电视台演播室三维一体吊挂系统

林小海+林培群

【摘 要】 主要介绍广东广播电视台1 600 m2演播室三维一体吊挂系统的构成及可实现的功能。

【关键词】 演播室；吊挂系统；三维一體吊杆；冗余设计

文章编号： 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

随着演艺产业的不断发展以及电视节目形式的多样化，电视台演播室需要满足各类节目形式的变化已成为趋势。节目的多样化决定了舞台形式的多元化，演播室的上空会出现各种舞美造型（包括LED屏幕造型），甚至存在部分舞美造型需要升降或旋转的情况。相应地，演播室吊挂系统必须可以任意组合布置，才能满足各类节目录制的需求，这就对灯光系统中的吊挂设备提出了更高的技术要求。

目前大部分电视台演播室的吊挂模式是水平吊挂加满天星单点吊，或全部满天星单点吊。显然，只能升降的灯光吊杆已经无法更好地满足灯光任意组合变化及舞美的设计需求。满天星的单点吊模式虽然可以满足舞美、灯光的设计要求，可是在实际应用中需要花费大量的人力和时间才能完成一个节目的舞美灯光安装制作工作，演播室的利用率大大降低。而当大量使用单点吊加铝合金桁架时，就会出现部分水平吊杆无法使用的情况，限制了桁架的高度，不仅造成演播室吊挂设备和空间的浪费，同时影响了舞美、灯光效果的发挥。如何更好地解决该问题，广东广播电视台1 600 m2演播室采用具有更多运动形式的吊挂装置，为电视同行提供了参考和借鉴的方案。

2 吊挂系统设计方案

广东广播电视台1 600 m2演播室灯光吊挂系统的设计方案思路是：充分考虑灯光系统与灯具配置的关系，采用新技术、新工艺，把设备的功能性、灵活性、高效性作为首要考虑的因素，满足节目日益增长的艺术创作需求；充分考虑灯光系统的可靠性，采用稳定、成熟的设备，同时有良好的兼容性、开放性和前瞻性，为灯光的安全制作和节目的安全播出提供有力保障。

该方案的设计目标：

（1）满足技术先进性、安全可靠性、使用灵活性；

（2）系统配置满足广东广播电视台大中型节目（如各类综艺晚会、常规栏目、颁奖晚会等）的灯光效果需求；

（3）在设备控制系统中的重要环节安装安全可靠、性能成熟的备份设置和应急设置，保障节目的安全制作和安全播出；

（4）为电视节目制作，特别是舞美、灯光、屏幕的效果设计提升创作空间。

通过对国内外多家灯光吊挂企业的调研，确定了演播室的吊挂模式：可移动旋转吊杆和可移动单点的三维一体吊挂模式（图1）。

（1）整个大厅上空均匀布置了112套可移动旋转吊杆（三维一体吊杆），主舞台不论设置在演播室的哪个位置，可通过移动和旋转吊杆，提升舞台的创作空间，满足节目的灯光要求，也可不受限制地进行舞美布景安装，使演播室有多样化的应用。

三维一体吊杆可以在7 m范围内沿导轨移动，360°旋转及11 m升降行程，结合120个可任意移动的吊点、四周布置的29道水平吊杆、72 m宽12 m高背景立面灯栅，构成了演播室多维度自由布光系统（图2）。

（2）配套的120个可移动单点和铝合金桁架，方便灵活，满足了灯光特殊造型的设计需求（如圆形、弧形等）。

（3）该系统采用变频技术进行控制，提高了吊挂、吊点升降移动的同步性和一致性，为节目录制期间进行灯光造型改变或LED屏幕升降等特殊效果提供了可能性和安全技术保障。

（4）该系统采用主、备控制模式，采用工业以太网通信协议。

（5）每台吊杆都安装有两个独立制动器，每个拥有2倍制动力矩，从而提升了设备故障时的应急保护能力。

3 主要设备性能及特点

3.1 三维一体吊杆

三维一体吊杆可吊挂常规灯具、电脑灯具、LED灯具，也可以吊挂LED条屏，当然也可以根据需要吊挂各类布景（图3）。每台吊杆由三个电机驱动组件组成，分为升降驱动部分、平移及旋转驱动部分。采用便捷式安装设计，升降装置采用独特的自提升、自排绳式设计，具有自动防摆动设计，通过防摆动装置和缓启动减速制动功能快速降低因自身运动或电脑灯转动产生的杆体晃动幅度，设备运行噪声低，可以满足录制过程中的使用要求（图4）。

（1）升降驱动部分

升降驱动部分由减速电机、双制动器、单层卷绕卷筒、大螺母、导轨、滑轮组、限位机构、编码器等组成（图5）。

三维一体吊杆采用自动一字排绳技术，巧妙地利用一台电机的旋转同时实现两个动作的机械原理，当卷筒旋转时，同时会做水平方向移动。具体如下：当电机驱动卷筒旋转的同时，卷筒随旋转相对应的方向做轴向移动，卷筒每缠绕一圈钢丝绳，则自动轴向移动一圈的距离，反之，则向另外一个方向轴向移动，这样钢丝绳与卷筒始终保持90°，保证了钢丝绳不会出现乱绳。应用这一技术的卷扬机可以让钢丝绳实现自由缠绕或释放。

三维一体吊杆的升降设有四个限位开关，并设有逻辑限位功能，设备在到达目标值前会自动减速停止，运行平稳，停止时不会出现明显的晃动。

升降驱动部分采用四根钢丝绳卷扬方式，钢丝绳从设备顶部的四个角出绳，形成一个长方形方位布置。采用这一方式结合防摆动设计可以减少设备运行产生的晃动，特别是有效控制演出过程中电脑灯转动形成的杆体晃动，可避免光斑的抖动现象。另外，防摆动设计可以解决设备受力不均造成的钢丝绳松紧不一问题，当杆体上只在一头吊挂灯具时，而另一头则不受力，防摆动装置将自动调节各钢丝绳松紧度。

（2）平移及旋转驱动部分

该部分由旋转电机、平移电机、移动平台、钢导轨、旋转限位开关、旋转增量型编码器、平移限位开关以及扁平电缆铝合金导轨、电缆滑车等组成（图6）。

旋转部分通过电机上的小齿轮带动回转支承做顺时针或逆时针旋转，回转支承与旋转轴和横梁做刚性固定，从而实现设备的旋转。旋转机构设有限位开关，具有正反转限位保护功能，并通过增量型编码器可以自动设定旋转角度。

平移部分通过电机驱动的两个驱动轮和两个跟随轮在钢轨道上做轴向移动，扁平电缆做跟随移动（图7）。设备与设备之间设有限位开关，防止出现碰撞。两道钢梁之间的8 m距离内设有三台三维一体吊杆，钢轨道两头设有限位开关，行走行程约7 m。

3.2 PLC控制系统

舞台机械设备控制系统，能对演播大厅内所有舞台吊挂设备的驱动装置和现场传感器等实施运行控制和状态监视，并提供图形操作界面，满足装台、排练、演出对舞台机械设备的控制和操作要求。

吊挂控制系统采用西门子PLC（Programmable Logic Controller，可編程逻辑控制器），通过工业控制计算机用现场总线和以太网连接多个通信协议①的可编程序控制器，控制整个演播大厅的112道三维一体吊杆、29道水平吊杆、64个电动葫芦，合计控制429个电机回路（图8）。所有吊杆的升降部分采用变频矩阵的控制方式，平移和旋转采用一对一变频控制方式。系统支持11台吊杆同时升降，40台设备同时旋转或平移，64个电动葫芦同时升降。

控制台采用工业专用计算机，两台计算机冗余设计，具备双重可靠性、稳定性和抗干扰能力（图9）。

控制系统提供正常情况下的全功能控制与操作，包括单体设备的控制、设备联锁、设备状态监视、预选择设备、设定运动参数、编组运行、场景记忆、场景序列、故障诊断、系统维护等。

4 结语

演播室采用的三维一体吊杆，以目前国内演播室吊挂系统的主流控制模式PLC配套变频器的控制方式，让灯光设计真正做到无死角自由布光和布景。系统完工后，已进行了多次晚会节目的制作，取得较好的使用效果，达到了原设计要求（图10）。

在节目制作中，因舞台、灯光制作的特殊性，有时灯光造型、舞美结构必须根据节目的内容、环节、意境、音乐进行频繁地同步转换，该控制模式在控制精度、灵活性方面略显不足。如果演播室吊挂系统的设计理念是以运动控制为核心目的，建议采用“上位机+服务器+轴控制器+驱动单元”的轴控技术控制模式（Axis control），这样将更好地完成复杂的运动控制。

注释：

① 如PPI协议、MPI协议、自由口模式（由用户自定义的通信协议用于与其他串行通信设备通信）。

（编辑 王 芳）