News

17 May 2019

Trekwerk x Aandrijftechniek

In April 2019, Trekwerk's technology was front page news for the Dutch magazine Aandrijftechniek. Together with Nidec Netherlands' Teun van der Heiden, Reind Brackman talked to Paul Quaedvlieg about the technology at the Royal Opera in Stockholm. The "State of Art" and "Made in the Netherlands" innovative theater technique was the topic, variating from the TNM to winches.

INNOVATIEVE THEATERTECHNIEK

 
 Wat hebben de Koninklijke Opera in Stockholm uit 1898 en het Amphion theater in Doetinchem uit 2009 met elkaar gemeen? Twee totaal verschillende gebouwen, uit twee totaal verschillende tijden, maar met één overeenkomst. De theatertechniek is ‘State-of-art’ en ‘Made in The Netherlands’. Het bedrijf achter deze innovatieve techniek? De firma STE TREKWERK uit Weesp. Met als technologiepartner NIDEC Netherlands, een partner die vooral meedenkt als het op de aandrijftechniek aankomt.

‘THE SHOW MUST GO ON’

 Om de theaterwereld, de innovatieve techniek erachter en de uitdagingen te begrijpen, bezocht Aandrijftechniek in totaal drie theaters. Het moderne Amphion theater met techniek uit 2009 en de klassieke Kungliga Operan (Koninklijke Opera) in Stockholm met techniek uit 2019. En omdat we toch in Stockholm waren doken we ‘achter de coulissen’ in het Dramaten, dat het komende half jaar zijn deuren sluit om te worden voorzien van de nieuwste techniek van STE Trekwerk. Reind Brackman, directeur van STE Trekwerk reist inmiddels de halve wereld rond, want zijn theatertechniek ‘Made in The Netherlands’ is gewild. “Ons concept van ‘The New Machine’ is populair omdat de bedieningsinterface zeer intuïtief is en de gehele software eenvoudig aan te passen is op elk theater. Elke zaal en elke uitvoering is namelijk maatwerk. Het is de interface tussen de toneelmeester en de beweging van de trekkenwand.”

Belangrijk daarom is de acceptatie van het systeem door de mensen op de werkvloer in het theater. De TNM-besturing heeft iets waardoor het op de werkvloer makkelijk wordt geaccepteerd. Brackman: “Het werkt zoals de taal van de toneeltechnici. Als je een trek naar beneden wilt hebben, is het commando; motor 3 op 2 meter en gaan. Geen Windows-achtige menu’s openen of iets anders programmeren, het is puur toegespitst op de gebruiker. Waar de performance druk hoog is, zoals in Nederland waar vaak elke dag een andere voorstelling is, kan een toneeltechnicus met onze besturing heel snel een voorstelling in elkaar zetten. En door de eenvoud en vele mogelijkheden van deze besturing is het inmiddels mogelijk om acteurs in 3D over het podium te laten vliegen.”


De aandrijving van de complexe lieren bestaat elk uit een PM-motor, een wormwielreductor en twee remmen 

Blinkende machinekamer
Het interview met Brackman vindt plaats in het Amphion theater in Doetinchem. Hier zien we dat de architect van het theater destijds al rekening hield met de nieuwste techniek. Alle zestig lieren inclusief frequentieregelaars en voedingsrailkasten staan in twee rijen opgesteld in een aparte machinekamer. Dat heeft als voordeel dat er geen geluid doordringt naar de zaal, ondanks dat de moderne trekaandrijvingen fl uisterstil zijn. Brackman: “Per roede zorgt een 15 kW synchroonmotor voor de aandrijving. Zo’n roede kan bewegen met een snelheid van 2 m/s en elke roede kan een gewicht van 500 kg tillen.” De STE Trekwerk-lieren bestaan uit een grote trommel met daarin een servomotor, een planetaire reductiekast, twee individuele remmen en een veiligheidsencoder met twee werkingsprincipes. “De kunststof trommel is een geheel eigen ontwikkeling,” licht Brackman toe. “Wij waren de eerste die dit materiaal gebruikten in ons vakgebied. Dat was een idee vanuit de offshore, daar willen ze liever geen stalen lieren hebben in verband met corrosie. Wij hebben het gedaan om de inertia laag te houden.”

Is dat ook nog van invloed op het geluidsniveau? “Een kunststof trommel of staal maakt niet zoveel uit. Het geluidsniveau is laag omdat de servomotorreductor in de trommel is ingebouwd. Bovendien is de planetaire tandwielkast voorzien van speciaal geslepen tandwielen. Nu maakt dat voor het theater in Doetinchem niet zoveel uit, omdat alle aandrijvingen in een aparte machinekamer staan. Maar in heel veel theaters staan deze lieren gewoon boven op het grid. Dan mag je ze niet horen natuurlijk.”


Reind Brackman (links) en Teun van der Heiden werken al jaren samen aan innovatieve theatertechniek

Motion control dirigent
Op elke STE Trekwerk-lier bevindt zich een compact schakelkastje met een frequentieregelaar en elektronica. “We werken al sinds 2001 samen met Control Techniques,” legt Brackman uit. “Toen waren we samen de eersten die puur alleen met een tweede processor (applicatiemodule) in de drive, een netwerk konden opzetten. De meeste andere bedrijven in deze sector maken nog steeds gebruik van een aparte motion control kast om vandaaruit de drives aan te sturen. Wij hebben software ontwikkeld waarbij de applicatiemodule de motion control voor zijn rekening neemt. Dat betekent dat elke lier één regelaar heeft en dus ook zijn eigen processorkracht om het opgegeven traject uit te voeren.”


Chris Laar, toneeltechnicus van het Amphion theater, laat zien hoe eenvoudig de TNM-besturing werkt

Brackman geeft een voorbeeld: “In een que staat dat trek 5 naar 10 meter gaat en daar 6 seconden over moet doen. Dat wordt zo letterlijk doorgegeven aan de machinekamer. Vervolgens gaat er een soort dirigent aan het werk op het netwerk die de secondes telt, wat in onze eigen software zit. We kunnen dat tempo ook vertragen of versnellen. Haalt iemand bij het bedieningspaneel een joystick naar beneden om te vertragen, dan vertelt hij feitelijk die dirigent om een wat langzamer tempo te slaan. Dat principe maakt het mogelijk om de motoren zelf mee te laten beslissen, halen we dat wel of halen we dat niet? Als de vraag komt van motor 1 tot en met 20, ga 20 meter omhoog in een halve seconde, gaan ze sputteren. Dat kunnen ze niet, maar ze kunnen het wel in 10 seconden, dus past de motion control dirigent het tempo aan. Dat is het basisprincipe van ons synchronisatiesysteem om, in dit geval, zestig motoren onder controle te krijgen en te kunnen laten bedienen door één persoon of meerdere personen als er meerdere bedieningspanelen zijn. Eigenlijk is één persoon met een zestigassige robot aan het werk.”

Voeding en netwerktopologie
De aandrijvingen krijgen hun voeding via twee enorme voedingsrailkasten. Brackman wijst op de hoofdvoeding, die ze zelf ook maken. “Er komen twee voedingen (redundant) binnen die worden samengevoegd tot één busbar. Maar we wilden het zo modulair mogelijk opzetten, mocht er met een drive iets misgaan. Het is nu heel makkelijk om dit te vervangen. Stekkers los, andere drive erin, stekkers aansluiten en weer draaien. Heel modulair, zonder dat je een of andere kast in moet duiken om iets te demonteren. Immers ‘The show must go on’.”

De communicatie in de machinekamer gaat via het CTNet protocol. “Het had ook via ethernet kunnen gaan,” legt Brackman uit “maar dat zijn in het algemeen ster-topologieën. Zoals je hier in Doetinchem ziet, is er gewoon een rij aan motoren aanwezig en is het best aantrekkelijk om een topologie te hebben waarbij je gewoon kunt doorlussen. Bij ethernet moet je veel meer uitsplitsen. Dus voor ons is CTNet een aantrekkelijke netwerktopologie. Aan de andere kant gaan we wel meer ethernet-technologie gebruiken.” Teun van der Heiden, Accountmanager Drives & Motors Technology bij Nidec Netherlands vult hem aan: “De ontwikkeling van meer ethernet is iets wat je ook bij onze regelaars ziet. Steeds vaker is er een ethernet-aansluiting aan de voorzijde.” Ook legt Van der Heiden kort iets uit over de gebruikte frequentieregelaars. “In Doetinchem wordt de Control Techniques Unidrive SP regelaar gebruikt. Dat is de voorganger van de Control Techniques Unidrive M700 regelaar, die in de opera in Stockholm is geïnstalleerd. Maar de basis is hetzelfde: een applicatiemodule waarin de motion controller is ondergebracht en CTNet waarmee verbinding wordt gemaakt naar alle drives toe.”

Naar Zweeds design
Het hoofddoel om naar Stockholm te reizen was om de nieuwste STE Trekwerk-installatie te zien in de Koninklijke Opera. “In Stockholm was de opdracht iets anders,” legt Brackman uit. “Daar moesten we de lier maken naar het ontwerp van het Zweedse Novoscen, ook actief in de theaterwereld. Dat is een mooie lier geworden, maar wel heel complex en heeft een veelvoud aan onderdelen in vergelijking met onze eigen lier. Het was overigens wel een aparte ervaring om iets te maken dat niet door ons is ontworpen. Gelukkig hebben we uiteindelijk zo’n 80 procent van de lier naar onze hand kunnen zetten.”

De Zweedse lier is een imposant apparaat, zeker als je er veertig in rijen van 2 x 20 bij elkaar ziet staan. En aan de andere kant van het grid nogmaals veertig. De complexe lier bestaat uit een PM-motor, een wormwielreductor en twee remmen. De uitgaande as van de reductor drijft de drum aan waarop de vijf kabels van de trek zijn gewikkeld. Helemaal bovenop zien we een kettingaandrijving die via een mechanisme ervoor zorgt dat de kabels goed in het spoor blijven van de drum.

Van der Heiden, ook aanwezig in Stockholm, licht de technologie toe: “Voor de aandrijvingen passen wij de Control Techniques Unimotor HD toe. Deze PM-servomotoren zijn inzetbaar voor hoog-dynamische toepassingen en kenmerken zich door een zeer hoog koppel ten opzichte van de bouwgrootte van deze compacte motor. Voor de feedback wordt een multi turn Hipeface encoder toegepast. Deze encoder zit middels een vormvaste verbinding op de motor-as om de positie van de as te waarborgen.”

Wormwielaandrijving
Het aansturen van de Zweedse lieren vindt plaats door de Unidrive M 700 universele frequentieregelaar waarin een SI applicatiemodule is geplaatst. In de applicatiemodule is het STE Trekwerk motion control programma ondergebracht voor de aansturing van de trek. Ook hier wordt voor de communicatie gebruikt gemaakt van CTNet protocol waarmee alle cyclische en non cyclische data wordt verzonden.


Deze regelaars zijn de hostdrives voor de verwerking van de ‘cyclic’ en ‘non cyclic data’ over CTnet en de gateway naar het realtime ethernet netwerk waarop de servers en de TNM zijn aangesloten

Voor de reductiekasten zocht Nidec de samenwerking met een Nederlandse partner, het bedrijf Rossi Benelux in Panningen. “Met name het stille karakter van de wormwielaandrijving en het aanbouwen van de remmen op de tweede primaire as, was voor ons reden om voor deze kast te kiezen. Andere belangrijke eigenschappen zijn dat ze voldoen aan een minimale servicefactor van 2, vormvastheid van alle verbindingen en de juiste bouwvorm. De reductieverhouding is 1:16. Voor de dubbele remmen werd een beroep gedaan op Kolmer in Putten, dat de Cantoni remmen leverde. Overigens zijn alle aandrijfsets in Sliedrecht samengebouwd en getest voordat ze in het lierframe werden gemonteerd.

Kabels, kabels en nog eens kabels
Brackman is blij met de ondersteuning van Nidec Control Techniques. “De kracht van dat bedrijf is, dat zij de technologie in huis hebben die ervoor zorgt dat je zoiets complex als een zestigassige of tachtigassige robot kunt neerzetten zonder ernaast nog een enorme motion control achtige topologie te moeten opzetten. Dan had je veel meer kabels en kasten gezien en een hoop gerommel eromheen.”


Ook de punttrekken in Stockholm zijn naar Zweeds ontwerp

Om de hoeveelheid kabels en kasten te illustreren regelde Brackman voor ons een bezoek aan het Dramaten theater. In het Dramaten, officiële naam Kungliga Dramatiska Teatern, zien we nog de oude situatie. Via een stelsel van oude krappe liften en sierlijke trappen komen we op het hoogste niveau van dit theater uit 1908. We zien elektromotoren, haakse reductoren, encoders en lieren met vijf stalen kabels per trek. Dat lijkt toch redelijk modern zou je haast zeggen, als we niet eerder de compacte hightech aandrijftechniek van STE Trekwerk in Doetinchem hadden gezien. Hier in het Dramaten zitten de frequentieregelaars verspreid over diverse ruimtes in een groot aantal schakelkasten. Vaak twee frequentieregelaars per schakelkast en om met de woorden van Brackman te spreken ‘een hoop gerommel eromheen’. Ook zien we massa’s elektriciteits- en signaalkabels die via het plafond in een wirwar van kabelgoten de verbindingen leggen tussen aandrijving en regelaar. Straks staan hier de Zweedse lieren ‘Made in the Netherlands’, aangestuurd door Control Techniques regelaars, ingebouwde motion control en voorzien van energiedoor voedingsrailkasten. Die technologie van STE Trekwerk is zo gek nog niet.


Een imposante opstelling van deze 2 x 20 lieren aan één zijde van het grid in het oude operagebouw in Stockholm. Aan de andere zijde van het grid staan eveneens 2 x 20 lieren in het gelid

MET DANK AAN
Voor dit artikel willen we diverse mensen bedanken die de bezoeken aan de theaters mogelijk hebben gemaakt. Allereerst Reind Brackman, een bevlogen technicus, die voor ons de deuren opende in de theaterwereld. Daarnaast de drie STE Trekwerk technici op locatie; Ingrid Blok, Robert van den Eijkhof en Tristan Kombrink. Ze zorgden, ondanks vijf nachten doorwerken, voor koffie en een rondleiding langs de theatertechniek in Stockholm. In Doetinchem werden de deuren geopend door de toneeltechnicus van het Amphion theater, Chris Laar. En ook de mensen van Nidec Netherlands vanzelfsprekend voor de organisatie, met natuurlijk Teun van der Heiden als aandrijfspecialist.