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| 舞臺機械安全完整性等級 |
| 發(fā)布時間：2022-2-22 15:18:49 |
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舞臺專業(yè)音響
舞臺機械安全完整性等級
自國家大劇院1998年開始啟動建設(shè)以來，我國劇場建設(shè)連續(xù)20年蓬勃發(fā)展，取得了舉世矚目、令人驕傲的成績。國產(chǎn)的舞臺機械（含控制系統(tǒng)）裝備了國內(nèi)絕大多數(shù)劇場，少數(shù)還出口國外。據(jù)報道，機械設(shè)備（含控制系統(tǒng)）的國產(chǎn)化率很高（達(dá)80％到90％）。在肯定成績的同時也使不適當(dāng)?shù)陌胃哒f法有了市場。例如：認(rèn)為“我國舞臺機械設(shè)的產(chǎn)品品質(zhì)、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)流程等方面與國外先進(jìn)水平差距不大”，甚至認(rèn)為“國內(nèi)骨干企業(yè)的機械設(shè)備技術(shù)達(dá)到了國際舞臺機械設(shè)備的領(lǐng)先水平”，“產(chǎn)品已經(jīng)形成多個系列”，通用產(chǎn)品開始標(biāo)準(zhǔn)化、系列化等等。
個人認(rèn)為，我國舞臺機械（含控制系統(tǒng)）行業(yè)的技術(shù)水平與國際還有明顯的差距，除了劇場建設(shè)因配置形式單一帶來的諸多問題外，標(biāo)準(zhǔn)奇缺（特別是設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備及管理安全標(biāo)準(zhǔn)、單機及系統(tǒng)使用操作標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品系列參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)、維護(hù)及保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)、控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)等）、設(shè)計理念（例如安全設(shè)計的理念、系統(tǒng)控制的理念等）偏差、設(shè)計方法不當(dāng)（機械與電氣設(shè)計分離、舞臺機械與劇場整體設(shè)計分離等）、設(shè)備及機構(gòu)不完善（制動器沒有單獨的安全檢測裝置、松繩——欠載控制機械裝置不靠譜、高速吊機鋼絲繩偏角修正裝置不全、防火幕下降到位檢測裝置缺失等）、控制安全系統(tǒng)要求低（當(dāng)前使用的PLC系統(tǒng)是基于程序控制而非運動控制概念，SIL3要求的多個運動控制功能無法達(dá)到）等方面的差距是明顯的。試想，舞臺機械專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范總數(shù)不超過10個，其產(chǎn)品如何達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化？連舞臺機械設(shè)備參數(shù)系列標(biāo)準(zhǔn)都沒有，怎么奢談系列化？設(shè)計、設(shè)備和安全控制等方面存在的明顯差距，豈能空談機械設(shè)備技術(shù)達(dá)到了國際舞臺機械設(shè)備的領(lǐng)先水平？
只能說，我國舞臺機械的設(shè)備技術(shù)只能夠滿足當(dāng)前劇場低水平（演出場次不多、舞臺機械使用頻率不高、機械設(shè)備動作復(fù)雜及控制嚴(yán)格的歌劇舞劇演出場次極少等）的演出需求，與西歐先進(jìn)國家舞臺機械在演出中的使用頻率、復(fù)雜程度以及對控制系統(tǒng)的嚴(yán)格要求，有著明顯的差異。至少水平仍有較大的提升空間，需要業(yè)內(nèi)同仁不斷努力，在標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)（完善專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)系列）、設(shè)計理念與方法、基礎(chǔ)研究（如高速卷揚機的降噪材料研究、高速卷揚機制動機能研究、新型松繩機構(gòu)研究等）、系統(tǒng)控制安全設(shè)計（從普通的程序控制向運動控制的功能性轉(zhuǎn)變等）等方面，提高要求，迅速趕上國際先進(jìn)水平。
從滿足SIL3安全完整性要求談國內(nèi)外差距
4.2.1 差距主要表現(xiàn)在控制系統(tǒng)
除上文提到的舞臺機械專業(yè)與國外的差距（標(biāo)準(zhǔn)的、設(shè)計的、管理的、基礎(chǔ)研究的等）外，從滿足SIL3安全完整性要求出發(fā)，可以認(rèn)為舞臺機械系統(tǒng)與國外的差距，機械專業(yè)和控制專業(yè)都有，但控制系統(tǒng)表現(xiàn)更為突出，而且差距明顯。目前國內(nèi)控制系統(tǒng)的主流是PLC系統(tǒng)，由于我們的設(shè)計理念基于過程控制，雖然表面上滿足了劇場的使用要求，實際上只是低水平的要求。而SIL3的設(shè)計理念是基于系統(tǒng)的運動控制，用有效的運動控制方法達(dá)到系統(tǒng)整體安全的目的。國內(nèi)現(xiàn)有的PLC系統(tǒng)完全達(dá)不到國外軸控制系統(tǒng)的安全完整性等級SIL3的要求，只是一般意義上的程序控制。要對全國大部分劇場的控制系統(tǒng)進(jìn)行SIL3達(dá)標(biāo)改造，在技術(shù)、工期、投資等方面有很多問題。實際上，PLC系統(tǒng)也有運動控制，如西門子的產(chǎn)品就有PLC系統(tǒng)運動控制器。但無論是改造或是新設(shè)計，其投資不菲。歐洲先進(jìn)國家采用的是各制造廠為舞臺機械控制專門開發(fā)的軸控制器（軸運動控制器），產(chǎn)品完全符合控制系統(tǒng)的功能安全理念并達(dá)到SIL3的要求。以往由于沒有從SIL3對控制的根本要求出發(fā)，對軸控制器乃至國外整個控制系統(tǒng)的認(rèn)識比較膚淺，一些評價有失偏頗，往往強調(diào)了軸控制器的缺點而沒有看到它的優(yōu)越性能。對國內(nèi)使用的PLC系統(tǒng)只看到它能使用（處于低水平）、價格低（安全性能差）、易掌握（缺乏安全性）、能滿足低水平演出使用等方面，而沒有從SIL3的基本要求去衡量。國外的專用軸控制器也確有諸如不通用、價格高、備品備件獲得受廠商“終生”控制、售后服務(wù)不及時等問題。
據(jù)報道，2018年初，大豐舞臺設(shè)計研究院率先研發(fā)了國內(nèi)首臺軸控制器，已經(jīng)通過了德國TÜV的認(rèn)證，并成功在廣西柳州文化中心劇院等工程使用。其技術(shù)參數(shù)和專業(yè)功能已達(dá)到歐洲主要廠商產(chǎn)品的同等水平，價格卻有大幅度的降低。大豐的研究成果和這一產(chǎn)品的成功應(yīng)用，有望大大提高我國舞臺機械設(shè)備的裝備水平，迅速縮小與國外的差距。
（注：以下所述除少數(shù)外均為現(xiàn)PLC控制不具備、或不能達(dá)到SIL3要求的功能，以黑體字表示）
為了載荷安全控制，受控設(shè)備必須配置載荷傳感器，它的作用是：
• 過載保護(hù)：在120％額定載荷時設(shè)備不能提升運動。
• 欠載保護(hù)：即常常稱為松繩保護(hù)，簡化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，保護(hù)更準(zhǔn)確。
• 復(fù)雜運動時精確計算運動曲線，確保運動平穩(wěn)。
• 某些情況下，可以滿足設(shè)備輕載高速、重載低速的特殊指令。
• 單制動器分別檢測：升降設(shè)備的雙制動器必須能進(jìn)行單個制動器的性能測試。
• 制動器安全控制SBC（Safe Brake Control）：設(shè)備在使用狀態(tài)，確保關(guān)斷驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，并對制動器的制動力矩定時檢測，確保設(shè)備靜態(tài)、動態(tài)的狀態(tài)安全；
• 制動器安全測試SBT（Safe Brake Test）：對靜態(tài)制動器施加一定轉(zhuǎn)矩，周期性測試制動器的實際位移，確保制動器安全，避免載荷自動滑落。
0類緊急停機SS0（Safe Stop0）:即不可控急停，觸發(fā)時直接斷開電源；
1類緊急停機SS1（Safe Stop1）：即可控急停，觸發(fā)時先定時控制減速然后切斷電源。
注：標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了0類和1類緊急停機，且0類緊急停機優(yōu)先，由于0類緊急停機產(chǎn)生巨大的慣性力，對設(shè)備本身和建筑結(jié)構(gòu)不利，近來采用1類緊急停機的越來越多。
安全極限速度：限制設(shè)備的最大運行速度，一般為額定速度的125％；
系統(tǒng)默認(rèn)速度：當(dāng)操作選定速度超出設(shè)備速度參數(shù)時，以設(shè)定的系統(tǒng)默認(rèn)速度（一般為額定速度的80％）運行；
安全速度控制：實時檢測演出場景設(shè)定的速度并進(jìn)行限制，一般為設(shè)定速度的125％；
速度誤差控制：實時檢測演出場景設(shè)定的速度是否在規(guī)定的誤差范圍內(nèi)，超出速度誤差范圍時，即發(fā)出停機信號。
場景安全位置限制：檢測設(shè)備的所有實際使用位置必須在場景設(shè)定的允許范圍內(nèi)，而不是設(shè)備的限位開關(guān)限定的范圍，即常說的場景參數(shù)設(shè)置；
雙編碼器位置測試：雙編碼器的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果其中一個超出規(guī)定誤差，則會產(chǎn)生錯誤信息，并進(jìn)行自動調(diào)整補償。必要時會啟動停機程序。
• 方向控制：保證電動機只能按規(guī)定方向運轉(zhuǎn)，以處理事故并避免事故進(jìn)一步發(fā)展。
在設(shè)備的安全開關(guān)觸發(fā)進(jìn)行事故處理后，設(shè)備第一次運轉(zhuǎn)的方向必須是產(chǎn)生事故的反方向，即向減小事故趨勢的方向運行。如：
吊桿下降時松繩保護(hù)開關(guān)觸發(fā)停機后，處理事故后吊桿的運行方向必須是提升；
吊桿上升時跳槽保護(hù)開關(guān)觸發(fā)停機后，處理事故后吊桿的運行方向必須是下降；
升降臺上升時防剪切開關(guān)觸發(fā)停機后，處理事故后升降臺的運行方向必須是下降；
升降臺下降時防剪切開關(guān)觸發(fā)停機后，處理事故后升降臺的運行方向必須是上升；
場景需要固定連接到多個舞臺機械設(shè)備上，鎖定型編組中所有的舞臺機械設(shè)備必須以相同的速度同步運行并移動相同的距離，即時間位移同步。為避免鎖定型編組中因設(shè)備間出現(xiàn)速度或位置偏差，引起場景的傾翻或扭曲等危險情況發(fā)生，系統(tǒng)應(yīng)該高速監(jiān)控該組內(nèi)各設(shè)備的速度和位置，當(dāng)該組中任一設(shè)備的速度和位置超出誤差允許范圍時，系統(tǒng)應(yīng)停止該組內(nèi)所有運行的設(shè)備，系統(tǒng)發(fā)出的停止命令應(yīng)該是緊急停機命令（EMS）。
注：還有時間同步編組，即在不同位置的設(shè)備在相同時間內(nèi)，運行不同的距離，到達(dá)同一設(shè)定目標(biāo)位置。
用于控制速度、距離等參數(shù)組合復(fù)雜的設(shè)備組的運行。在這種情況下操作的失誤將導(dǎo)致場景及設(shè)備碰撞或損壞等危險情況。系統(tǒng)必須高速監(jiān)控該組中所有運行設(shè)備的速度和位置，當(dāng)該組中的任一設(shè)備沒有按照預(yù)先設(shè)定或計算出的速度曲線運行，或者速度或位置的偏差超出了系統(tǒng)允許的誤差范圍時，系統(tǒng)必須立即停止該組內(nèi)所有設(shè)備的運行，系統(tǒng)發(fā)出的停止命令應(yīng)該是緊急停機命令（EMS）。
用于控制按設(shè)定順序運動并有聯(lián)鎖關(guān)系的設(shè)備組的運行。當(dāng)該組中任一設(shè)備的運動順序不符合聯(lián)鎖關(guān)系或發(fā)生故障時，系統(tǒng)必須立即停止該組內(nèi)所有設(shè)備的運行，系統(tǒng)發(fā)出的停止命令應(yīng)該是緊急停機命令（EMS），以免損壞設(shè)備和發(fā)生危險情況。
用于控制相互之間獨立的多個設(shè)備的同時聯(lián)合運行。自由型編組允許各設(shè)備的運行獨立于其他設(shè)備，按照預(yù)先設(shè)定的速度圖和動作距離來運行。當(dāng)該組中任一設(shè)備的速度或位置的偏差超出系統(tǒng)允許的誤差范圍時，系統(tǒng)將發(fā)出針對單個設(shè)備的停止命令，而其他正常運行的設(shè)備不受任何影響。
以上所述運動及其誤差控制，在故障或事故狀態(tài)下也同樣適用。
（1）安全完整性等級SIL風(fēng)險評估系統(tǒng)是適用于控制、機械等行業(yè)并被世界廣泛認(rèn)可的風(fēng)險評估方法。
（2）要采取合適的措施來盡量減少危險事件發(fā)生的可能性。所要求的措施和措施執(zhí)行的程度，不管是單個的或聯(lián)合的，都應(yīng)滿足系統(tǒng)的安全完整性等級。
（3）可以用提供冗余（部分或整體）、避免危險操作（存在故障情況下的操作）、提供使用信息等措施來降低風(fēng)險。
（4）如果安全裝置激活，設(shè)備應(yīng)在運行方向停止下來。應(yīng)該允許與危險運行方向相反的運動。
（5）所有安全裝置的功能應(yīng)能夠進(jìn)行檢測。
（6）為應(yīng)對各類可能產(chǎn)生的故障（速度調(diào)節(jié)、限位開關(guān)、載荷、速度、位置、運動誤差等），提供可靠保護(hù)。
（7）不同演出藝術(shù)門類劇場的舞臺機械設(shè)備、甚至同一劇場內(nèi)的舞臺機械設(shè)備，并不都是一個安全完整性等級，應(yīng)在風(fēng)險分析的基礎(chǔ)上，選擇舞臺機械設(shè)備的安全功能和安全完整性等級SIL。作者認(rèn)為：高速和運動關(guān)系復(fù)雜的舞臺機械設(shè)備如吊桿機、單點吊機、臺下設(shè)備（有同步運動和連鎖運動要求）的安全完整性等級應(yīng)為SIL3；低速、簡單運動和舞臺范圍外的機械設(shè)備如燈光設(shè)備、臺口區(qū)設(shè)備（防火幕、大幕機、假臺口等）、布景轉(zhuǎn)運及儲存設(shè)備、布景組裝設(shè)備、防火隔聲設(shè)備等的安全完整性等級應(yīng)為SIL2。
（8）使用信息是機械設(shè)備交付不可或缺的一部分，使用信息包括對機器設(shè)備安全和正確使用所需要的所有指示，也包括技術(shù)措施達(dá)不到預(yù)定安全要求時，采取的必要的組織性安全措施。
鑒于中外戲劇、劇場和舞臺機械行業(yè)發(fā)展階段的不同，中外文化及意識形態(tài)的差異，演出劇目及舞美設(shè)計對安全等級要求的不同，以上提出的差距和問題，應(yīng)從我國的實際狀態(tài)出發(fā)，既安全第一，又區(qū)別對待，用不同的模式解決劇場的現(xiàn)實問題。特提出幾點建議、最好能制定出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：
（1）按專業(yè)劇場演出藝術(shù)門類的不同，規(guī)定出不同的控制要求，如音樂廳、戲劇場和歌劇舞劇劇場的舞臺機械控制要求有明顯的差異；不同等級的歌劇舞劇劇場的舞臺機械控制也有不同的要求；
（2）將國內(nèi)大部分多用途劇場從演出需要和技術(shù)上分級，以規(guī)定各級劇場起碼的控制要求。級別的區(qū)分要考慮城市的規(guī)模和國際化程度、劇場的規(guī)模和國外演出團(tuán)體來華演出的需求等因素。
（3）除上文第（7）條外的劇場其他設(shè)備，應(yīng)按劇場分類、技術(shù)分級的不同，依據(jù)風(fēng)險分析的方法，分別進(jìn)行風(fēng)險分析，確定各自的安全完整性等級。
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