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吴志华
【摘 要】介绍上海大剧院主剧场舞台机械掌握系统改造工程的改造依据、原则,论述改造目标、内容和范围.
【期刊名称】《演艺科技》
【年(卷),期】2025(000)004
【总页数】6 页(P30-35)
【关键词】上海大剧院;舞台机械;掌握系统;改造
【作 者】吴志华
【作者单位】上海大剧院舞台技术部,上海 202503
【正文语种】中 文
概述
改造依据
上海大剧院是上海市颇有影响的文化设施之一，自 1998 年 8 月 27 日开业以来， 已成功上演过歌剧、音乐剧、芭蕾、交响乐、室内乐、话剧、戏曲等各类大型演出和综艺晚会，在国内外享有很高的知名度，很多国家政要、国际知名人士曾光临大
剧院。剧院内有 3 个剧场，其中，1800 座主剧场的舞台由一个 728 m2 的前舞台、一个 360 m2 的后舞台和两个 257 m2 的侧舞台组成，带有舞台平移、升降、旋
转、乐池升降和电动布景吊杆等设备，是上海重要的演出场所和艺术殿堂。
上海大剧院主剧场舞台机械设备自日本三菱重工株式会社〔以下简称三菱重工〕设
计建筑以来，已经受了 10 多年的运营。依据国家相关技术标准、安全法规以及机电技术手册要求，依据上海大剧院舞台设备系统原设计图纸技术资料和近年修理原始资料，并针对现阶段舞台设备系统技术的不断推陈出的状况，以及近期上海大剧院主剧场舞台机械设备系统运行状况和设备技术状况，可以看到上海大剧院舞台设备系统已过安全牢靠期，其中的核心电气/掌握系统已超过了设备〔产品〕的生命周期〔一般为 5～7 年〕，大局部设备以现在的标准来看已属淘汰产品，备品备件的供给已完全不能满足大剧院系统安全运行的条件，有不少的部件已磨损或可能
无备件，一旦这些部件消灭故障，很可能会引起系统故障或系统瘫痪，甚至是事故。因此，剧院打算对主剧场整体舞台设施予以彻底改造更，使上海大剧院这颗上海 文化设施明珠再次熠熠生辉，成为上海重要的中外文化沟通窗口和艺术沟通的桥梁。
改造的必要性
经长期运营后，由于机械磨损或负载的变化已引起运行参数的变化，导致掌握系统原来调试整定的参数偏离或失效，现有舞台系统〔台上/台下设备〕的运行指标
〔如低速运行、同步运行等〕已无法到达原设计或原调试到达的指标，具体如下：
运行检测元件〔如旋转脉冲发生器、确定位置编码器等〕光栅盘的老化引起检测数据的误差增大，进而影响掌握品质与精度。
各类操作部件已超期服役，如舞台电机的绝缘性能已下降至竣工验收测量值的一半；按钮、电位器、触摸屏键等因长期的触模使用〔超 10 年〕导致接触不良引起系统时发性或偶发性的误动作，使掌握系统牢靠性、安全性降低，运行安全风险加大。
原有掌握系统的计算机、触摸屏、PLC〔可编程规律掌握器〕、变频器等都是 20 世纪 90 年月初、中期产品，经过 10 余年的技术进展，不管哪一类产品技术性能指标都已有了极大的提升，当今流行掌握系统所承受的产品其性能指标都比
原系统的性能指标高出几个数量级，几乎没有可比性。原有系统的设备根本处于淘
汰边缘，有些设备因技术更加快也已停产且无备件，如目前仍在运行的日本安川公司的变频器产品已停产，给今后设备维护带来困难。
舞台掌握系统受当时设计理念、设计水平与设备制造水平的限制，与当今典
型掌握系统相比存在肯定系统缺陷，整体掌握技术已滞后于目前主流先进掌握理念， 其主要差距比照方下：
原有系统的网络拓扑构造为单总线构造，通信方式承受专用数据令牌传输方式， 而现今流行掌握系统的拓扑构造为环形或双环形或双总线构造，通信方式承受通用的以太网协议。
原有系统的计算机通过板卡与 PLC 数据网络相连，数据无备份，且图形计算机与掌握操作计算机各自独立，不能互为备份。现今掌握系统流行冗余方式，系统中全部的数据都有备份，储存在冗余效劳器中，而操作终端计算机可按功能的不同从冗余效劳器中存取所需的信息，不同的操作终端可完全实现功能的互为备用和数据交换。
受原有操作系统及软硬件功能的限制，对操作员层面的操作功能约束较大，在任何一个单独的操作员终端都不能全部看到操作前所必需了解的全部信息〔如吊杆运行时，在计算机显示终端上可看到吊杆运行的模拟画面，但实际数据只能在触摸屏上的专有画面中看到等〕。而承受当今流行的组态软件或触摸屏掌握软件，这些必需的操作信息在任何操作员终端都是可视化的。
该掌握系统从 1996 年开头建筑，至今已有十多年。按国外同类型剧院的更惯例，掌握系统应在设备〔产品〕使用年限到期之前，完成升级换代。基于一般设备的使用寿命和升级换代的速率，超期使用会带来运行安全的巨大风险，一旦一套核心部件故障，整个系统就无法完整、安全地运行。
综上所述，为确保上海大剧院主剧场舞台机械设备工作的安全，其舞台系统改造升
级工程已迫在眉睫。而且，越早进展改造越有利，其运行也越安全。改造应借鉴当
前中外剧院改造工程的成功阅历，对剧院整体舞台设施予以彻底改造更。
改造原则
上海大剧院主剧场舞台机械掌握系统改造的集成、设计制造、测试及试运行依据相关技术要求，并承受适合于该改造工程的相应质量标准、技术标准、试验规程以及在舞台设备行业中规定的任何其他标准，到达现代化的治理目标，主要表达以下几个根本原则。
在不转变舞台机械预定功能和使用需求的前提下，在既定的建筑构造尺寸和地基状况等边界条件下，依据多年的阅历及产品特点，进展深化改造设计，方案将表达合理性、可行性和优越性，保证改造后上海大剧院主剧场舞台设备使用的安全性、牢靠性、稳定性。
从系统构造及产品性能方面转变原有系统中因当时产品技术的局限以及系统价格的约束而产生的缺乏之处，以确保改造后系统到达或超过，并对类似系统的改造具有示范意义。
改造的掌握设备的预期使用寿命按产品的最高标准进展设计，努力提高设备配置的水平。
所供设备承受国际通用的标准化部件及零件，或承受制造厂商生产的标准产品。它 是当前舞台掌握中通用的，且具有技术先进、性能完备、安全牢靠、使用操作便利、备品备件更换便利、修理简洁的特点。
更的设备均符合现定的环境和电气标准，掌握系统的设计便于将来扩展。
全部设备和装置均满足相应的安全标准和舞台操作规程，保证用户在安全的工作环境下操作、使用和修理设备。
修理工作无需使用特别工具，而只需一般的工具和测试设备。全部制造、接线、试验及其他工作，均由经过培训的、有阅历的专业人员或技术工人完成。
改造方案
改造的目标
全面提升舞台机械设备使用的安全性、牢靠性、稳定性。
全面提升掌握系统的先进性，在投资预算内，以提高掌握系统的综合性价比为目标，提高设备配置的水平，使舞台掌握功能先进牢靠、配置合理周全，确保掌握系统到达或超过。
全面提升上海大剧院主剧场舞台掌握操作的可视化程度，使可用的可视信息更为全面，使用便利，提高操作简便性，降低误操作率。
对全部更换的部件选择通用的最的部件及产品，确保系统的可维护性及备品备件的便利性。
强化安全功能，保证改造后的掌握系统在标准的期限内安全使用。
以全的掌握系统协作演出的情节动作，表达表演中的艺术效果，满足国内外演出形式及各类大型会议和庆典活动的要求。
关键点及难点
关键点及难点
由于改造工程是对现有系统的局部设备进展更和技术升级，因此，改造后掌握系统的增功能和操作模式将表达对现有掌握方式和操作模式的继承和进展，以有利于操作应用的秉承和认同。改造工程的关键点与难点在于：
改造过程需严密结合 20 世纪 90 年月三菱重工设计上海大剧院主剧场舞台设备的机械构造、电气特性、设备运行性能等应用特点，确保改造后的舞台机械掌握系统在使用时与原三菱重工建筑的舞台设备完全匹配。
改造中欲建立的网络架构和数据通道，需利用原三菱重工敷设的原始网络数据链和掌握链的信号电缆。
改造中增掌握线缆的敷设需利用三菱重工原来在大剧院建设时所预埋预敷
的电缆桥架和电缆井及电缆管道。
改造中需更的局部设备需在三菱重工原掌握系统设计技术根底上进展，其更后设备的通讯接口、电气性能、参数特性、掌握功能需确保与原有系统匹配与兼容。
因此，上海大剧院主剧场舞台机械掌握系统的改造较一般大剧院舞台机械掌握系统的建而言，难度更大，改造中要求改造者除生疏原设计思想和原理、系统安排、设备的物理接口及相互通讯协议和原始数据的调用与安排等，还要生疏线缆的原始敷设走向分布和每根线缆的应用安排。只有这样，才能确保改造升级过程中对原有系统充分利用和完善，尤其是线缆的走向，以最大限度地保护主剧场的整风光貌， 保证上海大剧院正常运营和系统的顺当改造、建成、投入使用。
可行性方案
针对上述改造难点与要点，提出有效的可行性对策如下：
转变原系统的掌握方式，基于变动影响量最小进展筹划，PLC 冗余配置，柜内增现场 I/O、远程 I/O 站，充分利用原有系统的信号连接电缆，同时，建立系统正确掌握通道，重整定参数，确保系统稳定运行。
更的变频器承受相应的产品，与原变频器匹配。事先读取并记录将予以替换的原变频器设备的掌握、驱动保护、通信等专用信息，在理解的根底上按的数据格式输入到更替的系列变频器中，在网的架构上予以整定并调整至设备最正确工作状态以承继以往设备的功能。
清楚地了解原系统电缆走向、敷设数量及用途，改造过程中的敷设电缆均就地或在掌握盘上〔盘内〕，不大面积地更换老系统已敷设的电缆，系统要增加的网络连接电缆也利用老系统中的备用电缆〔芯数〕或老系统的电缆通道，重敷设光缆的范围亦仅限于各 PLC 站及操作室计算机效劳器。
表 1 改造前后系统优劣的比照分析
改造的内容及范围
舞台机械局部〔包括台上与台下〕
全部用于位置编码器检测的钢丝绳装置，树脂轮；两个乐池位置定位已消灭明显的两边偏差，需调整位置间隙；由于地面沉降缘由，后舞台与侧舞台运行时位置有偏差，需调整；大幕卷扬机构中的轴承需检查，局部需更换；吊杆局部运行频繁的电机及旋转编码器需更换。舞台机械的其他局部改造以检修、保养维护为主，保证运行的安全性及牢靠性，同时满足与升级后掌握系统的匹配与兼容。
电气与掌握系统
台上设备局部〔吊杆系统设备〕
主操作台、图形计算机、网络接口设备、软件的升级与更，操作画面的重组态编程。
主操作台和副操作台电气监控计算机、网络接口设备、软件的升级与更， 操作画面的重组态编程。
主操作台和副操作台的触摸屏的更替换，触摸屏软件的更升级，触摸屏画面的组态。
掌握盘内的全部 PLC 部件、软件更，程序移植。
掌握盘内的全部变频器部件更，参数移植。
变频器专用的 18 相整流电源装置主要部件的更。
增电气设备绝缘劣化在线监测装置。
增电力测量与能量治理系统。
局部或全部现场的限位开关、脉冲信号发生器、确定位置编码器的更。
局部继电器、接触器、电气开关及电位器、按钮、指示灯的更。
现场的配线作业与改造安装布线及光缆敷设。
升级更后的设备调整、参数确定、程序调试、设备试运行、操作培训、图纸等文档的编制。
无线监控系统的导入。
改造前后掌握系统优劣的比照分析如表 1 所示。
台下设备局部〔舞台系统设备〕 类同于台上设备的更内容。
系统构造及功能的增加
PLC、效劳器、通信网络承受冗余配置方式，使系统的牢靠性和稳定性得到更大的提高。
承受多屏显示技术，强化操作人员的操作可视化程度，避开消灭误操作。
增加无线便携式近台操作终端，便利布台调试。
增加离线仿真功能，在离线状态下支持节目制作编排设计。
增加日志记录功能，将各种设备的操作命令及运行状态的变位信息作为大事日志保存，供分析、检查、追述之用。
增加绝缘电能监控处理功能，支持系统初期特别或故障的查明及预警。
对图形操作终端的画面增加丰富的、的标准功能，扩大操作的范围，增加的操作手段与方式。
强化安全功能，防止突然消灭的误操作或误动作。
增加远程监控功能，可以由专家进展远程故障诊断。
系统的软件构造如图 1 所示。
系统的硬件构造
如图 2 所示。
系统技术指标
PLC 实时性指标
数据采样周期：≤10 ms；掌握执行时间：≤10 ms；A/D 转换时间：≤10 ms。
上位计算机实时性指标
画面调用响应时间：重要和报警画面≤1 s，90%常规画面≤2 s，其他≤3 s；数据库刷到画面上实时数据刷周期≤2 s；操作员发执行命令到应答显示的响应时间≤3s；从消灭报警信号到在画面上显示并发音响报警的响应时间 ≤2 s。
掌握响应时间
接收掌握命令到执行掌握的响应时间 ≤1s；掌握命令的响应时间满足操作要求。
牢靠性指标
上位计算机平均无故障时间〔 MTBF〕≥10000 h；PLC 平均无故障时间〔 MTBF〕
≥50000 h；通道平均故障时间＜24 h/y；电源系统平均故障时间＜4 h/y；设备平均故障排解时间＜1 h。
有用性指标
系统的可利用率不低于 %，停机时间不多于 h；系统时钟精度：1 ms。该方案的原则、目标、设备配置及其效果，尚需实践的最终检验。笔者期盼得到业内关注，原上海大剧院的改建最终能为行业供给可借鉴的阅历。