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娛樂(lè)業(yè)的發(fā)展未曾停歇止，人們對(duì)能夠震驚觀眾和新穎奇特的特技效果的追求也越來(lái)越迫切。電影和直播中的連續(xù)飛行畫(huà)面是導(dǎo)演的錦囊妙計(jì)。Flying by Foy 公司位于美國(guó)拉斯維加斯市。50 多年以來(lái)，該公司致力于飛行表演效果。盡管后臺(tái)已經(jīng)隱藏了盡可能多的相關(guān)設(shè)備，飛行模擬自動(dòng)化還是離不開(kāi)精準(zhǔn)的控制系統(tǒng)。基于 Beckhoff 的 PC 控制和 EtherCAT 技術(shù)，使 Flying by Foy 公司將這一切變成了現(xiàn)實(shí)。
過(guò)去的幾年里，F(xiàn)lying by Foy 公司成功地為 50 多場(chǎng)百老匯演出、華盛頓特區(qū)史密森尼博物館實(shí)況轉(zhuǎn)播、2004 奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì) 和其它體育賽事，以及無(wú)數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)娛樂(lè)活動(dòng)、劇院表演和電影等提供了飛行特技服務(wù)。Flying by Foy 公司技術(shù)設(shè)計(jì)師 Matt Bevacqua 說(shuō)“我們的控制裝置實(shí)現(xiàn)了直觀性和易操作性的完美結(jié)合。操作人員無(wú)需任何自動(dòng)化工作原理知識(shí)，即可輕松完成變化莫測(cè)、激動(dòng)人心的飛行表演。”
EtherCAT 對(duì)運(yùn)動(dòng)控制無(wú)任何限制
2008 年中，F(xiàn)lying by Foy公司決定對(duì)其 Pegasus 自動(dòng)化控制產(chǎn)品進(jìn)行一次重大升級(jí)，以提高協(xié)調(diào)定位性能并增強(qiáng)安全功能。“例如，造船廠采用吊架移動(dòng)集裝箱時(shí)總是不斷努力避免整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)搖晃，F(xiàn)lying by Foy 公司則正好相反，我們正是利用戲劇性搖晃和動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)令人興奮的飛行效果” Matt Bevacqua 說(shuō)。
自由飛行技術(shù)要求采用相當(dāng)多擺錘效果和大幅度搖晃動(dòng)作，而且，這些效果和動(dòng)作不能輕易被起重機(jī)或帶緊負(fù)載控制功能的四點(diǎn)系統(tǒng)所復(fù)制。
新的 Pegasus 運(yùn)動(dòng)控制和自動(dòng)化系統(tǒng)必須考慮這一點(diǎn)，且必須能夠安全地實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)曲線。上一代 Pegasus自動(dòng)化技術(shù)利用同一個(gè)包（即帶有集成式智能的驅(qū)動(dòng)）內(nèi)的運(yùn)動(dòng)控制器和逆變器處理定位控制任務(wù)和速度控制。“它工作起來(lái)非常棒，但是，傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線基礎(chǔ)設(shè)施卻限制了該設(shè)備之間的通信。”Matt Bevacqua 抱怨道。“我們的系統(tǒng)通常要求使用多個(gè)主站控制器，因此，這嚴(yán)重限制了我們的應(yīng)用。一定程度的協(xié)調(diào)必不可少，然而，標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)這種程度的協(xié)調(diào)功能。我們要求擁有一種可以自己定義的通信協(xié)議解決方案。”
適用于所有產(chǎn)品系列的集成式控制平臺(tái)
Flying by Foy公司目前有三個(gè)產(chǎn)品系列：DW-V3 型演員飛行鉸車、IW-V 型鉸車（制作在標(biāo)準(zhǔn)的 12 英寸箱形桁架內(nèi)，是一種非常有用的搖滾巡回演出解決方案，用于快速安裝舞臺(tái)設(shè)備）和 BR-X 裝置（帶無(wú)線控制單元；是一種吊艙，可在 I 型梁上來(lái)回移動(dòng)且無(wú)需牽繩，可以做上升和旋轉(zhuǎn)等表演動(dòng)作）。Pegasus 自動(dòng)化軟件基于 Windows，可以用作所有這三種控制器平臺(tái)的流量控制器，該軟件友好的用戶界面可以完成數(shù)據(jù)寫入、編輯和保存。Flying by Foy 公司所有這三個(gè)產(chǎn)品系列都使用 Beckhoff C6515 工業(yè) PC（處理器：Intel® Celeron® M）、TwinCAT NC PTP 軟件和 EtherCATI/O 終端。“C6515 的形狀和大小與機(jī)架配合極好，而且還允許機(jī)架內(nèi)熱量順暢地排出。”Matt Bevacqua 說(shuō)。“一般的實(shí)施可能總共需要 5 或 6 個(gè)機(jī)架，因此，保持良好的硬件通風(fēng)效果必不少。2010 年夏天，F(xiàn)lying by Foy公司在泰山的一次室外表演中使用了 Beckhoff 的工業(yè) PC。泰山位于猶他州 lvins 市的沙漠中，常年平均溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)100℉ (38℃)。
Flying by Foy 公司的控制解決方案使用了 Beckhoff C6515 工業(yè) PC 機(jī)（并安裝在 3.5 英寸機(jī)架中）。
現(xiàn)在，F(xiàn)lying by Foy 公司采用 CX9010 嵌入式 PC 取代了C6515。“TwinCAT 集成式軟件平臺(tái)適用于各種 Beckhoff 控制器，因此，我們需要做的全部工作僅是將控制軟件從一種型號(hào) Beckhoff 硬件傳送至另一種型號(hào)。”Matt Bevacqua 接著解釋道。“TwinCAT 還有另一個(gè)好處，它允許我們?cè)谕粋�(gè)Windows CE 操作系統(tǒng)環(huán)境中編寫自己的應(yīng)用和其它更多的系統(tǒng)工具，我們還充分利用TwinCAT 令人贊嘆的適應(yīng)性、I/O連接功能和運(yùn)動(dòng)控制塊。”
Flying by Foy 公司的大多數(shù)驅(qū)動(dòng)程序和用戶界面都采用Microsoft Visual Studio® 編寫。“我們非常期待 Beckhoff的最新一代軟件 TwinCAT 3，該軟件實(shí)現(xiàn)了與 Visual Studio®的集成。”Matt Bevacqua 說(shuō)。“TwinCAT 已經(jīng)給予我們無(wú)限靈活性，使得我們能夠在 Beckhoff 系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)自己的定制型驅(qū)動(dòng)，因此，我們可以不斷適應(yīng)項(xiàng)目需求的變化。現(xiàn)在，我們不再被局限于任何一種特定硬件，而是可以根據(jù)需要隨時(shí)完成改變。對(duì)于我們所處的行業(yè)來(lái)說(shuō)，這極為關(guān)鍵。因?yàn)椋覀兊膽?yīng)用需求始終在發(fā)展，交貨時(shí)間通常極短。”
“我們的控制技術(shù)即直觀又易用。這些技術(shù)可以幫助操作員制造出動(dòng)感十足、令人窒息的飛行場(chǎng)景。”科爾公司的技術(shù)設(shè)計(jì)師 Matt Bevacqua 說(shuō)。
EtherCAT – 娛樂(lè)工程優(yōu)秀的通信解決方案
Flying by Foy 公司利用 EtherCAT 極大地提高了 Pegasus自動(dòng)化系統(tǒng)的通信性能。“采用 EtherCAT，我們可以與幾乎任何一種現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行完美的通信。”Bevacqua 解釋說(shuō)，“例如，借助 EL6751 CANopen 主設(shè)備終端，我們可以在EtherCAT 系統(tǒng)中經(jīng)濟(jì)、方便地實(shí)現(xiàn)全功能 CANopen 主設(shè)備。更令人稱道的是，基于 EtherCAT，我們還可以非常容易地集成其它 PROFIBUS 或 DeviceNet 主設(shè)備。”Flyingby Foy 公司還采用 EL6851 DMX 主/從終端進(jìn)行燈光控制。Matt Bevacqua 聲稱：“利用 EtherCAT 實(shí)現(xiàn) DMX 燈光和運(yùn)動(dòng)控制之間的同步，極大地增強(qiáng)了我們的靈活性。”
TwinSAFE 確保操作員和演員的安全性
Flying by Foy 公司通過(guò)在 Pegasus 系統(tǒng)中集成 TwinSAFE確保了操作者和演員的安全。“TwinSAFE 使得我們?cè)谙嗤F(xiàn)場(chǎng)總線上連接智能安全 I/O 終端即可方便地實(shí)現(xiàn)安全解決方案，且其布線方法可與運(yùn)動(dòng)控制相同。”Matt Bevacqua說(shuō)。采用 TwinCAT 可以監(jiān)控所有運(yùn)動(dòng)極限值。TwinSAFE是一種安全控制器，可以監(jiān)控我們的全部提升機(jī)系列產(chǎn)品的所有安全相關(guān)子系統(tǒng)。安全數(shù)據(jù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)的傳輸通過(guò)同一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線，減少了額外的電纜費(fèi)用。此外，這種安全控制器的擴(kuò)展也非常方便。對(duì)于 EtherCAT，需要增加原設(shè)計(jì)中沒(méi)有的安全功能時(shí)，僅需增加一個(gè)分布式 TwinSAFE 終端，并在本地控制站安裝一個(gè) EL6900 安全 PLC 終端即可。”
Pegasus 自動(dòng)化系統(tǒng)飛行運(yùn)動(dòng)模擬測(cè)試：控制器中集成的 TwinSAFE保證了操作員和演員的安全。
XFC：提高性能、降低成本
XFC 技術(shù)（極速控制技術(shù)）基于 EtherCAT 和 PC 控制技術(shù)；該技術(shù)進(jìn)一步提升了 Flying by Foy 公司的表演水平。Beckhoff 的 EL1262 和 EL2262 XFC 終端的超采樣功能，實(shí)現(xiàn) I/O 響應(yīng)時(shí)間小于 100us。這些終端對(duì)于 Pegasus 自動(dòng)化系統(tǒng)同樣非常關(guān)鍵。“XFC 終端對(duì)復(fù)制燈光模擬系統(tǒng)的編碼器信號(hào)非常有用，”Matt Bevacqua 解釋道。采用Beckhoff 的標(biāo)準(zhǔn)編碼器終端，可以記錄各種不同位置的位置信息，并利用分布式時(shí)鐘功能，對(duì)它們進(jìn)行同步。“Pegasus可以利用 XFC 終端讀取某個(gè)鉸車的編碼器位置，并在某個(gè)本地站點(diǎn)以約 10 us 的精度和約 1 ms 的延時(shí)復(fù)制這些高頻信號(hào)。借助 XFC 終端，我們無(wú)需專用控制電纜就可以復(fù)制這些信號(hào)，從而，大大節(jié)省了電線電纜和布線費(fèi)用。
設(shè)備改造更加容易
“借助標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)電纜，我們基本上可以將場(chǎng)館任何位置的各類數(shù)據(jù)傳給我們的本地 Pegasus 控制器，”Bevacqua解釋道。“任何一種其它現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，如果不借助更復(fù)雜的布線方案，不投入更高的費(fèi)用，完全無(wú)法達(dá)到這一水平。采用 EtherCAT 橋接端子，F(xiàn)lying by Foy公司可以方便地獲得某個(gè)系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)位置并將其傳輸至另一個(gè) TwinCAT 主站設(shè)備，據(jù)此，不同主站設(shè)備可以方便地共享運(yùn)動(dòng)軸。擁有了 TwinCAT，即擁有一個(gè)完全基于軟件的運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)。這意味著，我們不再需要不斷更換或改變?cè)O(shè)備才能滿足客戶各種各樣的藝術(shù)需求，從而顯著地降低成本。”
Beckhoff C6515 工業(yè) PC 機(jī)的機(jī)箱結(jié)構(gòu)使得 Flying by Foy 公司可以開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)緊湊、散熱高效的機(jī)架。即使多臺(tái)工作 PC 機(jī)疊裝在同一個(gè)機(jī)架中時(shí)，熱量也可以快速散發(fā)。
面向未來(lái)研發(fā)的開(kāi)放性
第三代 Pegasus 自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 100 軸以上同步運(yùn)動(dòng)。該系統(tǒng)正在開(kāi)創(chuàng)一個(gè)偉大的起點(diǎn)。然而，在將藝術(shù)理念轉(zhuǎn)換成現(xiàn)實(shí)方面，Pegasus 技術(shù)的進(jìn)展絕對(duì)沒(méi)有達(dá)到其巔峰水平。Matt Bevacqua 正在醞釀的 Flying by Foy 公司計(jì)劃中，其中有一項(xiàng)是圍繞 AX5000 EtherCAT 伺服驅(qū)動(dòng)而開(kāi)發(fā)的。“結(jié)合 AX5000 驅(qū)動(dòng)，我們可以獲得一種全功能高端解決方案。該解決方案可以將各種 Pegasus 控制裝置統(tǒng)一在一個(gè)先進(jìn)的系統(tǒng)架構(gòu)之下。”“有了 Beckhoff 這一技術(shù)合作伙伴，F(xiàn)lying by Foy 公司將繼續(xù)不斷地將創(chuàng)作者和導(dǎo)演的構(gòu)想變成現(xiàn)實(shí)，與些同時(shí)，實(shí)現(xiàn)讓觀眾倍感令人入勝的終極目標(biāo)。”
Pegasus 自動(dòng)化軟件用作所有平臺(tái)的流量控制器。因此，它可以協(xié)調(diào)鉸車、提升機(jī)和無(wú)線控制裝置等各個(gè)功能。Beckhoff 公司的 TwinCAT NCPTP 對(duì)自動(dòng)化和運(yùn)動(dòng)的需求進(jìn)行控制。
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