西门子运动控制器在央视春晚的应用

西门子运动控制器在央视春晚的应用
作者：顾和祥
来源：《演艺科技》2014年第04期
【摘要】介绍西门子舞台运动控制产品——SIMOTION运动控制器和SINAMICS变频器在央视春晚舞台上的具体应用。

【关键词】运动控制系统；变频器；动作控制；舞台效果
文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2014.04.010
2014年中央电视台春节联欢晚会（以下简称“央视春晚”）舞台上，引入全新科技元素，且简约独特的舞美设计带给观众巨大的视觉震撼。

作为其中的重要布景，5块7 m×3.5 m的LED 屏幕成了马年央视春晚舞台推陈出新的“利器”。

这些凌空伫立的LED屏幕，变化多端、仪态万千，它们时而垂挂半空，俯视舞台；时而升降旋转，状若行云；时而分散竖立，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。

1 设备选用
空中搭建LED屏幕的舞台布设，是央视春晚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，其应用涉及到运动控制领域的多项技术，有很多操作难点。

为此，舞台工程团队充分论证了各种方案的技术安全性、稳定性和可靠性，最终在多家具备资质的企业中选用了西门子（中国）有限公司工业业务领域驱动技术集团（以下简称“西门子”）的舞台运动控制产品——SIMOTION运动控制器和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灵活的适配性。

而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。

这些产品已经广泛应用在国内外的各种舞台演出中，风靡欧美的太阳剧团的演出活动以及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均使用了西门子的舞台运动控制产品。

2 运动控制解决方案
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复杂的运动控制。

如此，即使是一个很小的功能变化或是额外的功能需求都将意味着更换元件或者采用新的结构、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，并且彻底解决了时间方面非常关键的各个组件之间的接口问题。

基于此，SIMOTION可以协同硬件模块和软件模块，自由编程、灵活创建运动序列，极大地缩短了整套设备的编程、调试和诊断时间。

2.1 LED屏单屏动作控制
央视春晚舞台上的5块LED屏，由50 组SINAMICS S120驱动系统和贝得电机带动，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。

因此，LED屏可完成横移、升降、前后摆动、左右摆动和270°运动旋转，并确保误差角度控制在±0.1°之内。

2.2 5块LED屏空间姿态控制
在舞台控制领域，单屏运动条件下的精度把握较为简单，但央视春晚导演组根据实际的彩排效果又提出了更高要求——让5块LED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，5块LED屏要求的运动程式更加复杂，且每块LED屏加上机械设备的重量达到1.5 t。

因此，力求屏幕之间平稳运行并且互不相撞，是保证舞台安全的重中之重。

类似的动作姿态被称为“空间互锁”，在舞台控制领域堪称难度系数最高。

为了避免屏幕发生碰撞，西门子值守央视春晚的工作团队从演出前两个月就不断进行数据的编程和改写工作。

其最大的压力就是，春晚的舞台意味着没有冗余，绝不能失误。

不仅如此，春晚舞台的调试工作周期短、难度高、变动性大，极大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，力保运动过程中的安全性；另一方面，通过轨道的预先优化设计，降低操作的复杂度，从而实现了设备的稳定运行，预防屏幕间发生碰撞。

在该系统中，SIMOTION D455控制模块本身具有的处理复杂运算能力强、动态响应快、控制精度高等特点，帮助其完成了高自由度的空间姿态控制。

5块LED屏幕的控制分解描述。

西门子SIMOTION运动控制器和SINAMICS变频器顺利完成了5块LED屏的一系列高难度运动控制动作，保证了央视春晚的舞台多姿多彩的完美呈现。

（企业供稿）
（编辑薛云霞）。