位于馬里蘭州柯蒂斯灣的 Image Engineering 公司為頂級樂隊設計出了令人嘆為觀止的煙火特效。音樂、燈光、激光與火焰交織融合，為觀眾營造沉浸式演唱會體驗。為實現特效的實時同步控制并確保隨時一鍵中止，該公司采用了倍福的集成式控制與安全技術。
Image Engineering 公司近年來持續為多場頂級演唱會提供幕后核心技術支持，其中最引人注目的當屬 2023 年重金屬搖滾樂隊 Disturbed 的“Take Back Your Life”巡回演唱會以及 2024 年跨西伯利亞樂團“The Lost Christmas Eve”冬季巡演。Image Engineering 公司的專業團隊指出，他們通過將先進的自動化控制技術融入項目中，不斷突破特效技術的邊界。以工程創新為核心的發展理念推動了公司自身的成長。“公司所有者均為工程師出身，自創立之初，工程創新就是我們的立身之本。”Image Engineering 公司運營副總裁 Ian Bottiglieri 強調道，“這正是我們在現場演出活動領域脫穎而出的核心優勢所在。”
01
工程師們的“烈火淬煉”
Image Engineering 團隊在“火蛇”的各個方面投入了大量研發精力。這其中包括研究如何在高達 22 psi 的壓力下安全地輸送適量丙烷，并且無論“火蛇”處于何種方位，都能保持指示燈的穩定。“火蛇”的設計需要將傳統的燃燒條替換為先進、靈敏的燃燒器，以呈現更具動感的火焰效果。由此研發而成的線性燃燒系統能夠營造出一面 3.35 米高的火墻，并能按比例控制火焰高度與形態（1.2 至1.8 米）。此外，兩個大型爆破閥還能產生翻滾的火球。
“火蛇”裝置必須具備緊湊且模塊化的特點，以便在各場演出中能夠輕松運輸、組裝，并與現有的舞臺結構無縫集成。自動化與安全系統對于操控復雜的火焰特效、并向當地安全監督部門提供安全保證而言至關重要。在與倍福娛樂行業團隊進行多次商討后，Image Engineering 決定與自動化專家攜手合作，將“火蛇”設想變為現實。他們計劃采用先進的基于 PC 的控制技術，并搭配由 EtherCAT 工業以太網支持的 TwinSAFE 集成式安全解決方案，這是因為，相較于傳統控制技術，該方案具有更為突出的靈活性優勢。
02
“火蛇”驚艷亮相
在 Disturbed 樂隊的巡演中，“火蛇”必須根據演出曲目動態變換形態。樂隊剛開始演奏時，“火蛇”會慢慢蘇醒，逐漸呈現出更具動感的動態效果。為實現預期效果，五個分段式的“火蛇”單元被固定在一個定制的桁架結構上，該桁架結構配備了五個絞盤，能夠精準調整每個單元的角度。各單元之間保留一厘米（半英寸）的間隙，這一設計既確保了每個都單元能夠自由移動，又能讓線性火焰效果呈現出連貫且無間斷的視覺觀感。
Image Engineering 公司設計的巡演蓄能系統（TAS）負責將丙烷從液態轉化為氣態，并將其輸送到特效噴頭。當“火蛇”被調整至 45 或 50 度的傾斜角度時，燃料和火焰的表現會發生顯著變化，在此情形下，控制系統必須精準控制特效效果，同時全方位確保運行安全。
倍福系統極具靈活性，不僅能夠滿足火焰特效系統的基礎標準， 例如美國國家消防協會（NFPA）160 標準中的各項規定，還能在美國眾多地方轄區達到更為嚴苛的標準要求。”
—— Image Engineering 研發與集成總監
Nick Hock
火蛇”裝置配備了眾多安全措施，以確保演出萬無一失，這些安全措施通過 TwinSAFE I/O 端子模塊無縫集成至控制平臺。只需按下急停按鈕，便可讓整個裝置停止運行，操作人員只需掃一眼控制臺，就能實時掌控所有安全相關的狀態信息。“當地消防部門觀看了安全系統演示，并親眼見證，只需按下按鈕，整個‘火蛇’裝置就能平穩受控地停止運行，這讓他們感到極為安心。”Hock 解釋道。
安裝在“火蛇”裝置便攜式控制箱內的 CX5140 和 CX8190 嵌入式控制器分別用作主控制器和備用控制器，直接連接 EtherCAT I/O 模塊。EtherCAT 及 Safety over EtherCAT（FSoE）用于實現整個系統的實時通信與同步，包括安全設備、照明設備及其它舞臺特效裝備。
對我們而言，實時性能至關重要，因為我們必須要與樂隊的音樂節奏以及燈光效果保持完美同步。哪怕只是相差幾毫秒的不同步，觀眾都會察覺到。而 EtherCAT 這樣成熟的技術能夠確保‘火蛇’與音樂保持完美同步。”
—— Image Engineering 研發與集成總監
Nick Hock
03
演出必須照常進行
自“火蛇”裝置完工以來，它便滿足了 Disturbed 樂隊和跨西伯利亞樂團多次巡演期間快速搭建與拆除的要求。例如，Image Engineering 公司負責同時將多臺“火蛇”裝置運往美國東海岸和西海岸，在短短 40 天內助力跨西伯利亞交響樂團完成了 56 場演出。
倍福系統能夠在極端高溫的環境溫度下可靠運行，這成為了其在巡演中的另一大關鍵優勢，尤其是在夏季舉辦的音樂會中。“嵌入式控制器硬件的耐熱性能令人驚嘆。”Image Engineering 公司工程副總監 Claire Bowman 表示，“我們之前在拉斯維加斯使用過其它嵌入式系統，當屋頂溫度高達49°C（120°F）時，這些系統會出現性能問題，倍福系統始終能穩定可靠地運行，從未掉過鏈子。”
除了極端氣候條件外，不同城市的供電穩定性差異也是 Image Engineering 公司關切的重點。“在巡演的不同站點，我們的設備遭遇了嚴重的電源質量問題。”Bowman 指出，”這些狀況總會在最關鍵時刻導致嚴重的性能故障。不過，在倍福團隊的故障排除協助下，以及配備 EtherCAT 接口的e PS2001 電源，我們成功解決了這一問題，無論輸入電源質量如何，都能確保可靠的供電。此外，我們還安裝了一個 CU8110 大容量電容式不間斷電源 (UPS)，確保我們的配電系統穩定可靠。”
“如今，借助 EtherCAT 技術，我們具備了卓越的故障排查能力。”Nick Hock 說道，“我們只需查看‘火蛇’裝置的 HMI，就能知道哪些節點連接正常，哪些節點需要排查故障。EtherCAT 能夠精準定位系統中任何故障的確切源頭。以往需要數小時才能解決的問題，現在通過 EtherCAT 與 TwinCAT 僅需幾分鐘就能輕松搞定。”
倍福與 Image Engineering 團隊成語（從左至右）：區域銷售工程師 Jay McNeil（倍福美國分公司）；運營副總裁 Ian Bottiglieri、工程副總監 Claire Bowman、研發與集成總監 Nick Hock（均來自 Image Engineering）；系統應用工程師 Arthur Peterson 與娛樂設備行業專家 Jason Toon（均來自倍福美國分公司）
“火蛇”再掀熱潮
“火蛇”裝置贏得了觀眾、演員以及業內專家的一致贊譽。“Disturbed 樂隊成員們對它愛不釋手，觀眾反響也極為熱烈。”Nick Hock 高興地說道，“所有人都對它一見傾心。”2024 年，這一認可達到了頂峰 — Image Engineering 的姐妹公司 Image SFX 榮獲年度煙火特效企業帕內利獎。帕內利獎是現場活動公司在業內能夠獲得的最高榮譽。
與倍福的合作讓 Image Engineering 得以不斷突破煙火特效領域原有的技術邊界。如今，“火蛇”裝置既可做為標準解決方案進行部署，也能根據不同的演出需求進行高度定制化配置。此外，它還能輕松與娛樂設備行業廣泛使用的其它舞臺控制系統無縫集成。
關于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術的德資企業，創立于1980年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術的驅動者，倍福定義了自動化領域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產的工業 PC、I/O 和現場總線組件、驅動技術、自動化軟件、無控制柜解決方案以及工業圖像解決方案既可作為獨立的組件使用，也可將它們集成到一個完整的控制系統中，適用于各個行業領域。經過40多年的發展和努力，倍福已在世界各地設立40家分支機構，加上全球的合作伙伴，業務遍及75個國家和地區。
倍福于1997年進入中國市場，中國區總部落戶于上海市北高新產業園區，現有員工350人，辦事處遍及國內30座大中城市。創新產品和解決方案廣泛應用于半導體、光伏太陽能、風力發電、鋰電池制造、電子制造、汽車制造、機器人、數控機床、包裝機械、煙草機械、塑料加工、物流輸送、流程工業以及智能建筑等眾多領域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業以太網于2014年成為中國國家推薦性標準，并已入編工信部的《國家智能制造標準體系建設指南》。作為一家技術驅動型公司，倍福一直注重在技術上尋求突破創新，在業內享有“創新引擎”的美譽。倍福基于PC的控制技術具有良好的開放性，它支持所有主流的工業通信協議，將IT技術、互聯網和自動化技術完美融合在一起，為實現工業 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術基礎。
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