林小海+林培群

【摘 要】 主要介紹廣東廣播電視臺1 600 m2演播室三維一體吊掛系統(tǒng)的構成及可實現(xiàn)的功能。

【關鍵詞】 演播室；吊掛系統(tǒng)；三維一體吊桿；冗余設計

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2017.05.012

【Abstract】This paper introduced the structure and function of three-dimensional integrated hanging system in 1 600 m2 TV studio of Guangdong Radio and Television Station.

【Key Words】studio； hanging system； 3d integration boom； redundancy design

1 概述

隨著演藝產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展以及電視節(jié)目形式的多樣化，電視臺演播室需要滿足各類節(jié)目形式的變化已成為趨勢。節(jié)目的多樣化決定了舞臺形式的多元化，演播室的上空會出現(xiàn)各種舞美造型（包括LED屏幕造型），甚至存在部分舞美造型需要升降或旋轉的情況。相應地，演播室吊掛系統(tǒng)必須可以任意組合布置，才能滿足各類節(jié)目錄制的需求，這就對燈光系統(tǒng)中的吊掛設備提出了更高的技術要求。

目前大部分電視臺演播室的吊掛模式是水平吊掛加滿天星單點吊，或全部滿天星單點吊。顯然，只能升降的燈光吊桿已經(jīng)無法更好地滿足燈光任意組合變化及舞美的設計需求。滿天星的單點吊模式雖然可以滿足舞美、燈光的設計要求，可是在實際應用中需要花費大量的人力和時間才能完成一個節(jié)目的舞美燈光安裝制作工作，演播室的利用率大大降低。而當大量使用單點吊加鋁合金桁架時，就會出現(xiàn)部分水平吊桿無法使用的情況，限制了桁架的高度，不僅造成演播室吊掛設備和空間的浪費，同時影響了舞美、燈光效果的發(fā)揮。如何更好地解決該問題，廣東廣播電視臺1 600 m2演播室采用具有更多運動形式的吊掛裝置，為電視同行提供了參考和借鑒的方案。

2 吊掛系統(tǒng)設計方案

廣東廣播電視臺1 600 m2演播室燈光吊掛系統(tǒng)的設計方案思路是：充分考慮燈光系統(tǒng)與燈具配置的關系，采用新技術、新工藝，把設備的功能性、靈活性、高效性作為首要考慮的因素，滿足節(jié)目日益增長的藝術創(chuàng)作需求；充分考慮燈光系統(tǒng)的可靠性，采用穩(wěn)定、成熟的設備，同時有良好的兼容性、開放性和前瞻性，為燈光的安全制作和節(jié)目的安全播出提供有力保障。

該方案的設計目標：

（1）滿足技術先進性、安全可靠性、使用靈活性；

（2）系統(tǒng)配置滿足廣東廣播電視臺大中型節(jié)目（如各類綜藝晚會、常規(guī)欄目、頒獎晚會等）的燈光效果需求；

（3）在設備控制系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)安裝安全可靠、性能成熟的備份設置和應急設置，保障節(jié)目的安全制作和安全播出；

（4）為電視節(jié)目制作，特別是舞美、燈光、屏幕的效果設計提升創(chuàng)作空間。

通過對國內外多家燈光吊掛企業(yè)的調研，確定了演播室的吊掛模式：可移動旋轉吊桿和可移動單點的三維一體吊掛模式（圖1）。

（1）整個大廳上空均勻布置了112套可移動旋轉吊桿（三維一體吊桿），主舞臺不論設置在演播室的哪個位置，可通過移動和旋轉吊桿，提升舞臺的創(chuàng)作空間，滿足節(jié)目的燈光要求，也可不受限制地進行舞美布景安裝，使演播室有多樣化的應用。

三維一體吊桿可以在7 m范圍內沿導軌移動，360°旋轉及11 m升降行程，結合120個可任意移動的吊點、四周布置的29道水平吊桿、72 m寬12 m高背景立面燈柵，構成了演播室多維度自由布光系統(tǒng)（圖2）。

（2）配套的120個可移動單點和鋁合金桁架，方便靈活，滿足了燈光特殊造型的設計需求（如圓形、弧形等）。

（3）該系統(tǒng)采用變頻技術進行控制，提高了吊掛、吊點升降移動的同步性和一致性，為節(jié)目錄制期間進行燈光造型改變或LED屏幕升降等特殊效果提供了可能性和安全技術保障。

（4）該系統(tǒng)采用主、備控制模式，采用工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議。

（5）每臺吊桿都安裝有兩個獨立制動器，每個擁有2倍制動力矩，從而提升了設備故障時的應急保護能力。

3 主要設備性能及特點

3.1 三維一體吊桿

三維一體吊桿可吊掛常規(guī)燈具、電腦燈具、LED燈具，也可以吊掛LED條屏，當然也可以根據(jù)需要吊掛各類布景（圖3）。每臺吊桿由三個電機驅動組件組成，分為升降驅動部分、平移及旋轉驅動部分。采用便捷式安裝設計，升降裝置采用獨特的自提升、自排繩式設計，具有自動防擺動設計，通過防擺動裝置和緩啟動減速制動功能快速降低因自身運動或電腦燈轉動產(chǎn)生的桿體晃動幅度，設備運行噪聲低，可以滿足錄制過程中的使用要求（圖4）。

（1）升降驅動部分

升降驅動部分由減速電機、雙制動器、單層卷繞卷筒、大螺母、導軌、滑輪組、限位機構、編碼器等組成（圖5）。

三維一體吊桿采用自動一字排繩技術，巧妙地利用一臺電機的旋轉同時實現(xiàn)兩個動作的機械原理，當卷筒旋轉時，同時會做水平方向移動。具體如下：當電機驅動卷筒旋轉的同時，卷筒隨旋轉相對應的方向做軸向移動，卷筒每纏繞一圈鋼絲繩，則自動軸向移動一圈的距離，反之，則向另外一個方向軸向移動，這樣鋼絲繩與卷筒始終保持90°，保證了鋼絲繩不會出現(xiàn)亂繩。應用這一技術的卷揚機可以讓鋼絲繩實現(xiàn)自由纏繞或釋放。

三維一體吊桿的升降設有四個限位開關，并設有邏輯限位功能，設備在到達目標值前會自動減速停止，運行平穩(wěn)，停止時不會出現(xiàn)明顯的晃動。

升降驅動部分采用四根鋼絲繩卷揚方式，鋼絲繩從設備頂部的四個角出繩，形成一個長方形方位布置。采用這一方式結合防擺動設計可以減少設備運行產(chǎn)生的晃動，特別是有效控制演出過程中電腦燈轉動形成的桿體晃動，可避免光斑的抖動現(xiàn)象。另外，防擺動設計可以解決設備受力不均造成的鋼絲繩松緊不一問題，當桿體上只在一頭吊掛燈具時，而另一頭則不受力，防擺動裝置將自動調節(jié)各鋼絲繩松緊度。

（2）平移及旋轉驅動部分

該部分由旋轉電機、平移電機、移動平臺、鋼導軌、旋轉限位開關、旋轉增量型編碼器、平移限位開關以及扁平電纜鋁合金導軌、電纜滑車等組成（圖6）。

旋轉部分通過電機上的小齒輪帶動回轉支承做順時針或逆時針旋轉，回轉支承與旋轉軸和橫梁做剛性固定，從而實現(xiàn)設備的旋轉。旋轉機構設有限位開關，具有正反轉限位保護功能，并通過增量型編碼器可以自動設定旋轉角度。

平移部分通過電機驅動的兩個驅動輪和兩個跟隨輪在鋼軌道上做軸向移動，扁平電纜做跟隨移動（圖7）。設備與設備之間設有限位開關，防止出現(xiàn)碰撞。兩道鋼梁之間的8 m距離內設有三臺三維一體吊桿，鋼軌道兩頭設有限位開關，行走行程約7 m。

3.2 PLC控制系統(tǒng)

舞臺機械設備控制系統(tǒng)，能對演播大廳內所有舞臺吊掛設備的驅動裝置和現(xiàn)場傳感器等實施運行控制和狀態(tài)監(jiān)視，并提供圖形操作界面，滿足裝臺、排練、演出對舞臺機械設備的控制和操作要求。

吊掛控制系統(tǒng)采用西門子PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器），通過工業(yè)控制計算機用現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)連接多個通信協(xié)議①的可編程序控制器，控制整個演播大廳的112道三維一體吊桿、29道水平吊桿、64個電動葫蘆，合計控制429個電機回路（圖8）。所有吊桿的升降部分采用變頻矩陣的控制方式，平移和旋轉采用一對一變頻控制方式。系統(tǒng)支持11臺吊桿同時升降，40臺設備同時旋轉或平移，64個電動葫蘆同時升降。

控制臺采用工業(yè)專用計算機，兩臺計算機冗余設計，具備雙重可靠性、穩(wěn)定性和抗干擾能力（圖9）。

控制系統(tǒng)提供正常情況下的全功能控制與操作，包括單體設備的控制、設備聯(lián)鎖、設備狀態(tài)監(jiān)視、預選擇設備、設定運動參數(shù)、編組運行、場景記憶、場景序列、故障診斷、系統(tǒng)維護等。

4 結語

演播室采用的三維一體吊桿，以目前國內演播室吊掛系統(tǒng)的主流控制模式PLC配套變頻器的控制方式，讓燈光設計真正做到無死角自由布光和布景。系統(tǒng)完工后，已進行了多次晚會節(jié)目的制作，取得較好的使用效果，達到了原設計要求（圖10）。

在節(jié)目制作中，因舞臺、燈光制作的特殊性，有時燈光造型、舞美結構必須根據(jù)節(jié)目的內容、環(huán)節(jié)、意境、音樂進行頻繁地同步轉換，該控制模式在控制精度、靈活性方面略顯不足。如果演播室吊掛系統(tǒng)的設計理念是以運動控制為核心目的，建議采用“上位機+服務器+軸控制器+驅動單元”的軸控技術控制模式（Axis control），這樣將更好地完成復雜的運動控制。

注釋：

① 如PPI協(xié)議、MPI協(xié)議、自由口模式（由用戶自定義的通信協(xié)議用于與其他串行通信設備通信）。

（編輯 王 芳）