專利名稱：基于以太網(wǎng)的大型噴泉及特效表演的集成控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)控制及舞臺表演技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于以太網(wǎng)的大型噴泉及特效表演的集成控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，綜合性的大型噴泉控制系統(tǒng)大體上可以分成兩大部分噴泉控制部分及特效表演控制部分，其中具體包括噴泉水景、火景(噴火表演)、電腦燈光、激光及水幕投影等。
關(guān)于噴泉控制系統(tǒng)的解決方案多種多樣，但就控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)而言，采用的多是以一臺工業(yè)控制計(jì)算機(jī)或者PLC(可編程邏輯控制器)為控制主體，利用本身自帶或者外部擴(kuò)展的模擬量和數(shù)字量輸入輸出卡，來實(shí)現(xiàn)對電氣驅(qū)動電路和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。但由于這種傳統(tǒng)控制方式在擴(kuò)展性、對環(huán)境要求的苛刻性，兼容性等方面固有的弊端，這種控制方式已經(jīng)很難滿足目前大型綜合性噴泉水景的越來越高的要求。
DMX是Digital Multipiex的縮寫，譯名為數(shù)字多路復(fù)用協(xié)議，由美國劇場技術(shù)學(xué)會(USITT)定義。目前，DMX512通訊協(xié)議已經(jīng)成為舞臺/劇場燈光控制、娛樂表演設(shè)備的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括電腦燈、火景等都可以采用相同的協(xié)議進(jìn)行控制，許多公司還擁有自己開發(fā)的電腦燈和火景控制系統(tǒng)。
此外，激光器和投影設(shè)備也越來越多地用到噴泉表演中，它們一般都具備通過以太網(wǎng)遠(yuǎn)程控制的功能。
因此，如何解決傳統(tǒng)噴泉控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的種種弊端，并能實(shí)現(xiàn)將上述表演設(shè)備和系統(tǒng)將噴泉控制系統(tǒng)有機(jī)地集成在一起，形成水景、燈光、火景綜合聯(lián)動表演的特殊效果，提出一個有效的、通用的、可擴(kuò)展的控制結(jié)構(gòu)解決方案將是一個關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上面提出的問題，提出了一種新的具有通用性的大型噴泉及特效表演的集成控制系統(tǒng)的解決方案，底層采用目前使用最為廣泛的以太網(wǎng)方式，上層自行定義具體的控制協(xié)議，即可實(shí)現(xiàn)不同表演設(shè)備和系統(tǒng)的無縫集成及聯(lián)動表演。具體如下系統(tǒng)可以分為中央控制部分，通信控制部分，噴泉驅(qū)動及執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分，以及特效表演系統(tǒng)部分。
中央控制部分包括計(jì)算機(jī)控制站和數(shù)據(jù)服務(wù)器，控制站通過內(nèi)置軟件完成對系統(tǒng)的整體控制功能，并將信息實(shí)時記錄在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，還可以從服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中獲取新的控制信息或完成軟件的在線更新；數(shù)據(jù)服務(wù)器、計(jì)算機(jī)控制站通過以太網(wǎng)連接于通信控制部分，并控制通信控制器和噴泉噴泉；通信控制部分包括通信控制器和噴泉控制器，通信控制器用于以太網(wǎng)協(xié)議和串行通信協(xié)議以及DMX512協(xié)議的之間的實(shí)時轉(zhuǎn)換，噴泉控制器用于輸出數(shù)字量和模擬量以驅(qū)動噴泉的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；噴泉驅(qū)動及執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分包括驅(qū)動電路、變頻器、水泵、彩燈、電磁閥，根據(jù)通訊控制部分傳送過來的控制指令完成最終的機(jī)械、電氣設(shè)備的驅(qū)動和輸出；特效表演部分包括電腦燈表演系統(tǒng)、火景表演系統(tǒng)、水幕投影表演系統(tǒng)、激光表演系統(tǒng)，它們同樣根據(jù)通訊控制部分傳送過來的控制指令達(dá)到聯(lián)動表演的效果。
所述的基于以太網(wǎng)的大型噴泉及特效表演的集成控制系統(tǒng)，通信控制部分包括控制器包括控制器A、B，“控制器A”是指具有以太網(wǎng)接口的控制模塊，可以直接接入以太網(wǎng)；“控制器B”是指只具備串行通信能力的控制模塊，需要另接通信控制器接入以太網(wǎng)。
所述的基于以太網(wǎng)的大型噴泉及特效表演的集成控制系統(tǒng)，“控制器B”是指只具備串行通信能力RS485/422/232的控制模塊。
所述的基于以太網(wǎng)的大型噴泉及特效表演的集成控制系統(tǒng)，通訊控制器包括通信控制器A、B，“通信控制器A”用于以太網(wǎng)協(xié)議和串行通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，“通信控制器B”用于以太網(wǎng)協(xié)議和DMX512協(xié)議的轉(zhuǎn)換。
所述的基于以太網(wǎng)的大型噴泉及特效表演的集成控制系統(tǒng)，所述的控制器A、B的輸出包括數(shù)字量和模擬量。
所述的基于以太網(wǎng)的大型噴泉及特效表演的集成控制系統(tǒng)，所述的噴泉驅(qū)動及執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分包括驅(qū)動電路、變頻器、水泵、彩燈、電磁閥，變頻器控制水泵，驅(qū)動電路控制水泵、彩燈、電磁閥。
技術(shù)方案本發(fā)明提出了一種基于以太網(wǎng)的分布式控制架構(gòu)，表演控制系統(tǒng)的主干控制網(wǎng)絡(luò)采用基于IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)方式連接，所有控制設(shè)備，交換設(shè)備，表演設(shè)備，計(jì)算機(jī)等都接入以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況選擇，一般采用超五類雙絞線或是光纖。
具體如下具備以太網(wǎng)接入能力的現(xiàn)場控制模塊直接接入控制網(wǎng)絡(luò)；目前市場上使用較多的只具備串行(RS485、RS422)接入能力的控制模塊，可以通過增加通信控制器(以太網(wǎng)/串口協(xié)議轉(zhuǎn)換器)來將其接入控制網(wǎng)絡(luò)；控制站(計(jì)算機(jī))、通信控制器及數(shù)據(jù)服務(wù)器則通過交換機(jī)相連接入控制網(wǎng)絡(luò)。對各個噴泉設(shè)備(控制點(diǎn))進(jìn)行控制的數(shù)據(jù)幀遵從自己定義的協(xié)議格式，并全部通過以太網(wǎng)發(fā)送，控制模塊(下位機(jī))收到數(shù)據(jù)幀后自動解析并輸出相應(yīng)的控制量(包括模擬量和數(shù)字量)。
對于特效表演部分，電腦燈和火景控制器都遵從國際通用的DMX512控制協(xié)議，同樣可以采用通信控制器(以太網(wǎng)/DMX協(xié)議轉(zhuǎn)換器)將其接入控制網(wǎng)絡(luò)，上層協(xié)議也同樣可自行定義；投影儀直接具備以太網(wǎng)遠(yuǎn)程操作功能，可以直接接入控制網(wǎng)絡(luò)；激光表演系統(tǒng)一般都具備以太網(wǎng)控制的接口，制定好通訊協(xié)議即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集成控制。
特點(diǎn)及優(yōu)勢基于以太網(wǎng)的噴泉及特效表演的集成控制方法與目前常用的以工控機(jī)或PLC等作為控制主體的集中控制方式相比有如下特點(diǎn)√將多種獨(dú)立的表演設(shè)備通過以太網(wǎng)有機(jī)地集成到一起，豐富了表演內(nèi)容，并可以達(dá)到整體聯(lián)動的效果。
√可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制及多控制室分布式控制，消除了傳統(tǒng)控制方法要求計(jì)算機(jī)與電器控制柜需在同一控制室的限制，適用于控制設(shè)備數(shù)量大、控制點(diǎn)分布分散的大型噴泉系統(tǒng)，并且利用控制模塊的遠(yuǎn)程通訊功能大大減少了電纜使用量，節(jié)約了成本。
√任何一臺連入控制網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)即可對整個表演系統(tǒng)進(jìn)行控制，容易進(jìn)行冗余備份，比傳統(tǒng)方法可靠性更高。
√控制網(wǎng)絡(luò)易于擴(kuò)展，方便增加新的控制設(shè)備及表演設(shè)備。
√以太網(wǎng)的通訊速率可達(dá)100Mbps以上，可以滿足系統(tǒng)對帶寬有更高要求的需要。
√實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與上層信息管理網(wǎng)絡(luò)的無縫集成。


圖1是本發(fā)明的基于以太網(wǎng)的大型噴泉及特效表演的集成控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式
請參閱整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框1，整個系統(tǒng)分為四個部分，中央控制部分10，通信控制部分20，噴泉驅(qū)動及執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分30，以及特效表演系統(tǒng)部分40。
中央控制部分10包括數(shù)據(jù)服務(wù)器11和計(jì)算機(jī)控制站121、122、123，所有控制站處于同等地位，通過內(nèi)置軟件完成對系統(tǒng)的整體控制功能，并將信息實(shí)時記錄在服務(wù)器11數(shù)據(jù)庫中；通信控制部分20包括通信控制器A21、通信控制器B22和噴泉控制器A23和控制器B241～246，通信控制器用于不同協(xié)議間的實(shí)時轉(zhuǎn)換，噴泉控制器用于輸出數(shù)字量和模擬量以驅(qū)動噴泉的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；噴泉驅(qū)動及執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分30包括驅(qū)動電路32、變頻器31、水泵331、水泵332、彩燈34、電磁閥35。變頻器31控制水泵331，驅(qū)動電路32控制水泵332、彩燈34、電磁閥35。根據(jù)通訊控制部分傳送過來的控制指令完成最終的機(jī)械、電氣設(shè)備的驅(qū)動和輸出；
特效表演部分40包括電腦燈表演系統(tǒng)42、火景表演系統(tǒng)41、水幕投影表演系統(tǒng)43、激光表演系統(tǒng)44，它們同樣根據(jù)通訊控制部分傳送過來的控制指令達(dá)到聯(lián)動表演的效果。
系統(tǒng)控制流程文字說明如下首先，由噴泉系統(tǒng)操作人員編排一個控制文件存于任何一個計(jì)算機(jī)控制站的表演文件庫中，控制文件可以看作是一個表演序列文件，它將時間軸分成了若干小段，記錄了各段時間內(nèi)系統(tǒng)中噴泉驅(qū)動及執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分30和特效表演部分40的各個設(shè)備或系統(tǒng)的狀態(tài)或變化方式，這將作為整個系統(tǒng)的輸入。系統(tǒng)也允許控制文件存放在遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)服務(wù)器11的數(shù)據(jù)庫中，系統(tǒng)運(yùn)行之前將控制文件下載至計(jì)算機(jī)控制站的本地表演文件庫中。然后，系統(tǒng)讀入該文件后啟動，根據(jù)時間段里設(shè)定好的控制信息，隨著時間的推移，通過以太網(wǎng)不斷的向系統(tǒng)的通信控制部分20發(fā)送控制信息。通信控制部分20中的通信控制器A21根據(jù)與其連接的控制器的類別，分別將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成基于RS422或者RS485串行通信方式的數(shù)據(jù)包格式傳送至控制器B，而對于直接接入以太網(wǎng)的控制器A23，則直接根據(jù)其自身的通訊協(xié)議直接發(fā)送控制命令即可，從而控制器A和控制器B輸出相應(yīng)的模擬量(0～10V或4～20mA)或數(shù)字量(12VDC或24VDC)來觸發(fā)噴泉驅(qū)動及執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分30中的驅(qū)動電路32、變頻器31、水泵331、水泵332、彩燈34、電磁閥35以達(dá)到不同的水景表演效果。通信控制器B22則負(fù)責(zé)將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為火景表演系統(tǒng)41和電腦燈表演系統(tǒng)42所需要的DMX512數(shù)據(jù)格式，從而控制火景和電腦燈的聯(lián)動表演。對于直接連接至控制網(wǎng)絡(luò)的水幕投影表演系統(tǒng)43、激光表演系統(tǒng)44，也可以根據(jù)事先制定好的通訊協(xié)議，直接控制其在各段時間內(nèi)的表演情況。整個控制過程持續(xù)到輸入的表演文件中設(shè)定的時間結(jié)束為止。
權(quán)利要求
1.一種基于以太網(wǎng)的大型噴泉及特效表演的集成控制系統(tǒng)，系統(tǒng)可以分為中央控制部分，通信控制部分，噴泉驅(qū)動及執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分，以及特效表演系統(tǒng)部分，其中，中央控制部分包括計(jì)算機(jī)控制站和數(shù)據(jù)服務(wù)器，控制站通過內(nèi)置軟件完成對系統(tǒng)的整體控制，并將信息實(shí)時記錄在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)服務(wù)器、計(jì)算機(jī)控制站通過以太網(wǎng)連接于通信控制部分，并控制通信控制器和噴泉噴泉；通信控制部分包括通信控制器和噴泉控制器，負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)不同協(xié)議間的轉(zhuǎn)換和控制命令的解析輸出；噴泉驅(qū)動及執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分包括驅(qū)動電路、變頻器、水泵彩燈、電磁閥，根據(jù)通訊控制部分傳送過來的控制指令完成最終的機(jī)械、電氣設(shè)備的驅(qū)動和輸出；特效表演部分包括電腦燈表演系統(tǒng)、火景表演系統(tǒng)、水幕投影表演系統(tǒng)、激光表演系統(tǒng)，同樣根據(jù)通訊控制部分傳送過來的控制指令達(dá)到聯(lián)動表演的效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于以太網(wǎng)的大型噴泉及特效表演的集成控制系統(tǒng)，其特征在于，通信控制部分包括控制器包括控制器A、B，“控制器A”是指具有以太網(wǎng)接口的控制模塊，可以直接接入以太網(wǎng)；“控制器B”是指只具備串行通信能力的控制模塊，需要另接通信控制器接入以太網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于以太網(wǎng)的大型噴泉及特效表演的集成控制系統(tǒng)，其特征在于，“控制器B”是指只具備串行通信能力RS485/422/232的控制模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于以太網(wǎng)的大型噴泉及特效表演的集成控制系統(tǒng)，其特征在于，通訊控制器包括通信控制器A、B，“通信控制器A”用于以太網(wǎng)協(xié)議和串行通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，“通信控制器B”用于以太網(wǎng)協(xié)議和DMX512協(xié)議的轉(zhuǎn)換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于以太網(wǎng)的大型噴泉及特效表演的集成控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的控制器A、B的輸出包括數(shù)字量和模擬量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于以太網(wǎng)的大型噴泉及特效表演的集成控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的噴泉驅(qū)動及執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分包括驅(qū)動電路、變頻器、水泵、彩燈、電磁閥，變頻器控制水泵，驅(qū)動電路控制水泵、彩燈、電磁閥。
全文摘要
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)控制和舞臺表演技術(shù)領(lǐng)域，基于以太網(wǎng)的大型噴泉及特效表演的集成控制系統(tǒng)。系統(tǒng)分為中央控制部分，通信控制部分，噴泉驅(qū)動及執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分，以及特效表演系統(tǒng)部分。中央控制部分包括計(jì)算機(jī)控制站和服務(wù)器，并將信息實(shí)時記錄在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中；通信控制部分包括通信控制器和噴泉控制器，完成系統(tǒng)不同協(xié)議間的轉(zhuǎn)換和控制命令的解析輸出；噴泉驅(qū)動及執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分根據(jù)通訊控制部分傳送過來的控制指令完成機(jī)械、電氣設(shè)備的驅(qū)動和輸出；特效表演部分包括電腦燈表演系統(tǒng)、火景表演系統(tǒng)、水幕投影表演系統(tǒng)、激光表演系統(tǒng)，根據(jù)通訊控制部分傳送過來的控制指令達(dá)到聯(lián)動表演的效果。
文檔編號G05B15/02GK1967424SQ20051008690
公開日2007年5月23日 申請日期2005年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月17日
發(fā)明者李晨曦, 曹月東, 李昌智, 胡包鋼 申請人:中國科學(xué)院自動化研究所, 北京中科鴻正環(huán)境科技有限公司