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   摘要：新加坡樟宜機場的“雨之舞”可能是世界上最大的動態(tài)雕塑。該作品的藝術(shù)理念和編舞的算法設(shè)計由柏林的 Art+Com AG 公司創(chuàng)作。作品使用了 1,216 滴閃閃發(fā)亮的鍍銅鋁制雨滴造型。每滴“雨滴”都由一臺小型伺服電機驅(qū)動。基于 EtherCAT 技 術(shù)，Beckhoff 公司的 TwinCAT 軟件控制平臺和模塊化緊湊型伺服驅(qū)動器的方案，完美解決了 1,216 根伺服軸實時同步帶來的挑戰(zhàn)。
     
             

   新加坡樟宜機場的“雨之舞”可能是世界上最大的動態(tài)雕塑。該作品的藝術(shù)理念和編舞的算法設(shè)計由柏林的 Art+Com AG 公司創(chuàng)作。為了達(dá)到熱帶雨的效果，該作品使用了 1,216 滴閃閃發(fā)亮的鍍銅鋁制雨滴造型。 這些“雨滴”通過細(xì)鋼絲從天花板上懸垂下來，每滴“雨滴”都由一臺小型伺服電機驅(qū)動。 在這個時長為 15 分鐘的表演秀中，“雨滴”形成與飛舞主題相關(guān)的不同場景。動力裝置專家 MKT AG 公司負(fù)責(zé)整個“雨之舞”的技術(shù)實現(xiàn)，包括軟件。 基于 EtherCAT 技 術(shù)，Beckhoff 公司的 TwinCAT 軟件控制平臺和模塊化緊湊型伺服驅(qū)動器的方案，完美解決了 1,216 根伺服軸實時同步帶來的挑戰(zhàn)。
 
              
  （基于高性能，高實時性，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的靈活性等特點，EtherCAT 技術(shù)完美解決了來自 1216 根伺服軸實時同步帶來的挑戰(zhàn)。） 

   新加坡樟宜機場第一航站樓的旅客和機場訪客進(jìn)入這個現(xiàn)代化的登機大廳時，他們都會因這個動態(tài)雕塑“雨之舞”而駐足。“一千多滴‘雨滴’的和諧互動也象征著機場的工作人員，他們?nèi)諒?fù)一日地確保來到樟宜機場的旅客和訪客能感到驚喜并對機場留下美好回憶，”樟宜機場集團的機場運營副主任 Yeo Kia Thye 說。

   該作品由兩個相鄰的區(qū)域組成，共 75 平方米，每個區(qū)域有 608 個“雨滴”造型，這些“雨滴”在 7.3 米高的空中可以自如升降。這個與眾不同的空間布置藝術(shù)理念來自柏林的 Art+Com 公司。德國奧而興（靠近慕尼黑）的 MKT AG 公司負(fù)責(zé)整個項目和編程的技術(shù)實施。專營動力裝置的 MKT AG 公司在控制系統(tǒng)的編程和實施期間得到了 Beckhoff 公 司（德國倍福）的支持。“在‘雨之舞’中，我們實現(xiàn)了迄今為止該類藝術(shù)作品中最尖端的項目。”MKT AG 總監(jiān) Axel Haschkamp 說：“本項目花費了 2,000 多工程小時。最具有挑戰(zhàn)性的是將重達(dá) 30 噸的完全預(yù)裝設(shè)備運輸?shù)叫录悠隆?rdquo; 

    新加坡樟宜機場集團  

    新加坡樟宜機場集團（CAG）成立于 2009 年 6 月 16 日。作為樟宜機場的行政管理公司，新加坡樟宜機場集團主要負(fù)責(zé)機場的營運和管理、空中交通樞紐功能的不斷完善、商業(yè)活動和提供緊急服務(wù)。 2011 年，機場的客流量達(dá) 4,600 萬人次。作為登機大廳現(xiàn)代化的一部分，CAG 投資了一副動態(tài)雕塑：表現(xiàn)了熱帶雨效果的作品“雨之舞”是向新加坡這個熱帶城市的致敬。 

   由于需要精確驅(qū)動 1,216 根軸，所以“雨之舞”對控制的要求非常高。除此之外，項目還要求高度的可用性、組件的緊湊型設(shè)計以及組件無需編址即可被輕松更換。“我們的客戶，樟宜機場，提出的最重要的要求之一就是系統(tǒng)必須全天候 24 小時運行。即使個別軸出現(xiàn)故障，‘雨之舞’必須繼續(xù)進(jìn)行，”同樣是 MKT 總監(jiān)的 Peter Haschkamp補充說。 

   如何同步控制 1,216 根軸？ 

    “1,216 根軸的同步驅(qū)動是本項目的絕對亮點之一，”Beckhoff 慕尼黑辦事處的銷售人員 Raphik Shahmirian 強調(diào)說。Raphik Shahmirian 與MKT 公司密切合作，參與了“雨之舞”的技術(shù)實現(xiàn)。除此之外，還必須滿足“雨滴”在順序運動中的動力學(xué)、精確度和速度方面的高要求。“雨滴”以 1.5 m/s 的速度和 1.4 m/s2 的加速度運動。運動必須是充滿動態(tài)的，但是同時又必須平滑、沒有震動。MKT 在帶緊湊型伺服驅(qū)動技術(shù)的基于 PC 和 EtherCAT 的 Beckhoff 控制平臺中找到了適合本任務(wù)的解決方案。
  
                  

    C6525 工業(yè) PC 作為中央 PC 負(fù)責(zé)控制。其通過 TwinCAT ADS 與 MKT 的 專用 GUI 計算機通信。同時，PC 為 EtherCAT 主站，并通過 TwinCAT NC PTP 集中控制 1,216 根軸。通過 TwinCAT 凸輪表函數(shù)，主 PC 將位置 數(shù)據(jù)分配給六臺從 PC ，每臺從 PC 分配有 192 或 208 根軸，并參考主動軸確保所有軸的同步性（見第 20 頁的圖表）。EtherCAT實時通信直達(dá)每一個軸。
  
                         

   MKT 的 GUI 計算機用于可視化，用表格的形式以 200 ms 的間隔顯示每滴雨滴的位置數(shù)據(jù)。這相當(dāng)于每秒五幅圖片。可能只有通過 TwinCATNC PTP 中的插補法才能實現(xiàn)肉眼看到的這種流暢感。這里，使用 2 msNC 任務(wù)中的樣條算法計算每滴“雨滴”的 100 個中間位置。 這些計算在每臺分配有本地軸的從 PC 上進(jìn)行。 

    只有通過使用 EtherCAT 和 TwinCAT NC PTP 才能實現(xiàn)像 3-D 電影般的雨滴同步運動的藝術(shù)效果。主站保持所有軸相互同步；從 PC 每 2 ms 計算一次軸的位置并通過 EtherCAT 將軸的位置與伺服驅(qū)動器實時通信。 

   寬度僅為 12 mm 的模塊化緊湊型伺服驅(qū)動單元 

   每根軸的運動精度在±1 mm，運動路徑總長 7.6 m。兩滴“雨滴”間的最大偏差為 0.25 mm。每滴雨滴通過 EtherCAT 伺服電機端子模塊 EL7201和 AM3121 型伺服電機進(jìn)行控制。“在與 EtherCAT 端子模塊排無縫集成的伺服端子模塊中，我們找到了與機場航站樓天花板有限安裝空間完美配合的超緊湊型解決方案，”Peter Haschkamp 強調(diào)說。 此外，伺服驅(qū)動技術(shù)也提供了動態(tài)優(yōu)勢并實現(xiàn)了流型轉(zhuǎn)變。 

   模塊化控制器簡化了調(diào)試工作 

   “模塊化的控制解決方案和單獨軸的簡易更換對我們來說很重要。例如，這使得部分調(diào)試成為了可能；比如，我們能夠在軟件、硬件和機械裝置上并行工作，這使得我們能在短暫的時間段內(nèi)完成本項目，”Peter Haschkamp 強調(diào)說。有了 TwinCAT NC PTP，就有可能“調(diào)試”整個表演秀，例如，可像電影一樣快進(jìn)和倒帶。這大大地簡化了MKT 的調(diào)試工作。如果單獨的序列段未能 100% 令人滿意，那么 MKT的工程師可以不斷地重復(fù)這個過程。正如 Peter Haschkamp 所強調(diào)的一個巨大的優(yōu)勢：“使用其它的解決方案是不可能完成這項任務(wù)的，因為你每次必須從一開始便不斷地啟動表演秀直到達(dá)到你想要的位置，這非常耗時。” 

   Beckhoff 的工業(yè) PC C6525 非常適合安裝在狹小的空間內(nèi)，因此完全滿足該項目非常扁平的設(shè)計要求。由于選用了可選的 SSD 存儲介質(zhì)和被動式散熱技術(shù)，C6525 不包含任何旋轉(zhuǎn)組件。 

   在 Beckhoff 的產(chǎn)品中，MKT 公司找到了與機場航站樓天花板狹小安裝空間完美配合的緊湊型驅(qū)動解決方案：EtherCAT 端子模塊，與其無縫集成安裝的伺服端子模塊和 AM3121 緊湊型伺服電機。
 
              

   最具有挑戰(zhàn)性的是將重達(dá) 30 噸的完全預(yù)裝設(shè)備運輸?shù)浆F(xiàn)有建筑中。 

   與過去 MKT 通過分散式硬件控制器實現(xiàn)的類似動態(tài)雕塑相比，“雨之舞”則是通過中央 PC 和軟件采用 EtherCAT 通信實現(xiàn)控制的。在早前的控制解決方案中，MKT 將凸輪表函數(shù)本地存儲在驅(qū)動器中，而現(xiàn)在凸輪表函數(shù)則由軟件執(zhí)行。這樣，中央 PC 管理位置數(shù)據(jù)，并通過EtherCAT 將其實時發(fā)送到軸。 

   MKT 選擇 Beckhoff 作為合作伙伴的另一個重要原因是因為 Beckhoff 在全球的地位。Beckhoff 不僅能夠讓來自德國威爾公司總部的專家陪同和支持項目。終端客戶還能得到新加坡 Beckhoff 子公司的現(xiàn)場支持和服務(wù)。 

   MKT AG 
 
                

   位于德國奧爾興的 MKT AG 公司從事貿(mào)易展覽、活動、博物館和展示廳的獨特展品和動態(tài)作品的設(shè)計、開發(fā)和實施，已有 30 多年的經(jīng)驗。其客戶不僅包括藝術(shù)和文化事業(yè)單位，而且還包括知名的工業(yè)公司和服務(wù)供應(yīng)商。MKT 致力于最先進(jìn)的技術(shù)、互動和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計。

   ART+COM 

   位于德國柏林的 ART+COM AG 在空間設(shè)計方面選擇了新的道路。與媒體設(shè)計師、媒體藝術(shù)家、IT 開發(fā)人員、技術(shù)人員、編程人員、通信和產(chǎn)品設(shè)計師、科學(xué)家、工程師和項目經(jīng)理合作，公司研究了計算機媒體的創(chuàng)造和技術(shù)可能性并將其投入到藝術(shù)設(shè)施的實踐中。在翻新新加坡機場第 1 航站樓期間，新加坡樟宜機場集團委托 ART+COM 設(shè)計一套奢華的設(shè)施。目標(biāo)是為登機大廳營造出凸顯個性、讓人沉思的時刻，與忙碌的旅行氣氛形成對比。