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1、剧场、演播室 TCP/IP 灯光控制网络解决方案作者：柳得安 梁国芹一、引言二十世纪八十年代以前，剧场、电视演播室灯光控制以模拟控制系统为主。八十年代中期，由于计算机技术的迅速发展，数字灯光 控制 系统开始进入剧场、电视演播室，逐步取代了模拟控制系统，成为一直流行至今的 DMX 控制系统。本世纪开始，由于网络技术的普及和成熟，灯光控制系统中应用 TCP/IP 网络技术己成了一种明显的趋势，在近期国内、外的一些剧场、电视演播室改造和新建的项目中采用网络技术的案例已非常普遍。本文主要讨论近年来国内外剧场、电视演播室应用 TCP/IP 灯光控制网络的中几种典型解决方案，重点讨论系统的布线结构、信号传
2、输与分配以及各种灯光设备接入网络系统等问题。 二、TCP/IP 灯光控制网络的特点什么是网络灯光设备？什么是 TCP/IP 灯光控制网络？以上两个问题可以用以下两个简单的式子来解释：传统灯光控制设备 + TCP/IP 网络接口 = 网络灯光设备网络灯光设备 + 现成 TCP/IP 网络技术 = 灯光控制网络配备了 TCP/IP 协议网络接口的灯光设备统称为“网络灯光设备”,或称为“网络化灯光设备”。配备 TCP/IP 网络接口的目的是使灯光设备可以与网络上的其它设备双向地传送数据。在传统的 DMX 控制系统中，灯光控制设备的主要作用是安全、可靠地发出、接收或传输 DMX 控制信号。而网络灯光控
3、制系统中网络灯光设备除了要保证 DMX 控制信号的稳定可靠传输以外，同时还要可靠地发送和接收其它多种通讯信号，如设备工作情况、电气参数、状态设置指令和出错警告等。换句话说，DMX 设备是一种单向控制设备，而网络灯光设备是一种双向控制设备。网络灯光设备通过一个双向的网络接口，一方面控制其它设备另一方面又可以接收其它设备对它的设置或控制；或者在接受其它，设备控制的同时，又可以发出一些有用的状态信息。 从电气原理来看，网络灯光设备通常是一台专用的网络计算机或带 TCP/IP 网络接口的嵌入式系统，具有自启动和热插拔功能，设备内部有一个掉电保护的记忆单元，记录着设备的 IP 地址、状态设置和物理位置等
4、各种状态信息 ,当系统停电后恢复供电时，所有网络灯光设备会自动搜寻控制或被控制的对象，使整个系统自动复位运行。即使某一网络灯光设备出现故障，也不会影响其它设备的正常工作。常用的网络灯光设备有：网络灯光控制台、网络调光器、网络配电柜、网络直通开关柜、网络 DMX 解码 /编码器、灯光网络服务器、灯光网络工作站、无线 PDA 灯光系统信息终端和无线流动监控工作站等。 TCP/IP 灯光控制网络系统的布线结构同我们非常熟悉的办公室自动化网络系统基本一样。因此有一些厂商建议 ，只要经过一定的网络规划，灯光控制网络可以直接同办公室网络混合使用。事实上，国外的一些工程改造项目为了节省布线的费用，经常借用建
5、筑物原有办公自动化网络或中央空调控制网络线路来传输灯光网络控制信息。在近期国内一些剧场和城市电视台演播室的灯光系统网络化改造工程也有一些案例效仿这种做法。然而，对新建的项目而言，从系统的安全性和可靠性的观点来看，灯光控制系统最好采用专用的网络布线系统。 TCP/IP 灯光控制网络系统与传统的 DMX 控制系统比较在以下几个方面显示明显的优势。网络控制：比 DMX 控制系统更可靠、更灵活和更方便地控制灯光系统设备；简化布线：一条光纤 (网线)传输所有控制、设置和监测信号，节省布线费用。远程设置：所有网络灯光设备可以接受网络远程设置，大大减轻灯光师的劳动强度；网络监测：可非常方便地监测整个灯光控制
6、系统的实时运行状态（包括设备状态 和人的操作记录），把可能发生的事故尽早扑灭；数据管理：自动记录整个灯光控制系统有用的控制数据，并能对历史资料（如演出 Q 场资料、用电安全历史数据等）加以管理和利用；多网合一：TCP/IP 平台能非常方便地与剧场、电视演播室中的其它相关控和管理系统的平台实现扩展和联接，实现“多网合一，资源共享”的管理模式；三、半网络化灯光控制系统布线方案半网络化布线方案 是网络灯光技术应用初期 常见的 方案。与传统的 DMX 布线方案相比，这个方案把从控制室到调光器室和控制室到设备层或灯位之间较长距离的信号传输用网络传输方式来替代传统的 DMX 传输方式，如图所示。半网络化灯
7、光控制系统布线方案 示意图从各网络灯光控制台输出的 TCP/IP 信号直接输入网络集线器 HUB，非网络控制台的DMX 信号经 DMX 网络编码器（DMX Node）转换成 TCP/IP 网络信号后输入 HUB。从网络集线器 HUB 输出的 TCP/IP 网络信号分为两条支路；第一条 TCP/IP 网络信号支路从控制室传输到调光器室，在那里 TCP/IP 网络信号通过网络 DMX 解码器（DMX Node）转换成标准的 DMX-512 信号驱动调光器。第二条 TCP/IP 网络信号支路包括电脑灯、换色器及其它智能灯具的控制信号，网络信号经 DMX 解码器转换成 DMX 信号后，再通过分配器和放
8、大器将 DMX 信号分配到每一吊杆以及面光、耳光等区域或其它控制点。从功能上来看，半网络化灯光系统布线方案有以下特点：网络热备份控制模式：可以实现主控台与备份台的网络热备份控制模式； 主干网络传输主干线路采用网络线传输，取代了传统的 DMX 信号线；传统设备网络接入：采用了 DMX 编码/解码器（ Node ），使传统的 DMX 调光台、调光立柜和智能灯具等灯光设备实现了网络接入。不完全网络方案：网络线路未直接到吊杆或灯位，大部分设备还不是网络灯光设备，无法实现双向信号传输，因此这个方案不是一个完全的网络解决方案。四、全网络灯光控制系统解决方案 TCP/IP “全”网络剧场 / 演播室灯光控制
9、系统布线方案示意图上图是一个 TCP/IP 全网络剧场/演播室灯光控制系统布线方案（简称：全网络方案）示意图 。此方案的最大特点是从控制台到所有的灯光设备，可全部采用 TCP/IP 网络信号线传输，但由于目前大多数电脑灯、换色器等灯光设备尚无网络接口，图 2 中最后一段暂时采用 DMX 信号传输，一旦这些设备有了网络接口，即可成为真正的全网络系统。一般来讲，从控制室输出的 TCP/IP 网络信号分三条支路 。第一条 TCP/IP 网络信号支路从控制室传输到调光器室,在那里 TCP/IP 网络信号线直接接入网络调光器 。网络调光器通过网络信号线与系统中的其它设备，如网络调光台、文件服务器、中央监
10、控器等实现控制信息双向交换，这些控制信息包括：调光控制 DMX 信号、调光器状态信息（Reporting）、灯光场景备份、调光曲线设置等。第二 (第三) 条 TCP/IP 网络信号支路包括电脑灯、换色器及其它智能灯具的双向交换控制信息，在栅顶或设备层上通过(左、右)网络集线器转换成多路 TCP/IP 网络信号。然后这些网线被引至各吊杆和面光、耳光等区域或其它控制点。在此方案中传统的 DMX 信号分配器和放大器己被多路网络集线器取代，分配到吊杆和各个灯位上的多路 DMX 信号线被一条网线所取代，TCP/IP 网络信号在吊杆和各个灯位上可以直接连接带 TCP/IP 网络信号接口的网络灯光设备，也可
11、由网络 DMX 解码器转换成 DMX 信号以控制尚未设置网络接口的灯光设备。 与半网络化方案相比，全网络方案有以下特点：网络化调光器：采用全网络化调光器，支持调光器工作状态的网络化监测和自动记录； 完全双向通信：采用全网络灯光系统布线，支持网线直接到吊杆、灯位和所有控制及受控制点；实现灯光系统中网络设备之间的完全双向通信；为未来设备留有充分网络扩展接口：全网络方案支持未来新的网络灯光设备在灯光系统任何位置的接入，无需另外铺设线路；节省布线及维修费用：全网络方案的线路结构比半网络方案有很大的简化，具有节省布线及 维修费用等优点。5 最新 TCP/IP 光纤网络解决方案“光纤网络布线方案”是近年来
12、兴起的比较先进的舞台、演播室和主题公园等大型项目灯光控制系统网络解决方案，它支持从系统总控室到现场控制室、从现场控制室到灯光吊杆和各个灯位全部使用光纤作为信号双向传输的“信息高速公路” ，传输速率可达百兆或千兆级。目前国内、外已开始有所应用。 与全网络（网线）布线方案相比，“光纤网络布线方案”有更长的传输距离，更高的速度、更宽的通频带、更好的抗干扰性能、传输特性和接口性能。近年来光纤和相关的光纤网络设备（如光纤网络交换机）的市场价格已降到为一般用户可接受的水平。“全光纤网络布线方案”是目前性价比最高的网络解决方案。TCP/IP 光纤网络剧场 / 演播室灯光控制系统布线方案示意图上图是一个典型的
13、用光纤网络布线方案构成的多个剧场或多个电视演播室联网的灯光控制总系统示意图。在此系统中，采用双环光纤网络将灯光控制室光纤环网工作站、调光室光纤环网工作站和设备层光纤环网工作站连接起来，环网的特点是可靠性高，而双环网更使系统失效的概率降至极低。各工作站是相应区域的核心通信设备。灯光控制室网络工作站由环形光纤网络交换机 (Optical Switch)、RJ45 网络交换机、若干通道的 DMX 编码器(DMX Node)、无线网络节点(AP)和不间断电源构成。如果今后各种控制台都具有网络接口，则可以不需要 DMX 编码器。灯光控制室网络工作站为控制室的各种灯光控制台、文件服务器和无线 PDA 灯光
14、系统信息终端等设备提供 DMX、RJ45 和无线网络信号接入的接口。 调光室网络工作站由环形光纤网络交换机 (Optical Switch) 、若干通道的 DMX 解码器(DMX Node)、无线网络节点(AP)、RJ45 网络交换机和不间断电源构成。它的主要任务是为调光器室内的固定（或流动）网络调光器、网络直通开关柜、网络配电柜和网络监视摄像头的网络灯光系统信息提供终端接入。固定（或流动）式网络调光器通过光纤或网线接入调光室网络工作站，一方面接受调光网络 DMX 信号的控制，另一方面通过光纤或网线反馈调光器的各种工作参数(如每回路电流、电压、温度和开关状态等)。网络直通开关柜与网络调光器的工
15、作情况完全相仿。网络配电柜通过光纤接入调光室网络工作站，定时向服务器报告系统安全用电的具体情况(如总电流、电压、功率、功率因数、电度等)。 设备层网络工作站由环形光纤网络交换机（ Optical Switch）、RJ45 网络交换机、若干通道的 DMX 解码器（DMX Node）、无线网络节点（AP）和不间断电源构成。光纤网络的一个明显的特点是支持光纤到吊杆和灯位，因此在演出区中大量的吊杆、吊笼和设备层的主要控制点及灯位上都可安装 DMX 光纤解码器，支持非网络化的灯光设备（如电脑灯、换色器、数字灯等）接入网络。设备层网络工作站的主要任务是使这些 DMX 光纤解码器接入网络中，因此设备层网络工
16、作站一般比调光室网络工作站和控制室网络工作站有更多的光纤或 RJ45 网线接口。 在光纤网络方案中，在每个剧场、电视演播室的设备层、调光室等区域可安装若干个网络摄像头，以监视某些关键工作点的视频图像，这些网络摄像头可以非常方便地用网线接入每个网络工作站的 RJ45 接口，通过网络视频软件，可以非常方便地在每个剧场、电视演播室的控制室文件服务器、灯光网络总服务器或其它监控电脑上看到不同的网络监视图像。此外，灯光网络文件总服务器通过光纤或网线接入各个剧场、电视演播室的控制室网络工作站，一方面 ,它是灯光总系统的“黑匣子”，通过网络软件的配合，实现对每个剧场、演播室网络系统中所有设备的工作情况的监测、设置、记录和故障预警功能。另一方面, 文件总服务器充当灯光网络系统路由器的作用，按用户的设定和规划交换不同的剧场、电视演播室网络系统之间的控制和监测信息; 允许不同的用户按一定的权限浏览、查询、打印有关系统的各种信息。GPRS 信息终端器通过网线接入文件总服务器，两者在相关应用软件的配合下实现个性化信息订制平台功
