2200 m2演播厅数字化灯光控制系统应用分析

2022-10-28熊天乙

西部广播电视 2022年18期

熊天乙张杰

（作者单位：云南广播电视台）

为了满足大型演播厅的灯光控制系统需求，提高控制精准性，确保灯光能够为节目录制提供良好的服务，很多电视台开始采用数字化控制技术。然而部分电视台的实践经验不足，导致灯光控制系统在实际应用中暴露出了一些问题，为此本文结合云南广播电视台2200 m2演播厅数字化灯光控制系统应用案例，对其实际应用方式进行分析。

1 2200 m2演播厅基本情况

云南广播电视台演播厅总面积在2200 m2左右，长50 m、宽40 m、高度18 m。内部灯光配置如下：（1）多层水平吊杆17台，每台设置6个直通回路（每路直通并联2个16 A插座），2路网络接口，可吊挂LED聚光灯、光束灯、电脑灯等。（2）水平吊杆97台，每个位置安装6个直通回路，采用并联的方式，确保连接稳定性，2路网络接口，可吊挂LED聚光灯、光束灯、电脑灯等。（3）多功能桁架共计设置10台，用于灯具等位置变换等方式，2路网络接口，可吊挂LED聚光灯、光束灯、电脑灯等。（4）收缆器84个(设置104个上收缆转接箱），每个设置3个直通回路，2路网络接口，可吊挂LED聚光灯、光束灯、电脑灯等。（5）数字滑车轨道共1道，设置1个50 A三相电源1路。（6）转接箱设置。设备层：6×16 A+2网络转接箱6个。一层马道：6×16 A+2网络转接箱6个。二层马道：6×16 A+2网络转接箱6个。地面：6×16 A+2网络转接箱8个。地面：100 A/3 P舞美配电箱8个。追光平台设置：2×32 A插座箱（含2路网络）12个。（7）演播厅总直通回路：1042路（96路直通柜11台）。（8）灯光技术指标：主演区域综合光垂直照度为1500lx，按照节目形式能够自行调节；灯具采用（5600±250）K，LED光源要求色温可变；显色指数为Ra≥90（连续光谱）且LED光源R9＞40。表1为该2200 m2演播厅的部分主要设施的基本配置情况。

表1 2200 m2演播厅的部分主要设施的基本配置情况

2 2200 m2演播厅数字化灯光控制系统需要实现的功能

2.1 配电系统

灯光负荷为二级负荷，采用两路电源供电，电源从低压配电室中引出，电源整体采用单母线的并联连接方式，在母线中设置开关，确保母线开关能够随时段开，电路采用并联方式，二者之间能够互相补充，任何一路电源发生故障，其他区域都能够自动补充，从而能够保证配电系统安全性，从而为灯光自动化控制系统功能实现提供支持。

采用双模块控制方式，两个模块之间互相备用，在供电线路出现断电等故障问题后，能够直接从另一个电源中引入，从而实现快速切换，不会对灯光自动化系统运行产生影响，在实际应用中具有良好的效果。为了灵活编辑灯光场景，考虑在演播厅内设置手持流动控制台。

2.2 机械吊挂系统

主要采用多功能复合电动吊杆和电动单点提升机配套铝合金桁架作为悬挂装置，设备可单控，也可多台集中控制运行，吊挂控制系统操作灵活，可根据节目需要自由组合吊挂结构。演区位置配备多功能水平吊杆，同时由可移动单机吊点（负荷1000 kg）、电弧炉、吊机轨道、铝合金桁架、数显流动转接盒等组成点阵式吊挂提升系统，通过可调节力矩的设置，能够实现对灯光效果的灵活控制，使得灯光设计方案能够实现，满足设计人员对于灯光效果的需求；按照不同的组合类型，相关人员可以对其进行优化调整，避免了传统演播室中灯光位置、高度等固定的问题，从而能够提升可操作性，使得演播室的各项灯光设计方案能够实现。

2.3 吊杆系统控制

在吊杆控制模块中，改变了传统的人工控制方式，采用计算机对吊杆的移动进行控制，系统能够自动获取吊杆所在的位置信息，并为对其进行实时调整，使得吊杆控制灵活性得以提升；吊杆位置可以预先设定并可按场景记忆和调出，实现控制台自动控制。控制系统配备严格的防误操作功能及应急操作按钮，遇到系统失控时，能够迅速切断吊挂系统电源。设备可单控，也可多台集中控制运行，对水平吊杆可集中控制6台。控制系统工业总线采用闭环冗余式设计，同时系统中增加纠错功能，如果控制系统出现问题，能够第一时间发出提醒，并对其进行自动化调整。

2.4 网络系统

网络系统采用无线网络通信，系统容量设置较高，能够满足多项灯光控制方案实施的通信传输需求。

2.5 灯具设备

演播厅内灯具均以LED光源为主，其光源色温为（5600±250）K且色温可变，显色指数Ra≥90（连续光谱），R9＞40，配备聚光灯、观众灯、天地排灯等高光效常规灯具，同时配备电脑图案灯、染色灯、追光灯、LED全彩筒灯（PAR）等效果灯具及设备，使灯光效果更具艺术性和感染力。

3 演播厅数字化灯光控制系统概述

本次2200m2演播厅数字化灯光控制系统设计中，采用DMX-512标准协议，该系统协议能够有效保证灯光设备之间的控制信号运行稳定性与可靠性；在对控制信号进行稳定传输的基础上，能够将系统中的通信、监测以及反馈信息的传输控制协议/网际协议（TCP/IP）利用灯光网络标准协议完成双向传递；与此同时，针对演播厅所采用的不同灯具照明设备，具有良好的通用性，该演播厅内采用的所有灯具设备都可以在该系统中应用。在当前的数字化灯光控制系统中，主要采用的灯光网络标准协议包括两种不同类型，一种为控制器局域网标准（Controller Area Network，CAN），另一种为基于TCP/IP协议栈的以太网协议（Art-Net）标准，因为Art-Net标准为专门用于灯光网络化的协议，所以当前几乎所有电视台都采用Art-Net标准协议，该协议中输出传输成员主要包括服务器、节点以及媒体服务器等[1]。

4 演播厅数字化灯光控制系统的构成及其特点分析

4.1 灯光基础控制分析

该演播厅的灯光控制中，创造地采用了智能控制柜，其具有自动化与智能化的调控功能，从而能够有效满足演播厅对灯光控制的需求；DPR-120E型智能调光柜与Encore现场调光台因为具有良好的稳定性，且系统操作较为简便，是当前电视台演播厅中采用的主要控制设备。本次演播厅在对内部基础灯光的控制系统设计中，采用无馈电设计方式，能够实时收发多路信号，信号稳定性较好，不同线路之间的信号不会产生干扰问题，同时采用了最为合适的网络协议与串口，从而确保信号传输与收发效率。为了提升智能控制柜运行效果，采用了多种不同的信道，信号能够在信道之间高效传输，从而避免了信号冲突等问题，使得灯光控制指令能够快速传输到对应的位置中。在本次系统设计中在调光台与调光柜中的输入端中安装网络信号处理器；采用Wind River System VxWorks系统对其进行处理与改进，确保能够使DMX-512信号转化为TCP/IP协议，利用网络传输的方式对信号进行传递，从而实现二者之间的连续切换[2]。

4.2 灯光控制服务设计

服务器设计对于控制效果会产生直接影响，所以需要加强对服务器的设计，在本次设计中时期实现如下几项功能：第一，通过自动化监测功能，实现对所有灯光设备的在线监测；第二，利用计算机技术实现对全部设备的远程、在线调控，从而提升灯光设备管理效率；第三，能够按照授权情况获取演播厅一段时间内的电气设备运行参数信息，能够在灯光控制网络或企业办公自动化网络中收集演播厅灯光设备的运行信息，自动将所有灯光设备以及系统运行参数进行记录，如工调光台、调光器、直通开关柜以及配电柜的运行信息等；自动记录各调光器的运行数据，如错误报警信息、回路电流信息、亮度信息、温度信息、开关操作记录等；自动记录网络阶段的信号流量，进而能够对网络使用情况进行分析，对于数字化控制网络优化具有重要作用[3]。

4.3 计算机控制台

本次数字化灯光控制系统中，采用调光台作为计算机控制台。该控制台的功能较为丰富，且能够连接多种不同的串口，具有良好的适用性，在该设备中配备不间断电源（Uninterrupted Power Supply，UPS），能够保证灯光存储信息安全；该设备能够利用离线编辑软件对其进行调控，从而完成任意一台计算机都能够对调光台仿真界面的控制，还能够完成对现场中调光台进行热备份的工作；能够利用对演播厅灯具的精准控制实现用户随时对灯具设备信息调控的功能。

4.4 灯光悬吊SEEV布光系统设计

在本次演播厅数字化灯光控制系统设计中，采用集散式系统架构，应用变频调速、语音识别、计算机控制等技术，实现对数字化灯光控制系统的精准化、高效率控制。集散式控制技术为系统的主要架构，所以系统结构相对简单；在该系统中，吊杆控制器与灯具控制器通过一根串行通信线缆实现连接，控制器选择拨码开关对地址进行设定，最大控制容量设定为65 530 点；在系统中设置两种不同工作模式，分别为现场控制台和手提遥感器，从而有利于对演播厅内所有吊杆实现单杆和双杆的同步升降控制功能；控制指令以及反馈信息传输采用信号平衡传输技术、光电隔离技术、软件纠错技术等多种保护技术，从而能够提高演播厅内数字化灯光控制系统整体抗干扰能力，确保数据传输具有高效性和准确性[4]。

在本次演播厅数字化灯光控制系统设计中，采用变频器设计模式，吊杆在启动、停止中能够完成升降速度控制，确保吊杆运行稳定性，从而解决了传统吊杆运行容易产生的冲击问题，有利于保护吊杆使用安全性；吊杆停止控制中应用了能耗制动模式，能够有效防止溜车问题发生；提升器电机中安装编码器，能够测量出吊杆升降高度，从而与控制系统电路结合构成吊杆位置的闭环控制系统；在该系统中，吊杆位置可以提前设置，还能够根据在演播厅的使用场景历史记录导出；控制系统中涉及控制信号自动监测、反馈功能，能够将电源过压、电源欠压、电流过载等故障信息，结合灯具的高度、运行状态、限位器参数等数据进行准确记录，将其全部显示于现场控制台中，工作人员则能够对数字化灯光控制系统的故障观察得更加清晰，有利于提高演播厅灯光控制系统检修速度[5]。

灯具动作控制系统设计中，应用闭环反馈电机伺服控制模式，闭环反馈伺服系统为应用在数字化灯光控制系统中的一项新技术，在演播厅灯具的传动系统中增加位置信息传感器，能够将灯具的位置上转换为反馈信号传输到控制系统中，通过控制系统与控制命令对其进行比较分析，若反馈信号和控制命令的预期数值不同，那么控制系统则会继续驱动电机，直到控制命令与反馈信号同步后，控制系统才会停止对电机的驱动；闭环反馈电机伺服系统能够确保演播厅灯具的机械动作精准性，并减少外部因素等对局机械运动的影响，使得演播厅灯具在水平、聚焦以及俯仰等位置运行时更加准确，同时不需要进行复位操作，灯具能够自动保持在断电的位置，演播厅灯具在控制单元中重新通电时，在俯仰、聚焦、水平等位置保持断电期间的状态。

4.5 应用效果

本次灯光悬吊SEEV智能布光系统在该演播厅中的应用，使得工作人员面临的问题得以良好解决，基本能够满足当前该演播厅的节目录制工作任务。应用SEEV控制系统与数字化调光系统后，节目录制时只需要将第一次布光的参数作为场景记录存档，主要包括灯具的亮度数值、高度数值以及角度数值，在节目后续的录制过程中，将计算机控制台中存储的场景参数调出，在短时间内各灯具就能够恢复到上一次的录制状态，从而能够全面提高演播厅节目录制效率，达到应用效果。