浅谈威亚技术在舞台演出中的应用及控制系统架构设计

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【摘 要】威亚技术用于舞台演出上，运用舞台机械实现天马行空的飞天动作，威亚与舞蹈、武术、杂技、影视武打相结合，在舞台上展现出一人飞天、双人齐飞、多人齐飞的壮观场面。

空中飞人在各种文艺晚会、庆典活动当中起到一种画龙点睛的艺术效果，深受晚会制作人和导演以及广大电视观众的青睐。






一、威亚分类
（1）人力威亚
要是通过人来拉动演员或者道具进行飞行表演，一个演员的飞行表演往往需要数个人员拉动绳索配合。为了达到预期效果，一般需要进行较长时间的彩排。目前，人力威亚在舞台演出中应用较少，在电影行业使用比较广泛。



（2）数控威亚
主要是依靠电机带动威亚设备，通过威亚设备带动人员或者道具完成上下升降、前后移动等动作。数控威亚一般采用专用的操作系统，通过运动控制算法保证设备的精确运动，数控威亚可完成较为复杂的运动过程，一般不需要人员进行长期的配合训练，相比人力威亚，需要排练的周期相对较短。
（3）一维威亚
只实现上升和下降，运行动作相对简单，但相比常规剧场的单点吊机而言，速度一般更快，出绳速度能达到3 m/s，甚至更快。
（4）二维威亚
可实现演员的升降和平移动作，其实现的形式较多。



轨道型威亚
4.1、轨道型威亚
轨道型威亚常见的是基于小车模式的，即轨道上运行多个小车，小车上带一到多根钢丝绳，不仅可实现小车沿轨道的移动，还可以实现小车上自带钢丝绳的升降，常见的轨道形式有直线轨道、圆形轨道和异形轨道。



索道型威亚
4.2、索道型威亚
一般需要前期在表演空间的两侧搭建威亚塔，然后在空中搭建索道，小车依附索道进行升降和平移。



双线威亚
4.3、双线威亚
电机放置于表演空间的两侧，两条钢丝绳将演员或道具吊挂成V字形，2台电机控制钢丝绳的收放，实现二维空间的移动。



三维威亚
（5）三维威亚
形式也分多种，钢丝绳连接的数量根据实际需要来进行设计，常见的是四条钢丝绳的四索三维威亚。


二、威亚控制系统的架构
2.1、分散控制
典型的分散结构威亚控制系统如图所示，系统分为三层结构。



分散控制
2.2、集总控制
典型的集总结构威亚控制系统架构如图所示，同样采用分层的设计方式，分为如下三层。



集总控制
三、威亚的安全问题
针对演出中威亚的应用，多数安全功能都需要达到SIL3的安全等级，比如急停类设计、位置偏差保护、速度偏差保护、超载保护等。
目前，威亚在国内演出应用中，需要注意以下常见的安全问题。

• 国内典型的威亚设备多采用伺服驱动，有时只采用伺服电机自带的抱闸进行制动，制动安全隐患较大，应该增加外部制动或者采用双制动异步电机的方案。
  
• 无松乱绳检测。威亚设备出绳速度快，钢丝绳一旦出现松乱绳的情况，容易造成钢丝绳被绞断的情况出现，需增加此类安全开关检测。
  
• 操作终端安全规范不到位。如有些威亚系统仍然采用鼠标或者触摸方式直接启动设备运行，没有按键、手柄等激活操作的实体，安全隐患较大。
  
• 未配置安全编组功能。不配置安全编组功能很容易在多组威亚设备吊挂一个物体的时候发生安全隐患。