今年春晚，引入全新科技元素、簡約且獨(dú)特的舞美設(shè)計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。它們時而垂掛半空，睥睨舞臺；時而升降旋轉(zhuǎn)，狀若行云；時而分散樹立，層疊錯落；時而縱橫延展，布滿畫墻。讓舞臺變身成為屏幕環(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態(tài)屏幕組，以展現(xiàn)更富表現(xiàn)力的舞臺效果。支撐這一系列高難度運(yùn)動走位的關(guān)鍵技術(shù)正是由西門子提供，其工業(yè)舞臺運(yùn)動控制產(chǎn)品為春晚保駕護(hù)航！
搭建空中LED屏幕，這項看似不經(jīng)意的舞臺布設(shè)要求，卻是國內(nèi)在舞臺表演中的第一次嘗試，其背后凝聚了運(yùn)動控制領(lǐng)域多個技術(shù)和操作難點(diǎn)。尤其是在力保萬無一失的春晚舞臺上，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)外的各種舞臺演出中已經(jīng)積累豐碩經(jīng)驗：在以及風(fēng)靡歐美的太陽劇團(tuán)演出活動中，西門子的運(yùn)動控制系統(tǒng)均被采用；一貫以苛嚴(yán)的舞臺控制效果著稱的倫敦舞臺技術(shù)有限公司，使用的也是西門子的SIMOTION運(yùn)動控制系統(tǒng)和SINAMICS變頻器.
SIMOTION是集成式的運(yùn)動控制器，它采取單一系統(tǒng)、多平臺應(yīng)用、模塊化設(shè)計的理念，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。
春晚舞臺上的五塊LED屏，由50 組SINAMICS S120驅(qū)動系統(tǒng)以及貝得電機(jī)帶動，SIMOTION D455運(yùn)動控制系統(tǒng)需要完成50根軸的高精度同步。SIMOTION D455控制系統(tǒng)分為裝臺模式和場景模式兩種控制方式，裝臺模式下可自行選擇工位操控設(shè)備；場景模式下設(shè)備則按預(yù)設(shè)的時間節(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、左右擺動和270度運(yùn)動旋轉(zhuǎn)，并確保誤差角度控制在±0.1度之內(nèi)。在舞臺控制領(lǐng)域，單屏運(yùn)動條件下的精度把握還較為簡單，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、快速的動態(tài)性能。
這一要求，對西門子的設(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，也是保證舞臺安全的重中之重。
“類似的動作姿態(tài)被稱為是‘空間互鎖’，在舞臺控制領(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，為舞臺運(yùn)動控制提供技術(shù)支持的人員。兩人坦言，春晚舞臺的調(diào)試工作周期短、難度高、變動性大，不斷考驗技術(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，力求運(yùn)動過程中的安全性；另一方面，通過預(yù)先軌道優(yōu)化設(shè)計，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)勢是西門子的核心軟實(shí)力。在春晚舞臺合作項目的競爭中，西門子是少數(shù)可以提供團(tuán)隊維護(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)動控制系統(tǒng)本身的技術(shù)優(yōu)勢，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)勢淋漓盡致地展現(xiàn)出來。”
傳統(tǒng)運(yùn)動控制的解決方案，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)動控制。這樣的話，即使是一個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)動控制平臺，由一個系統(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間方面看非常關(guān)鍵的、各個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)動序列，極大地縮短了整個設(shè)備的編程、調(diào)試和診斷時間。“從壓力變動力，由動力促效率，西門子足可以用電氣的優(yōu)勢補(bǔ)償機(jī)械的偏差。”吳鵬說道。
春晚舞臺效果圖
SIMOTION系統(tǒng)原理
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