複雜的驅動技術成就布雷根茨水上浮動舞台震撼奇觀
康斯坦茨湖畔的布雷根茨藝術節以令人歎為觀止的湖中舞台再次證明，即使在 21 世紀的今天，觀眾仍然喜愛歌劇。在 2019 年為期五週的演出中，約有 18 萬名觀眾前來觀看朱塞佩·威爾第（Giuseppe Verdi）創作的義大利歌劇《弄臣》（Rigoletto），而2021年藝術節的第一場演出，將由《弄臣》打頭陣，於 7 月 22 日在水上舞台演出，其門票幾乎已售罄。一個巨大的小丑頭顱裝置，這是《弄臣》的人格寫照，作為主舞台。布雷根茨藝術節採用倍福的PC-based控制技術操作舞台的複雜運作。
布雷根茨水上舞台以奇幻的舞台設計聞名於世，此次舞台由導演兼設計師Philipp Stölzl設計，在美學以及技術可行性方面超越過去的演出，斬獲德國 Opus 舞美設計大獎（German Stage Award），而鋼結構公司 Biedenkapp 也因此榮獲了 2019 年德國金屬加工獎的年度設計特別獎。總共有 46 家公司參與了舞台建設，經過三年的規劃設計與 14 個月的施工，2019 年 7 月 17 日，這個令人極為震撼的奇幻舞台首次亮相。
可移動的舞台佈景本身就是一道奇景
在Stölzl的設計中，歌劇以曼圖阿（Mantua）公爵的宮廷作為起始點，然後慢慢變成一個馬戲團帳篷，宮廷弄臣–裡戈萊托（Rigoletto）變成一個小丑造型。這個背景傳遞出主角正在水深火熱中掙扎，只有巨型小丑的頭部和雙手在水面上。小丑可以藉由運動，展現不同的表情，傳遞歌劇中主角的精神狀態。當裡戈萊托進入舞台，小丑頭顱緩緩升起，微笑地注視著金光閃閃的盛宴。演員們在它的項圈、頭頂和嘴巴裡穿梭奔忙。年輕貌美的曼圖阿公爵以玩弄女性為樂，而裡戈萊托常為公爵出謀劃策，但當裡戈萊托發現自己的女兒吉爾達（Gilda）也被公爵欺騙時，劇情出現轉折，小丑自己也成了陰謀的受害者。當舞台分開時，象徵主人公情緒的崩潰，項圈的部分漸漸分裂，眼睛和鼻子從頭上掉下來。微笑著的小丑的臉變成了一個可怕的骷髏頭，成為舞台主佈景。
每個動作都是經過精心編寫
舞台上的所有運動以及歌手、合唱團、特技演員和臨時演員表演的動作都事先在3D模型中編寫好，動作被分成由很多根繩索控制，每根繩索都可以用一個獨特的命令調用。「2019 年 5 月，我們在水上舞台搭完佈景後，就按照之前的模型對每根繩索進行程式設計，以測試軸和液壓控制系統的設置，並對每根繩索的驅動力、負載和速度進行安全分析。」布雷根茨藝術節技術總監 Wolfgang Urstadt 解釋。
嚴苛的運動控制
直徑 22 米、總面積 338 平米的項圈構成主舞台。它由一個固定部分和三個可以移動的部分組成，當舞台分開時，它們在電動纜繩絞盤驅動的軌道系統上運行。
僅需五個液壓缸和 14 個電動馬達就能控制高 13.5 米、重達 35 噸的頭部的各種運動。頭部安裝在一個 35 米長的可旋轉式升降機構上，可以在舞台上進行 94 度的運動。由中央液壓缸驅動，升降機構還可以將頭顱升起或浸入康斯坦茨湖中，直到水淹沒上嘴唇。「要做到這一點絕非易事，」舞台技術經理感歎：「將頭顱從地平線上 14.5 度移動到地平線下 28 度只需 27 秒，需要高達 160 bar 的液壓。」點頭動作通過兩個液壓缸以每秒 4.4 度的速度移動實現，而打開下顎則需要另外兩個液壓缸以每秒 10 度的速度移動。四個電動馬達用於控制搖頭動作，還有八個電動馬達用於控制眼珠滾動和眼睛的開合運動。奧地利系統整合商 STB Steuerungstechnik Beck 的Andreas Bechter 解釋「光是頭部就有19 根軸必須控制，電動驅動的額定功率範圍為 2 至 22 千瓦，液壓泵的額定功率範圍為 75 至 90 千瓦」。
左側的機械手臂伸出水面 11.5 米，用於完成節目中的各種機械運動，總共使用了 8 個液壓驅動軸。最大的驅動器用於轉動手臂，而並行連接的較小的驅動器則用於傾斜手臂。小型電子馬達用於控制手指關節的運動。
PC-based控制技術加快大型複雜專案的完成速度
「在控制技術方面，面臨的挑戰是如何控制舞台的運作，因為舞台被分成很多可以單獨活動的部分。 由於舞台的複雜性與規模，加上距離演出季時間又很短，因此必須絕對準時交付，而傳統的舞台設備供應商很難完成這樣的專案目標。所以我們必須尋找替代方案，最終我們找到了倍福。」Wolfgang Urstadt 解釋。製造商為每台設備都配備了一個簡單的調試控制器，並指定了一個 CAN-bus界面，以便與更高層級的 Unican 控制器無縫通訊。客戶還需要各種測量系統來進行位置回饋、編碼器監測和壓力監控等功能。
由Neuss舞台技術專家 Unican 提供的備用軸電腦總共控制29 根軸。兩個控制台用於程式設計和觸發運動指令，計算軸的運動，並向底層的倍福控制器發出指令。雖然整個序列經過詳細定義，但演出並不是在自動模式下運行。當舞台監督發出指令時，一名操作人員負責控制所有頭部和項圈的運動，另一名操作人員控制左手的複雜動作。「我們必須考慮到一切不可預料的事，例如強風可能會吹斷繩索。安全永遠是第一位的。」技術總監說。
與固定舞台不同的是，由於製作週期短，可預測所有可能導致停機的事件，因此只需要進行項目安全檢查即可。「TÜV（德國技術監督協會）在原型檢測過程中進行了安全檢查。這讓我們能夠更加輕鬆地跟上非常緊湊的時間進度，因為在檢查完成之前，我們不能在水上舞台上進行排練。」布雷根茨水上舞台控制技術員 Stefan Fritschke 解釋。
分散式控制結構可滿足水上舞台的特殊要求
Stefan Fritschke 認為，倍福控制系統的優勢在於支援多樣化的介面，以及通過分散式控制架構運行的能力。「水上舞台上的空間比較狹窄，沒有多餘的地方放置歌劇院使用的那種大型控制櫃。因此我們需要一個分散式控制方案來控制許多分佈式的軸。我們現在有一個主控櫃，它與一個控制衣領的控制櫃和另一個控制頭部運動的控制櫃相連。此外，緊急控制裝置並未被設計成歌劇院中常見的大型次級控制器。如果 Unican 控制器發出緊急信號，用於控制舞台各個部分的本地倍福控制器就會將舞台機械移到安全位置。這個特殊功能只能透過倍福控制器完成。如果發生斷電意外，我們會執行手動或緊急運動序列。」Andreas Bechter 說。
主控制櫃中的控制平台結合一台 CX5120 嵌入式PC與一台 15 英寸 CP6602 面板型 PC。控制功能透過 TwinCAT 3 自動化軟體執行。精確控制和定位液壓軸的演算法來自 TwinCAT 液壓定位軟體庫。EtherCAT 高速通訊系統憑藉其出色的診斷能力和易於配置性在競爭中脫穎而出。液壓控制台也配備了CP6602 面板型 PC。「對於舞台上的空間極其有限的情況，結構緊湊的 EtherCAT 高密度端子模組派上用場。EtherCAT 高密度端子模組在 12 毫米寬的端子模組外殼內整合了 8 或 16 個接點。」STB 公司總經理 Alfred Beck 說道。