吉林电视台1500平方米演播室舞台机械设计思路.docx
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吉林电视台1500平方米演播室舞台机械设计思路
吉林电视台1500平方米演播室舞台机械设计思路
[作者：
吉林省电视台刘超王宏升张广明]
吉林广电中心大楼目前已经封顶，并进入装修阶段。
舞台机械的设计和施工与大楼的土建是密不可分的，演播室装修要考虑舞台设备安装，机械舞台的设计也不能影响大楼的基础设施，同时也要考虑演播室的配电容量等因素。
因此要想做一个完善的舞台机械的就要及早设计。
经过与机械舞台生产厂家的多次交流和与工程办的多次沟通，我们确定了吉林电视台1500平方米演播室舞台机械设计方案。
一舞台机械指导思想及原则
*舞台机械系统达到国内先进水平，各项性能指标满足使用要求；
*采用国际知名的高可靠的控制设备和元器件，使用先进成熟的工业控制技术,选用优化控制方案，保证系统先进性和高可靠性；
*实行完善的安全保护措施，始终将系统的安全可靠性放在首位；
*操作简单灵活，人机界面友好，显示功能直观，故障诊断功能完善，维护简单。
*对所有的舞台机械设备的驱动装置和现场传感器等实施运行控制、状态监视；并提供操作界面和操作方法，保证设备及人员安全，配备维护及检修手段等。
二功能说明
1．舞台后部设置有15块主升降舞台
在舞台的后部设置有15块主升降舞台，共三排，每排5块，每块台面尺寸为5.0m×2.2m，升降高度为2.1m，主升降舞台群总尺寸为25.0m×6.6m。
主升降舞台可以同步升降，等比升降，也可以单独或任意组合使用，升降速度连续可调；主升降舞台群可形成前、后阶梯状，也可以形成左、右阶梯状以增加演出节目的层次感和立体感；主升降舞台群可在演出过程中作升降动作，以增加演出节目的动感，提高演出的艺术效果。
2．舞台的中部设置环型旋转升降舞台群
在舞台的中部位置设置有一组环型旋转升降舞台群，其中包括外环（Φ12.0m～Φ14.0m）升降舞台4块，内环（Φ10.0m～Φ12.0m）升降舞台4块降舞台，中央是一块Φ10m的旋转舞台，旋转台上配置六块升降舞台。
外环、内环和旋转舞台上的升降块可以独立升降，也可以同步升降或分组升降；外环、内环和旋转舞台上的升降块可以配合使用，形成：
*中间高外环低的塔型状态，突出中央表演区；
*中间低外环高的阶梯形状态，外面座观众，中间座主持人和佳宾做访谈节目；
*根据置景和摄像等要求形成高低错落状态；
*形成前低后高状态；
3．舞台前方设置有三套升降喷泉水池
在舞台的前方设置有三套升降喷泉水池。
每套宽3.0m，长7.5m，总长22.5m。
在演出综艺节目时，喷泉可以根据剧情变化形成各种造型，配合文艺演出，使节目更有特色、更加精彩；喷泉池的设置使整个演播室显的更具有灵性。
三套喷泉池可以单独使用，也可以同时使用。
在喷泉池的前方地下空层内设有三套移动盖板，当喷泉池不用时，移动盖板移到喷泉池上，升起与地面平或与舞台面平，以改变演区和观众区大小。
4．改变演区大小
整个舞台区全部由升降台组成，所以整个演出区可以根据不同演出需要改变演区大小和形状。
形成：
*最大演出区，舞台最大宽度25.0m，最大长度24.6m；
*喷泉池盖上盖板后，降至地面平，使舞台区缩短3.0m，舞台长度21.6m；
*以Φ10m的旋转舞台中点为基准，前面升降舞台降至地面平，后面升降舞台升起做舞台使用，舞台长度14.6m；
*舞台区全部降至地面相平，整个演播大厅形成一平的地面，可以作为舞厅、体育比赛等功能使用，起到一室多用的功能。
5.舞台机械采用计算机数字控制
舞台机械采用计算机数字控制，主升降舞台采用变频调速，任意定位。
旋转舞台及其上的6块升降台采用变频调速。
操作台采用触摸屏与按扭相结全的方式。
图1为舞台剖面图。
三舞台机械规格
图2为舞台机械平面图。
1.主升降舞台
*数量：
15块；
*台面尺寸：
宽2.2m，长5.0m；
*升降高度：
2.1m；
*升降速度：
0～0.1m/s；
*静止载荷：
4.0kN/m2；
*运动载荷：
1.5kN/m2；
*定位精度：
±2mm；
*运行噪声≤50dB；（环境噪声≤30dB，观众席一排测）
*传动方式：
电机—减速器—传动轴—齿轮换向器—齿轮齿条机构—台面架；
2.外环升降台
*升降台数量：
4套；
*外圆直径：
Φ14m；
*内圆直径：
Φ12m；
*升降速度：
0.05m/s；
*升降高度：
1.5m；
*静止载荷：
4.0kN/m2；
*运动载荷：
2.0kN/m2；
*运行噪声≤55dB；（环境噪声≤30dB，观众席一排测）；
*传动方式：
旋转为多组磨擦轮驱动、升降为电机—减速器—传动轴—齿轮换向器—齿轮齿条机构—台面架。
3.内环升降台
*升降台数量：
4块；
*外圆直径：
Φ12m；
*内圆直径：
Φ10m；
*升降速度0.05m/s；
*升降高度：
1.5m；
*静止载荷：
4.0kN/m2；
*运动载荷：
2.0kN/m2；
*运行噪声≤55dB；（环境噪声≤30dB，观众席一排测）；
*传动方式：
旋转为多组磨擦轮驱动、升降为电机—减速器—传动轴—齿轮换向器—齿轮齿条机构—台面架。
4.中央旋转升降舞台
*内嵌升降台数量：
6块；
*直径：
Φ10m；
*旋转速度：
0～2.0r/min；
*升降高度：
1.5m；
*升降速度：
0～0.05m/s；
*静止载荷：
4.0kN/m2；
*运动载荷：
2.0kN/m2；
*运行噪声≤55dB；（环境噪声≤30dB，观众席一排测）
*传动方式：
旋转为多组磨擦轮驱动、升降为电机—减速器—传动轴—齿轮换向器—齿轮齿条机构—台面架。
5.对称升降舞台-1#
*数量：
2套；
*台面尺寸：
宽8m，长12.5m；
*升降高度：
1.5m；
*升降速度：
0.05m/s；
*静止载荷：
4.0kN/m2；
*运动载荷：
2.0kN/m2；
*定位精度：
±2mm；
*运行噪声≤55dB；（环境噪声≤30dB，观众席一排测）；
*传动方式：
旋转为多组磨擦轮驱动、升降为电机—减速器—传动轴—齿轮换向器—丝杆丝母机构—台面架。
6.对称升降舞台-2#
*数量：
2套；
*台面尺寸：
宽6m，长8.75m；
*升降高度：
1.5m；
*升降速度：
0.05m/s；
*静止载荷：
4.0kN/m2；
*运动载荷：
2.0kN/m2；
*定位精度：
±2mm；
*运行噪声≤55dB；（环境噪声≤30dB，观众席一排测）；
*传动方式：
旋转为多组磨擦轮驱动、升降为电机—减速器—传动轴—齿轮换向器—丝杆丝母机构—台面架。
7.侧升降喷泉水池
*数量：
2套；
*尺寸：
宽3m，长7.5m；
*升降高度：
1.2m；
*升降速度：
0.02m/s；
*静载荷：
4.0kN/m2+喷泉自重+盖板自重；
*动载荷：
喷泉自重+盖板自重；
*定位精度：
±2mm；
*运行噪声≤55dB；（环境噪声≤30dB，观众席一排测）。
8.中间升降喷泉水池
*数量：
1套；
*台面尺寸：
宽3.0m，长7.5m（弧形）；
*升降高度：
1.2m；
*升降速度0.02m/s；
*静载荷：
4.0kN/m2+喷泉自重+盖板自重；
*动载荷：
喷泉自重+盖板自重；
*定位精度：
±2mm；
*运行噪声≤55dB；（环境噪声≤30dB，观众席一排测）。
9.侧水池移动盖板
*数量：
2套；
*台面尺寸：
宽3m，长7.5m；
*移动距离：
3.0m；
*移动速度：
0.05m/s；
*静止载荷：
4.0kN/m2；
*定位精度：
±2mm；
*运行噪声≤55dB；（环境噪声≤30dB，观众席一排测）。
10.中间水池移动盖板
*数量：
1套；
*台面尺寸：
宽3m，长7.5m（弧形）；
*移动距离：
3.0m；
*移动速度：
0.05m/s；
*静止载荷：
4.0kN/m2；
*定位精度：
±2mm；
*运行噪声≤55dB；（环境噪声≤30dB，观众席一排测）。
四舞台要求
1.舞台设备木地板安装完工后各部水平间隙
舞台区域的各类升降台之间的间隙，主舞台区域的各类升降台与固定舞台地板之间的间隙：
≤10mm但>5mm。
2.设备结构刚度
所有承（吊）重的设备结构有足够的刚度，在额定荷载下结构的挠度不大于该结构支撑跨度的千分之一（1/1000），且不大于5mm。
3.一般维修工作
我们在机械设计时已考虑一般维修工作的简单和快捷，只需进行少量的拆卸工作即可对所有电气和机械部件进行检查和维修。
减速器的注油、排油等部件易于接近，检查油位、加油或换油时不需拆卸任何部件。
钢丝绳和链条能进行全长检查，需要进行调整的部件易于接近。
4．自诊断系统
电子设备、计算机及控制设备具有自诊断系统以简化寻找故障和便于设备维修，不用拆下承装部件就能更换任何损坏部件，更换部件时也不会损坏其它部件，维修工作不需要使用特殊工具，只需一般工具和试验设备。
五安全设计
*所有设备和装置均满足相应的安全标准和操作规程，符合安全卫生要求。
保证用户在安全工作环境下使用和维修设备；
*所有机械、电气控制系统具有故障自动保护的功能，以保证机械和电气控制系统对人身是安全的；
*所有运行设备均设置紧急停车系统。
紧急停车系统能使附近操作人员在发生事故或潜在事故时，方便而迅速地停止该区域内设备的所有运动部件的运转。
在操作台上和适当位置设置紧急停车按钮；
*所有从正常通道上能接触到的设备的移动或旋转的零部件均设防护装置，防止人身伤害。
平衡重以及类似装置的护网或护拦至少高出相邻地面2.5m以上，位于走道的维修门洞或活门有明显的标志；
*所有设备均设置各类保护（热保护、过载、超程、松绳），在各重要场所均设有紧急停止按钮，车台前后均设置防撞机构等；
*每一台设备设置维修开关（也用于安装调试），当维修人员使用该按钮进行设备维修工作时，该设备无法从其它操作台（盘）将其投入运转，以确保维修人员的安全；
*必须人力搬起和移动的物品，均标明重量和重心位置，经常移动的设备重量都设计得较轻，并按规定的标准设置把手；
*未经操作人员启动，任何设备均处于静止状态，只有在操作人员启动相应的开关后才能运动。
所有现场操作台（盘）均清楚地标明所控制的设备名称。
对悬吊设备、升降设备、行走和旋转设备在启动时，配有声光信号警告附近人员，以避免由于该设备的运动造成伤害；
*所有电线、电缆均为耐火型、阻燃型或低烟雾型（LSF）的，以减少事故的发生或避免发生事故时有害烟雾对人员的伤害；
*设置可变平衡重量的设备，平衡重设置在其下方无人员通过的地方。
必要时，其下方设置接受并承受下落物的装置。
六噪声与振动
所有机械设备的设计对噪声给以足够的重视，并采取适当的措施，降低机械噪声。
所有参与表演的机械（即在演出过程中运转的机械）均采用低噪声电动机，除了选用高精度减速器和高精度运动部件外，对电机和减速器选用好的型号和结构（如六极和斜齿轮）；并且采用特殊的方法，譬如在机座地下放置减振垫，或在电机不需要长期运行的地方，拆去电机的风扇以减轻风叶转动时的噪音，或在变频器上提高PWM调制频率以减轻电机的啸叫声，或在主电机外面加装隔音罩，或者尽量采用柔性联轴器等方式来降低噪音。
采取必要措施防止噪声传播和固体传声，确保噪声控制在技术要求中规定的最大噪声值以下。
在需要采用隔声设施时，保证这些隔声设施不会造成设备过热或其它问题。
不合格施工或劣质配件造成的噪声不采用降噪和隔声措施。
基本噪声等级：
设备运行造成的噪声在距设备1m处不大于60dB（A）。
振动：
所有设备运转时不会有过分的振动，所有部件都配有防震联接，必要的联结配有防震垫片、尼龙螺母或类似产品。
有振动倾向的设备与基础间采用减振或隔振措施。
设备构件设计时，考虑构件固有振动频率，以避免演出时演出活动产生共振。
七控制与操作
1.单体设备的控制
控制系统能高速实时监视设备运动的参数（速度、位置、限位等信号），各设备按设定的运动参数和内置于控制系统中的保护措施运行，以保证设备安全，并满足定位精度和同步精度的要求。
当有紧急情况发生或运动误差超过允许范围时，采取有效的措施。
设备运行的距离受到行程终止限位开关或超程限位开关的控制。
单体设备的控制装置相互独立，即对应某台设备的控制装置出现故障时，不影响其它设备的运转。
2.设备运行联锁
在空间位置或运动程序上相关联的舞台机械设备之间有安全、可靠的联锁，以保证人身和设备的安全。
紧急停机按钮和运行确认按钮是系统需要的必备的联锁条件。
我们确保所有这些联锁条件都已经引入到了控制系统中，并在操作台盘的屏幕上有文字信息提示或采用其它的提示手段。
完备的硬件联锁和智能的内置监控软件相结合，确保设备运行过程中的安全联锁。
3.控制系统的组成
控制系统提供了对舞台机械设备的不同控制方式。
控制系统的不同控制方式在满足下面的基本要求的前提下，根据我们的经验并结合当前技术的发展来合理地构成。
（1）主控制系统
主控制系统采用当前国际上流行的、代表控制技术发展方向的、成熟可靠的现场总线控制系统FCS，布线节省方便、抗干扰能力高、通用开放性好，是完全的网络化系统。
它能兼容不同厂家的可编程序控制器、现场控制器和工业控制计算机，实现系统最优配置。
主控制系统由西门子可编程控制器组成。
控制器与现场控制设备变频器以及现场输入输出点通过PROFIBUS-DP现场总线连接，保证系统即时响应。
用于监控和管理的计算机采用工业型计算机，可编程控制器之间以及可编程控制器和计算机之间通过高速的工业以太网相连，通讯速度为100MBps，保证了监控数据刷新、控制的实时性及舞台下设备之间的连锁控制。
集成位置控制功能的变频器作为现场控制设备，选用德国SEW公司或西门子国际知名品牌的矢量变频器，具有故障自诊断、自适应控制、防止误操作等功能。
因此无论是从控制设备还是从通讯网络来说，控制系统非常可靠，可提供连续操作的安全保障。
主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、故障诊断、系统维护等。
主要操作以屏幕窗口、图形、表格方式结合功能键盘或鼠标，并有适当的手动介入功能；可灵活进行运行操作。
（2）智能型手动控制系统
智能型手动控制系统作为主控制系统的备用手段，在计算机系统出现故障时，由智能型手动控制系统替代主控制系统，保证系统连续运行。
另外装台时用智能型手动控制系统来操作，更加方便实用，符合中国人的操作习惯。
智能型手动控制系统提供以下功能：
单体设备的控制、设备联锁、设备状态监视、预选择设备、设定运动参数等。
智能型手动控制在主操作台上完成操作，主要操作方式为键盘、或鼠标结合操作杆来完成。
（3）紧急控制系统
紧急控制系统提供在设备旁就地控制的功能，就地控制可在现场控制器或附近的电气机柜面板上进行控制，可完成对单台设备的单独运行控制。
这种控制功能的实现不受到来自主控制系统和智能型手动控制系统的任何影响。
4.安全要求
主操作台的控制权限是最高的，主操作台可以“冻结”移动操作台、手提式操作箱的操作。
所有操作台之间的操作不互相冲突，当其中一处选择某设备运行时，系统禁止在其它地方再选择该设备运行。
操作台之间的互斥性及不同操作位置对同一设备的控制调用，都在主操作台上高亮度显示出来，以引起操作人员的注意。
八操作系统功能及效果
操作人员通过对控制系统硬件及软件的逻辑组合所形成的功能进行应用，包括预选择设备、设备运动参数的设定、手动介入功能等。
1.操作功能逻辑
控制及显示的逻辑清楚易懂，并在整个控制系统中保持绝对一致。
控制系统的操作是安全的、迅速的。
2.操作及预设定
所有操作台（主操作台、移动式操作台），都能够对被控设备进行预选择和运动参数的设定，并提供设备状态的清晰指示，并且指示出当所有联锁和安全条件都满足时，预选的设备动作可以执行。
3.基本功能构成
系统具有支持任意设定停车位置的功能。
停车位置参考点的设定，对升降设备以舞台台面为参考点，对水平运行设备或旋转运行设备以设备原始配置为参考点。
预设停车位置的设定可以在主操作台及相应授权的触摸屏上方便的进行。
设定好的预设停车位置数据应该可以通过网络或用数据盘传输到系统中。
设备的起动可以按照预选择方式通过屏幕窗口、图形或表格方式用触摸屏、功能键盘或鼠标进行。
设备的运行将按照预设定的速度、预设定位置等参数从一个预设停车位置运行到另一个预设停车位置，或者从任意有效位置起动运行到另一个有效位置。
在缺省对设备的速度设定或无法进行速度设定时，设备按照系统默认的速度运行。
默认速度随不同的设备而不同，我们对此做出合理的设计，通过软件或硬件方式内置于控制系统中。
4.软件
采用软件专为剧场舞台机械设备控制与操作而设计开发的。
系统提供良好的人-机界面，操作简单明确，并具有图形数字显示、屏幕菜单操作、自动记忆、在线帮助、故障诊断、故障处理提示等功能。
操作方式是键盘操作结合鼠标点击画面的方式，特殊对话框的弹出实时、准确，浮点运算准确无误。
系统运行稳定、性能优良，达到工业级的平均无故障工作时间要求，控制技术和软件技术达到国内先进水平。
MicrosoftWindows2000计算机操作系统。
系统禁止操作人员对软件核心文件的访问，对软件的调用产生的用户文件用密码的方式做有效的保护。
在需要的时候，我们的技术人员可对软件进行远程操作监控、故障诊断以及程序修改。
5显示系统
显示系统的基本情况如下：
屏幕刷新没有明显的延迟。
实时显示当前的操作信息。
紧急信息除了在屏幕上显示外，还在操作台（盘）面上显示。
系统用屏幕窗口、图形、表格等方式来显示预选择设备、运行参数设定、在线帮助、故障信息、数据加载和管理功能，并用明显的方式区分不同设备的不同状态（选中、运行中、故障等）。
摘自《现代电视技术》
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