戏剧场舞台机械系统在国内可以说是独树一帜，其台下舞台机械采用鼓筒式转台与液压驱动升降台/块能够有机融合地呈现丰富的舞台效果。这套舞台机械的电气控制系统（以下简称：该系统）尤其复杂，它不仅涉及到台上、台下机械设备的同时使用，还要兼顾液压系统的稳定有效运行。

戏剧场舞台机械电气控制系统由德国力士乐公司（Rexroth，以下简称：力士乐）主导设计，该系统沿袭了力士乐电气控制系统的基本框架。如图1所示。

力士乐电气控制系统主要分三个层级：操作层级、控制层级和驱动层级。操作层级包括操作面板（Operating panels ）、数据存储器（ Accesspoint ）、编程计算机 RC （Production Computer）和状态计算机SM（Status Monitor）；控制层级包括主控制器MC（Master Controller）、数据处理器DC（Data Concentrator）、总线主控BM（Bus Master）、轴控制器BLE（Axis Controller）和可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller）等；驱动层级包括液压电机、气动液压缸、电机以及变频器等。

SYB2000舞台机械控制系统由力士乐于1997年开发，系统中的计算机以双通道结构工作。即，舞台设备的全部传感器和执行机构都由2台计算机同时处理。如果一台计算机检测到一个故障，传动装置将进入安全状态停止运行。整套系统是根据欧洲舞台系统相关安全标准EN 61508 （VDE 0803）（安全相关系统中计算机的原则）的要求设计，该系统实施的安全措施符合3级安全完整水平。

戏剧场的SYB2000舞台机械控制系统的操作层级主要包括编程计算机RC、状态计算机SM、控制面板SC/CP和开机面板；控制层级主要包括EP电气柜和EA电气柜等；执行层级主要包括轴控制器BLE、变频器、气动液压缸、电机和PLC等。见图2。

其中EP电气柜主要功能是提供CP控制盘所在地及主要单元的24V工作电压。EP电气柜提供输入电压的设备还包括：数据控制器（DC）、MR-10总线的总线主机（BM）、耦合单元、状态计算机（SM）和编程计算机（RC）的网络、通过CP控制盘的计算机连接器的网络、CP插座里的主控单元等。

EA电气柜的主要功能是提供电力配电器（总线分配器）、SC控制盘、SC插座及各种驱动器主控单元的24V工作电压。EA电气柜提供输入电压的设备还包括：驱动器的高阶轴计算机（双通道控制升降台1和升降台2）、主控单元、SC控制盘的计算机、各种驱动器的SC插座的网络、轴控制器（BLE）、通过轴控制器单元连接器的网络等。

15年来，该系统总共出现故障320多起，基本上涵盖了操作层、控制层及执行层三个层级。其中出现故障频率较高的是轴控制器、变频器、保险、BTH板。故障比例如图3所示。

发生的电气故障按出现的频率可分为两大类：经常性故障和偶发性故障。其中经常性故障主要包括：轴控制器、变频器、保险、BTH板等；偶发性故障主要包括：载荷控制器、升降台块锁定装置、继电器、主控接触器、变频器风扇、数据总处理器（HUB）、编码器等。

在电气系统中，保险的作用不用赘述，它作为电气系统的守护排头兵，必须守好第一关。戏剧场电气系统中的保险分为两类：供电路保险和信号路保险。由于外网电路输入不稳定或者系统开启时造成的瞬间电流过大，从而导致保险熔断是保险损坏的最主要原因。因此，要经常性地检查各类保险的使用情况，确保各类保险能起到即时熔断的作用，保护整个电气系统不受到电流冲击。

该系统采用一个轴控制器控制四个驱动器动作的控制模式。这种模式有利于节约成本，但是弊端就是损坏一台轴控制器会导致四个装置驱动器不能动作。

变频器出现故障的频率比较高。导致这些故障发生的原因可能是环境、电压、设备老化、使用过载等。戏剧场设备使用环境是处于国际一流水平的，常年恒温恒湿，所以环境不应是主要原因。而且国家大剧院对工作人员操作设备有严格的规范要求，使用过载也不应是主要原因。因此，变频器的故障原因主要在于设备老化等。

对变频器故障的故障点、种类、原因进行判断时，首先应根据控制面板的错误代号进行初步判断，然后观察变频器上的指示灯信号是否正常来排查故障点。变频器的故障处理可以尝试断电重启进行复位，以及重置使用参数等方法，如发现变频器元器件损坏则需要更换新的变频器。2020年曾出现过吊杆在按激活键以后设备运行之前缓慢向上或向下移动，最后通过吊杆变频器参数重置的方法消除了此现象。

接触器是电气系统中使用频率最高的电气元件，是配电柜、电控柜等重要的组成部分，是电气系统重要的电力控制部件。由于该系统老化，接触器出现的故障频率也在逐年攀升，主要表现为接触器吸合不紧、烧毁等。其中主要原因就是由于常年使用造成接触器的触头处形成积碳，从而导致吸合不紧。因此，在设备使用维护中应对接触器加强检查，及时更换有问题的接触器，以免对电气系统的供电造成影响。

在舞台机械电气控制系统中，继电器是其中必不可少的部件。继电器的种类很多，通常分为保护继电器和控制继电器两大类。该系统曾发生因继电器损毁致使转台不能转动的故障。该系统的电磁式继电器和时间继电器见图4。

继电器也是故障高发的部件，故障的发生和使用条件有着密切的关系。在使用过程中，在非必要情况下，应避免向继电器长时间通电，以免继电器线圈长时间处于高温状态导致线圈烧毁。另外，继电器触点接触不良也是引发故障的重要原因。由于继电器触点表面氧化腐蚀、附着灰尘异物等，或者设备使用中长时间震动都会导致继电器触点接触不良。

经过多年的使用，该系统还出现过载荷传感器失效、BTH电路板烧毁、温度传感器失灵、编码器定位不准等故障。这些故障均属于偶发性故障，也应加以关注。

选自 《演艺科技》2022年第二期 杨懿春《国家大剧院戏剧场舞台机械电气控制系统及故障分析》。转载请标注：演艺科技传媒。更多详细内容请参阅《演艺科技》。

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