動(dòng)走位的關(guān)鍵技術(shù)正是由西門子提供，其工業(yè)舞臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品為春晚保駕護(hù)航！
搭建空中LED屏幕，這項(xiàng)看似不經(jīng)意的舞臺(tái)布設(shè)要求，卻是國內(nèi)在舞臺(tái)表演中的第一次嘗試，其背后凝聚了運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域多個(gè)技術(shù)和操作難點(diǎn)。尤其是在力保萬無一失的春晚舞臺(tái)上，控制系統(tǒng)的復(fù)雜度和精度要求往往相伴相生。為此，負(fù)責(zé)央視春晚舞臺(tái)工程的浙江大豐公司，在多家具備卓越資質(zhì)的工業(yè)自動(dòng)化企業(yè)當(dāng)中進(jìn)行遴選。而最終，在充分論證了各家方案的技術(shù)安全性、穩(wěn)定性和可靠性之后，西門子的舞臺(tái)控制產(chǎn)品脫穎而出。
西門子的勝出并非偶然。盡管在春晚尚屬首次亮相，但西門子在國內(nèi)外的各種舞臺(tái)演出中已經(jīng)積累豐碩經(jīng)驗(yàn)：在以及風(fēng)靡歐美的太陽劇團(tuán)演出活動(dòng)中，西門子的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)均被采用；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，使用的也是西門子的SIMOTION運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)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，具備豐富的開發(fā)自由度和無與倫比的靈活適配性。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。
春晚舞臺(tái)上的五塊LED屏，由50 組SINAMICS S120驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及貝得電機(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。以此，LED屏可完成橫移、升降、前后擺動(dòng)、左右擺動(dòng)和270度運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，并確保誤差角度控制在±0.1度之內(nèi)。在舞臺(tái)控制領(lǐng)域，單屏運(yùn)動(dòng)條件下的精度把握還較為簡(jiǎn)單，但春晚導(dǎo)演組根據(jù)實(shí)際的彩排效果又提出了更高要求：讓五塊“天屏”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)。要知道，為了實(shí)現(xiàn)導(dǎo)演的藝術(shù)創(chuàng)意，五塊LED屏不僅要求運(yùn)動(dòng)程式更加復(fù)雜，而且，每塊LED屏加上機(jī)械設(shè)備，重量達(dá)到1.5 噸，力求屏幕之間平穩(wěn)運(yùn)行互不相撞，也是保證舞臺(tái)安全的重中之重。
“類似的動(dòng)作姿態(tài)被稱為是‘空間互鎖’，在舞臺(tái)控制領(lǐng)域堪稱難度系數(shù)最高。”西門子值守央視春晚的工程師奚家星介紹說。“為了避免屏幕發(fā)生碰撞，我們從十二月初就不斷進(jìn)行數(shù)據(jù)的編程和改寫工作。而最大的壓力就是，春晚的舞臺(tái)意味著沒有冗余，亦即絕不可能失誤！”
表：五塊LED屏幕的控制分解
奚家星和另一位工程師吳鵬是西門子派駐春晚，為舞臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制提供技術(shù)支持的人員。兩人坦言，春晚舞臺(tái)的調(diào)試工作周期短、難度高、變動(dòng)性大，不斷考驗(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，通過建立空間坐標(biāo)模型，反復(fù)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，力求運(yùn)動(dòng)過程中的安全性；另一方面，通過預(yù)先軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低操作的復(fù)雜度，從而取得了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，預(yù)防屏幕間碰撞的發(fā)生。
服務(wù)和人員優(yōu)勢(shì)是西門子的核心軟實(shí)力。在春晚舞臺(tái)合作項(xiàng)目的競(jìng)爭(zhēng)中，西門子是少數(shù)可以提供團(tuán)隊(duì)維護(hù)、跟蹤服務(wù)的廠商之一，而這被春晚導(dǎo)演組視為必須且重要的技術(shù)支持。但是，SIMOTION運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)本身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，才是確保西門子首次亮相春晚便以完美收官、技驚四座的關(guān)鍵。奚家星說：“西門子的SIMOTION D455控制模塊本身具有處理復(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)，能夠達(dá)成高自由度的空間姿態(tài)控制。我的任務(wù)就是要讓西門子的這些技術(shù)優(yōu)勢(shì)淋漓盡致地展現(xiàn)出來。”
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完成這些復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制。這樣的話，即使是一個(gè)很小的功能變化或是有額外的功能需求都將意味著更換元件、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。此外，還一勞永逸地徹底解決了從時(shí)間方面看非常關(guān)鍵的、各個(gè)組件之間的接口問題。基于此，SIMOTION可覆蓋所有的功能，完美協(xié)同硬件模塊和軟件模塊，可自由編程、靈活創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)序列，極大地縮短了整個(gè)設(shè)備的編程、調(diào)試和診斷時(shí)間。“從壓力變動(dòng)力，由動(dòng)力促效率，西門子足可以用電氣的優(yōu)勢(shì)補(bǔ)償機(jī)械的偏差。”吳鵬說道。
春晚舞臺(tái)效果圖
SIMOTION系統(tǒng)原理
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