劉志勇

（中央戲劇學(xué)院，北京 100710）

1 概述

舞臺工作照明系統(tǒng)，是指根據(jù)不同的舞臺工藝要求與工作特性，為舞臺乃至整個劇場的相關(guān)活動區(qū)域提供演出狀態(tài)或非演出狀態(tài)的必要工作照明組合。按照裝、排、演、拆、會議、放映、清掃、檢修等不同的舞臺活動規(guī)律，舞臺工作照明系統(tǒng)通常由舞臺技術(shù)通道燈、舞臺區(qū)域燈、臺口燈、暗槽燈、靜場燈、演出工作藍燈、走道燈、室外建筑照明等組成（本文將觀眾席場燈劃分到舞臺演出照明范疇，因其控制調(diào)控方式大多是通過專業(yè)的舞臺調(diào)光設(shè)備才能完成，有時甚至通過舞臺燈光協(xié)議直接編入調(diào)光臺的場景光中。同時，上述命名因劇場建筑的設(shè)計背景、始建年代等不同，原始圖紙中對其的定義命名也有差異）。

傳統(tǒng)意義上的舞臺工作照明，以在多地安裝控制按鈕的方式，對舞臺不同部位的照明燈具進行操控。其弊端是容易造成一些問題，例如，在舞臺演出狀態(tài)過程中，舞臺工作照明被無端開啟；或是在演出開幕前，某些區(qū)域的舞臺工作照明還沒有被及時關(guān)閉。究其原因，大多是由于人為誤操作或其他不確定因素所致。

近年來，HMI（Human Machine Interface，人機接口，俗稱觸摸屏）和PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）的組態(tài)應(yīng)用已在工業(yè)控制、智能建筑、舞臺機械控制等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于其對系統(tǒng)輸入側(cè)的傳統(tǒng)機械按鈕進行了高度集成，使得系統(tǒng)操控過程的人機交互性與可靠性得到顯著提高。

由于不同位置的照明燈具開啟與關(guān)閉都與舞臺工作的不同內(nèi)容息息相關(guān)，本文僅以中央戲劇學(xué)院實驗劇場舞臺工作照明系統(tǒng)為應(yīng)用改造對象，闡述HMI及PLC在其控制中的組態(tài)應(yīng)用。通過對實驗劇場舞臺工作照明系統(tǒng)的傳統(tǒng)繼電控制回路加以適當改造，以及有針對性的操控模式組合，形成不同的舞臺工作照明控制模式（檢修模式、清掃模式、演出模式、會議模式、排練模式、放映模式），使得舞臺工作燈“被誤觸發(fā)”“被遺忘關(guān)閉”等問題得到最大程度的規(guī)避。

表1 舞臺工作照明系統(tǒng)的組成及功能介紹

表2 工作模式

2 舞臺工作照明系統(tǒng)的組成和控制要求

2.1 系統(tǒng)組成及功能

依照實驗劇場20世紀70年代的圖紙定義，對舞臺工作照明系統(tǒng)中的不同舞臺部位照明功能做簡要概括（見表1）。

2.2 工作模式

按照不同的舞臺工藝流程，可以將舞臺工作照明系統(tǒng)整合為以下幾種工作模式（見表2）。

3 S7 200 CN PLC的應(yīng)用改造實現(xiàn)

本次應(yīng)用改造在保留原有舞臺工作照明系統(tǒng)控制方式的基礎(chǔ)上實施并完成。原舞臺工作照明控制系統(tǒng)的開啟位置，分別位于本地舞臺用電機房、放映機房、舞臺監(jiān)督工位，改造之處僅為通過控制回路中的旋轉(zhuǎn)按鈕開關(guān)，實現(xiàn)手動開啟方式和模式開啟方式的硬切換。

3.1 繼電控制原理

改造前后的舞臺工作照明系統(tǒng)三地控制繼電控制原理圖見圖1、圖2。

KT為延時閉合常開觸點，只有室外建筑照明的繼電控制回路具備，用于劇場晚場演出時控制室外環(huán)境照明的啟閉。檢修工作模式時，只需將經(jīng)緯定時器置為手動開啟模式即可。其他舞臺工作照明無需此延時常開觸點，且控制回路相同。KA1—KA8為模式工作時的驅(qū)動繼電器常開觸點，由PLC的輸出映像繼電器控制，SA1—SA8為原繼電控制功能與模式控制功能的兩位旋轉(zhuǎn)按鈕開關(guān)。

圖1 改造前繼電控制原理圖

圖2 改造后繼電控制原理圖

3.2 S7 200 CN PLC輸出端口分配

S7 200 CN PLC輸出端口分配見圖3，S7 200 CN PLC輸出分配表見表3。

其中，用于PLC梯形圖上傳的USB/PPI編程電纜連至S7 200 CN的PORT 1端口，HMI通過RS485通信電纜與S7 200 CN PORT 0端口連接組網(wǎng)。

圖3 S7 200 CN PLC輸出端口分配

表3 S7 200 CN PLC輸出分配表

表4 HMI組態(tài)變量表

4 SMART LINE 700 IE HMI與S7 200 CN PLC組態(tài)應(yīng)用實現(xiàn)

眾所周知，舞臺工作照明系統(tǒng)是舞臺監(jiān)督控制系統(tǒng)中不可或缺的操控功能之一。因此，本次應(yīng)用改造中，將SMART LINE 700 IE作為HMI安裝于舞臺監(jiān)督界面。

4.1 系統(tǒng)具體組態(tài)控制要求

（1）改造應(yīng)用中，除滿足舞臺工作照明模式化方式工作外，還應(yīng)滿足對舞臺各區(qū)域照明進行單控組態(tài)的控制要求；

（2）登錄界面應(yīng)同時滿足進入模式化工作和單控方式工作兩種組態(tài)按鈕需求。同時，因模式化工作界面涉及不同的舞臺活動的安全可靠要求，需做限制性操作用戶設(shè)置，而單控方式可直接登錄，用于演出中處理突發(fā)事故的緊急照明；

（3）不同舞臺工作照明模式化之間應(yīng)具備可靠的邏輯程序互鎖關(guān)系，即當某一種照明模式工作時，觸發(fā)另一種工作模式應(yīng)為無效，確保在同一時刻只能有一種照明模式在工作；

（4）改造應(yīng)用中，應(yīng)具備三種動畫方式反饋給操作者對HMI的操控信息，特別是一種模式正在工作時，又錯誤觸發(fā)另一種模式，應(yīng)具備必要的操控警告方式；

（5）在登錄界面顯示HMI系統(tǒng)當前日期與系統(tǒng)當前時間。

4.2 定義外部變量

通過WINCC fl exible 2008組態(tài)工具軟件定義外部變量（見表4）。

4.3 定義畫面及模式按鈕

通過WINCC flexible 2008組態(tài)工具軟件定義畫面及模式按鈕。在本次應(yīng)用改造中，共組態(tài)了三個畫面，分別為“登錄界面”、“模式界面”、“單控界面”。三者之間的調(diào)用關(guān)系為“登錄界面”可以通過“模式登錄”按鈕進入“模式界面”，也可以通過“單控登錄”按鈕進入“單控界面”；而“模式界面”既可以通過“下一頁”按鈕進入“單控界面”，也可以通過“返回”按鈕返回“登錄界面”；“單控界面”只能通過“返回”按鈕返回“登陸界面”，無法回到“模式界面”。

上述界面之間的調(diào)用功能通過畫面系統(tǒng)函數(shù)Activate Screen實現(xiàn)，按鈕按照普通文本方式建立。當前系統(tǒng)日期與時間的顯示，通過在“登錄界面”插入項目視圖工具欄中的日期時間域?qū)崿F(xiàn)。其中，“模式登錄”按鈕做了用戶操作權(quán)限設(shè)置（圖4）。

圖5中的六個模式按鈕按照文本列表的形式建立，文本列表中選擇布爾位（0，1），變量則關(guān)聯(lián)模式位存儲器M1.0—M1.5，使得按鈕未被按下前顯示“開啟”，按下之后顯示“停止”并保持。同時，通過為按鈕設(shè)置切換背景顏色的外觀動畫來實現(xiàn)其被按下之后顯示藍色，用以提示操作用戶對相應(yīng)模式的觸發(fā)。當其所開啟的模式狀態(tài)正常時，相應(yīng)位置的右側(cè)圓形圖形對象也會切換為紅色，表示模式被正確觸發(fā)。當同一時刻存在兩個以上模式被觸發(fā)時，除了梯形圖邏輯中的可靠互鎖之外，第二次之后觸發(fā)的所有模式按鈕右側(cè)的圓形圖形對象都不會再切換顏色，用以提示操作者進行了錯誤觸發(fā)，此功能用變量關(guān)聯(lián)模式反饋位存儲器M0.0—M0.5實現(xiàn)。此類模式操控按鈕（含圖6單控按鈕）的外部變量關(guān)聯(lián)運用系統(tǒng)函數(shù)中的編輯位Invert Bit功能實現(xiàn)。

圖6單控方式按鈕的建立方式與模式按鈕相同，所關(guān)聯(lián)的變量為位存儲器M2.0—M2.7，繼而分別驅(qū)動輸出映像寄存器Q0.0—Q0.7，實現(xiàn)對舞臺工作照明系統(tǒng)中單控回路的直接操控。

圖7中“模式登錄”按鈕，啟用屬性安全的操作權(quán)限，因任何舞臺演出、會議、放映活動中，舞臺工作照明系統(tǒng)都必須按照相應(yīng)的工作流程進行開啟和保留，不能任意開啟或關(guān)閉，因此，將此模式的登錄設(shè)置權(quán)限，且設(shè)定密碼注銷時間為一分鐘，即一旦選擇相應(yīng)的工作照明模式并完成開啟后，若返回至登錄界面，則將會在一分鐘后鎖定該模式狀態(tài)。同時，為有效處理舞臺演出活動中的突發(fā)事故，為其提供照明條件，預(yù)留了直接單控方式登錄。

圖4 登錄界面

圖5 六個模式按鈕

圖6 單控方式按鈕

圖7 模式登錄按鈕

5 結(jié)語

通過HMI及PLC對舞臺工作照明系統(tǒng)的組態(tài)應(yīng)用改造，針對不同的舞臺工藝要求和工作特點，預(yù)置不同的工作模式，可以提高舞臺工作照明系統(tǒng)操控的可靠性。同時，也可以從根本上有效規(guī)避舞臺演出、放映、會議等活動過程中，由于多種誤操作等原因造成的不同舞臺工作區(qū)域照明被無端開啟的異常狀況。同時，在滿足舞臺安全的基礎(chǔ)上，能夠最大限度地解決在演出中易于暴露在觀眾視線內(nèi)的“舞臺尷尬”問題。