浅谈舞台机械CAT控制系统在江苏大剧院戏剧厅的应用
来源:用户上传
作者:邓炜 戴明
[摘要]介绍江苏大剧院戏剧厅舞台机械计算机辅助剧院（cAT）控制系统的架构、配置，以及模块化、冗余的设计方法。
[关键词]舞台机械;计算机辅助剧院控制系统;模块化;冗余
文章编号：10.3969/i.issn.1674-8239.2019.04.009
近几年，随着国家对文化产业的大力投入，国内的剧院建设也进入了一个蓬勃发展的时期。一线城市的剧院建设已基本呈现饱和状态，但二三线城市的剧院建设还保持良好的发展势头。在这些各式各样的剧院中，舞台机械占据举足轻重的位置，而舞台机械的控制系统无疑是其核心。在中国剧场建设中，对于舞台机械控制系统总体技术的掌握、运用较成熟的企业有总装备部工程设计研究院（已改组），浙江大丰实业股份有限公司，奥地利的瓦格纳一比罗舞台系统股份公司（以下简称“瓦格纳-比罗”）等。
江苏大剧院由于体量大，厅多且规模、用途不一，所以各厅的舞台机械控制系统不尽相同。其中，歌剧厅采用的是BBH系统，综艺厅采用的是神舟3000系统，戏剧厅采用的是CAT（计算机辅助剧院）控制系统。正是通过这些差异，才能全面了解、掌握舞台机械控制系统的核心技术和运营经验。通过剧院一年多的运营使用情况发现，相对而言，神州3000系统操作简单，但稳定性欠佳，编写CUE时极为不便;BBH操作系统虽比较稳定，但操作不便，CUE的编写相对繁琐;瓦格纳一比罗的CAT控制系统则具有一定的优势。
CAT控制系统应用于轴控制器、控制台与服务器的各个控制层面，且是基于Linux操作系统。Linux操作系统是一种公开资源的软件，可以免费得到其资源代码。CAT控制系统使用该操作系统，很重要一点就是不依靠某个特定公司，保证系统的安全性与可靠性。CAT控制系统稳定，操作简单，能够实现快速编写CUE，且非常容易上手。
下面就以江苏大剧院戏剧厅为例，着重介绍一下CAT控制系统的架构、功能及操作。
1CAT控制系统框架
江苏大剧院戏剧厅CAT控制系统控制着台上与台下设备中数量繁多的电动或液压驱动单元，如吊杆、灯杆、单点吊机、大幕、升降台、鼓筒式转台、倾斜装置、乐池，如图1、图2所示。通过遍布台上，台下的11个OUTLET转接箱，使用者可以方便地从各个方位来控制设备的运行，从而方便装台、排演和演出时对舞台设备的控制，降低工作量。其符合EN 61508/VDE 0803安全标准，满足安全完整性等级3（sIL3）的要求;另外，它还符合下列欧洲标准：BGV c1（GUV 6.15），EN954-1，EN 418，EN60204-1，EN61508。
相较于传统的PLC控制系統，CAT控制系统所采用的轴控制系统运行更稳定，精度更高;具有良好的人机界面，同步运行驱动器数量不受限制，各级冗余确保同一时间的高度可靠性;具有很高的安全性。基于上述特点，cAT控制系统适合运用于各类场合，已得到广泛应用。
2CAT控制系统配置
CAT控制系统的主要配置包括：CATl90控制台或CATl92控制台、CATl 10可移动控制台、CATl00R无线控制台、Unicorn控制柜、AXIOⅡ轴控制器、紧急操作控制盘CAT60等，如图3、图4所示。
江苏大剧院戏剧厅CAT控制系统见图5，设备配置如表1所示。其中，主操作台是CATl92，它拥有两个显示屏，一个屏幕显示CAT控制编程界面（见图6），另一个屏幕显示CAT驱动的整体运行情况（见图7），不再需要在两个界面切换浏览。
CAT控制系统采用模块化的设计，每一个驱动设备配备一个轴控制器AXlO II，控制安全运行，并监控运动状态，是核心部件。由于安全功能的重要性，AXIO II由两个处理器组成，如图8所示，一个控制运行状态，一个用于监测，两处理器协同工作可以消除系统的错误。为了适配更多类型的信号，AXIO II备有模拟、数字等不同的输入输出信号接口。
AXlO II具体完成以下安全功能：计算与检测轨道曲线、运动控制器与监测控制器的比较、位置信号的确认（增量值和绝对值）、位置偏离的监测、制动器与频率器的控制与检查、载荷测量、过载和欠载的检测、过绕极限开关、松缆检测等。
由于模块化的设计，单个AXIO II出问题，只会影响相应的驱动设备，除一个AXIO II控制多台定速设备或者不需要准确定位设备的情况。
AXlO II能将有关驱动状态、位置或设备故障信息直接显示在操作台上，以方便操作人员发现故障并更换;如有AXIO II更换，可自动配置，无须费时调整其地址和参数等。
3CAT控制系统的冗余设计
江苏大剧院戏剧厅cAT控制系统采用了不同级别的冗余备份的设计，服务器、网络、交换机、控制台等关键设备配有备份，以保障不同控制系统设备出现故障时仍可正常稳定运行。cAT控制系统配有两台服务器，用于数据库资料管理、文件日志管理和远程维护的访问，备份服务器每小时即备份主服务器的数据，一旦主服务器出现问题，可以从备份服务器复制数据，恢复运行状态。
此外，如果整个控制系统网络崩溃，操作员仍可以使用cAT60应急操作面板来完成单台设备的运行控制。
在系统的调试过程中，对CAT控制系统中每种关键设备出现故障的情况下进行检测、排除，如表2所示，列出了几项常见故障的解决方法及时间，解决问题的最长时间在3min左右。其中，很多故障都能自动检测，像服务器、网络故障等能自动切换，不影响正常演出。
4CAT控制系统的网络设计
CAT控制系统的所有设备都能通过基于TCP/IP数据传输协议连接。这种网络结构提供了很高的传输速度，不需要任何额外的数据压缩和协议的转换，能够并行处理器数据，实现实时、准确的运行处理。同样，该系统也设计为主备两个网络，主网一旦出现故障，会自动切换到备网，保障演出顺利进行。这一点非常重要，在戏剧厅的一场演出中，28号吊杆主网接口松动，系统自动切换，丝毫没有影响演出。
5结语
该项目的CAT控制系统，采用模块化和不同冗余等级的设计方法，可避免单点故障，也可防止系统的缺陷，使系统具有高可靠性，不会因系统故障导致演出停止。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15143565.htm
