HMI及PLC在舞臺(tái)工作照明系統(tǒng)中的組態(tài)應(yīng)用
——以中央戲劇學(xué)院實(shí)驗(yàn)劇場(chǎng)為例

劉志勇

（中央戲劇學(xué)院，北京 100710）

1 概述

舞臺(tái)工作照明系統(tǒng)，是指根據(jù)不同的舞臺(tái)工藝要求與工作特性，為舞臺(tái)乃至整個(gè)劇場(chǎng)的相關(guān)活動(dòng)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(huì)議、放映、清掃、檢修等不同的舞臺(tái)活動(dòng)規(guī)律，舞臺(tái)工作照明系統(tǒng)通常由舞臺(tái)技術(shù)通道燈、舞臺(tái)區(qū)域燈、臺(tái)口燈、暗槽燈、靜場(chǎng)燈、演出工作藍(lán)燈、走道燈、室外建筑照明等組成（本文將觀眾席場(chǎng)燈劃分到舞臺(tái)演出照明范疇，因其控制調(diào)控方式大多是通過(guò)專(zhuān)業(yè)的舞臺(tái)調(diào)光設(shè)備才能完成，有時(shí)甚至通過(guò)舞臺(tái)燈光協(xié)議直接編入調(diào)光臺(tái)的場(chǎng)景光中。同時(shí)，上述命名因劇場(chǎng)建筑的設(shè)計(jì)背景、始建年代等不同，原始圖紙中對(duì)其的定義命名也有差異）。

傳統(tǒng)意義上的舞臺(tái)工作照明，以在多地安裝控制按鈕的方式，對(duì)舞臺(tái)不同部位的照明燈具進(jìn)行操控。其弊端是容易造成一些問(wèn)題，例如，在舞臺(tái)演出狀態(tài)過(guò)程中，舞臺(tái)工作照明被無(wú)端開(kāi)啟；或是在演出開(kāi)幕前，某些區(qū)域的舞臺(tái)工作照明還沒(méi)有被及時(shí)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(lái)，HMI（Human Machine Interface，人機(jī)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(tái)機(jī)械控制等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于其對(duì)系統(tǒng)輸入側(cè)的傳統(tǒng)機(jī)械按鈕進(jìn)行了高度集成，使得系統(tǒng)操控過(guò)程的人機(jī)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(kāi)啟與關(guān)閉都與舞臺(tái)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(shí)驗(yàn)劇場(chǎng)舞臺(tái)工作照明系統(tǒng)為應(yīng)用改造對(duì)象，闡述HMI及PLC在其控制中的組態(tài)應(yīng)用。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)劇場(chǎng)舞臺(tái)工作照明系統(tǒng)的傳統(tǒng)繼電控制回路加以適當(dāng)改造，以及有針對(duì)性的操控模式組合，形成不同的舞臺(tái)工作照明控制模式（檢修模式、清掃模式、演出模式、會(huì)議模式、排練模式、放映模式），使得舞臺(tái)工作燈“被誤觸發(fā)”“被遺忘關(guān)閉”等問(wèn)題得到最大程度的規(guī)避。

表1 舞臺(tái)工作照明系統(tǒng)的組成及功能介紹

表2 工作模式

2 舞臺(tái)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(shí)驗(yàn)劇場(chǎng)20世紀(jì)70年代的圖紙定義，對(duì)舞臺(tái)工作照明系統(tǒng)中的不同舞臺(tái)部位照明功能做簡(jiǎn)要概括（見(jiàn)表1）。

2.2 工作模式

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

3 S7 200 CN PLC的應(yīng)用改造實(shí)現(xiàn)

本次應(yīng)用改造在保留原有舞臺(tái)工作照明系統(tǒng)控制方式的基礎(chǔ)上實(shí)施并完成。原舞臺(tái)工作照明控制系統(tǒng)的開(kāi)啟位置，分別位于本地舞臺(tái)用電機(jī)房、放映機(jī)房、舞臺(tái)監(jiān)督工位，改造之處僅為通過(guò)控制回路中的旋轉(zhuǎn)按鈕開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)開(kāi)啟方式和模式開(kāi)啟方式的硬切換。

3.1 繼電控制原理

改造前后的舞臺(tái)工作照明系統(tǒng)三地控制繼電控制原理圖見(jiàn)圖1、圖2。

KT為延時(shí)閉合常開(kāi)觸點(diǎn)，只有室外建筑照明的繼電控制回路具備，用于劇場(chǎng)晚場(chǎng)演出時(shí)控制室外環(huán)境照明的啟閉。檢修工作模式時(shí)，只需將經(jīng)緯定時(shí)器置為手動(dòng)開(kāi)啟模式即可。其他舞臺(tái)工作照明無(wú)需此延時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn)，且控制回路相同。KA1—KA8為模式工作時(shí)的驅(qū)動(dòng)繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)，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(kāi)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(jiàn)圖3，S7 200 CN PLC輸出分配表見(jiàn)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(guò)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(shí)現(xiàn)

眾所周知，舞臺(tái)工作照明系統(tǒng)是舞臺(tái)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(tái)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(tái)工作照明模式化方式工作外，還應(yīng)滿足對(duì)舞臺(tái)各區(qū)域照明進(jìn)行單控組態(tài)的控制要求；

（2）登錄界面應(yīng)同時(shí)滿足進(jìn)入模式化工作和單控方式工作兩種組態(tài)按鈕需求。同時(shí)，因模式化工作界面涉及不同的舞臺(tái)活動(dòng)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(tái)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(dāng)某一種照明模式工作時(shí)，觸發(fā)另一種工作模式應(yīng)為無(wú)效，確保在同一時(shí)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(dòng)畫(huà)方式反饋給操作者對(duì)HMI的操控信息，特別是一種模式正在工作時(shí)，又錯(cuò)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(dāng)前日期與系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間。

4.2 定義外部變量

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

4.3 定義畫(huà)面及模式按鈕

通過(guò)WINCC flexible 2008組態(tài)工具軟件定義畫(huà)面及模式按鈕。在本次應(yīng)用改造中，共組態(tài)了三個(gè)畫(huà)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(guò)“模式登錄”按鈕進(jìn)入“模式界面”，也可以通過(guò)“單控登錄”按鈕進(jìn)入“單控界面”；而“模式界面”既可以通過(guò)“下一頁(yè)”按鈕進(jìn)入“單控界面”，也可以通過(guò)“返回”按鈕返回“登錄界面”；“單控界面”只能通過(guò)“返回”按鈕返回“登陸界面”，無(wú)法回到“模式界面”。

上述界面之間的調(diào)用功能通過(guò)畫(huà)面系統(tǒng)函數(shù)Activate Screen實(shí)現(xiàn)，按鈕按照普通文本方式建立。當(dāng)前系統(tǒng)日期與時(shí)間的顯示，通過(guò)在“登錄界面”插入項(xiàng)目視圖工具欄中的日期時(shí)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(gè)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(chǔ)器M1.0—M1.5，使得按鈕未被按下前顯示“開(kāi)啟”，按下之后顯示“停止”并保持。同時(shí)，通過(guò)為按鈕設(shè)置切換背景顏色的外觀動(dòng)畫(huà)來(lái)實(shí)現(xiàn)其被按下之后顯示藍(lán)色，用以提示操作用戶對(duì)相應(yīng)模式的觸發(fā)。當(dāng)其所開(kāi)啟的模式狀態(tài)正常時(shí)，相應(yīng)位置的右側(cè)圓形圖形對(duì)象也會(huì)切換為紅色，表示模式被正確觸發(fā)。當(dāng)同一時(shí)刻存在兩個(gè)以上模式被觸發(fā)時(shí)，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(duì)象都不會(huì)再切換顏色，用以提示操作者進(jìn)行了錯(cuò)誤觸發(fā)，此功能用變量關(guān)聯(lián)模式反饋位存儲(chǔ)器M0.0—M0.5實(shí)現(xiàn)。此類(lèi)模式操控按鈕（含圖6單控按鈕）的外部變量關(guān)聯(lián)運(yùn)用系統(tǒng)函數(shù)中的編輯位Invert Bit功能實(shí)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(chǔ)器M2.0—M2.7，繼而分別驅(qū)動(dòng)輸出映像寄存器Q0.0—Q0.7，實(shí)現(xiàn)對(duì)舞臺(tái)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(tái)演出、會(huì)議、放映活動(dòng)中，舞臺(tái)工作照明系統(tǒng)都必須按照相應(yīng)的工作流程進(jìn)行開(kāi)啟和保留，不能任意開(kāi)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(xiāo)時(shí)間為一分鐘，即一旦選擇相應(yīng)的工作照明模式并完成開(kāi)啟后，若返回至登錄界面，則將會(huì)在一分鐘后鎖定該模式狀態(tài)。同時(shí)，為有效處理舞臺(tái)演出活動(dòng)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(gè)模式按鈕

圖6 單控方式按鈕

圖7 模式登錄按鈕

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)HMI及PLC對(duì)舞臺(tái)工作照明系統(tǒng)的組態(tài)應(yīng)用改造，針對(duì)不同的舞臺(tái)工藝要求和工作特點(diǎn)，預(yù)置不同的工作模式，可以提高舞臺(tái)工作照明系統(tǒng)操控的可靠性。同時(shí)，也可以從根本上有效規(guī)避舞臺(tái)演出、放映、會(huì)議等活動(dòng)過(guò)程中，由于多種誤操作等原因造成的不同舞臺(tái)工作區(qū)域照明被無(wú)端開(kāi)啟的異常狀況。同時(shí)，在滿足舞臺(tái)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(tái)尷尬”問(wèn)題。