(安徽金海迪尔信息技术有限责任公司 230000)
摘要: 本文总结了2016年汾泉河杨桥船闸扩建工程自动化监控系统建设工作经验，汇总了系统设计、软硬件配置、运行控制模式、控制功能等要点，提高了船闸设备数字化、智能化、自动化运行管理水平。
关键词: 船闸 PLC（可编程逻辑控制器） 监控
1 前言
杨桥船闸按Ⅳ级标准建设，船闸闸室宽度13m，闸室长200m。船闸上、下闸首工作闸门和输水洞阀门启闭机采用液压操作，共设有4套液压泵站，每套设有两台液压油泵，单台电机功率为22kW，采用软启动方式。在船闸的上闸首设一座10/0.4kV变配电房。闸首主要用电负荷为二级负荷，供电电源有两路，一路引自电力系统10kV输电线路，另一路为备用柴油发电机组。变压器容量为200kVA，变压器采用户内安装方式，选用干式变压器，型号为SCB10-200/10，有IP21保护外壳；柴油发电机组容量为200kW。
船闸的控制运行以集中控制为主、现场控制为辅的控制方式，集中控制采用计算机监控，计算机监控系统采用开放式全分布系统结构，分设主控级和现地单元控制级。主控级由两套操作员工作站以及外围设备等组成，现地单元控制级由可编程控制器PLC和触摸屏构成，在船闸上闸首和下闸首现场分别设置一套现地控制单元，主控级与现地单元控制级之间采用以太网连接。船闸设有一套工业电视监视系统，系统由现场摄像机和中心监控设备组成。船闸的上下闸首、管理区、上下游远调站现场设有13台彩色摄像机，中心监控设备放置在船闸中央控制室内，电视墙由多台彩色监视器组成。
2 系统设计
2.1计算机监控系统
船闸计算机监控系统采用开放式分层分布式结构，按无人值班、少人值守运行方式运行。另外还有一套船闸收费系统，一套船闸交通广播系统，一套变配电监控系统。
监控系统由主控级(上闸首控制室)和现地单元控制级组成。控制权分船闸控制室、现地二级，可以进行切换。主控级是指在上闸首控制室操作员工作站上的操作，现地控制指在现场LCU屏上的操作。控制权优先顺序为“现地，船闸控制室”。
主控级设有操作员工作站，作为船闸计算机监控系统的控制中枢，非运行期间亦可作为培训用。主控级除完成对被控对象的监视控制外，还具有与Internet通信及其他外部系统通信并留有与办公自动化联机接口，是整个监控系统的控制核心。直接面向生产过程，负责对现场数据的采集和处理，能够独立或按主控级的命令完成对所有被控对象的监视和控制。主控级主机操作员工作站与现地单元级各控制单元均可采用TCP/IP以太网连接，采用以太网直接连接，网络介质为光纤，传输速率高，安全稳定性好。
船闸控制室主要完成船闸闸门的运行及管理，实时监测、采集现地控制单元运行状态信号，完成对闸门启闭机、配电系统等设备运行的实时监视与远程控制；采集闸门实时运行信息、数据，实现对闸门的远程监视、运行控制及管理功能；包括历史数据存档、归类、检索和管理，运行报表生成与打印；人机接口功能，来自现地控制单元的实时信息直接在LCD上显示刷新。同时供运行值班人员使用，具有图形显示、运行监视、闸门启停及辅机操作等控制命令、设定与变更工作方式、记录、报表、通信控制、系统诊断、修改及设定定值，增加和修改数据库、画面和报表，并可作一定的软件维护工作。所有的操作控制都可以通过鼠标及键盘实现；通过彩色显示器可以对全系统及所有被控对象的生产、设备运行作实时监视，并取得所需的各种信息。同时可预留与上层枢纽总调系统进行信息服务与交互。
船闸上、下闸首左、右岸各配一套液压泵站，每套液压泵站分别控制一台人字闸门液压启闭机及一台输水阀门液压启闭机，共四套。每套液压泵站设置两组油泵，两组油泵互为备用。每套液压系统配置有一台动力配电柜（含软启动器）和一台PLC控制屏。控制系统采用星型网络结构，能实现左右岸同步、上下闸首闭锁等功能。
2.2视频监视系统
船闸设有一套视频监视系统，为船闸办公、管理安防监视系统。在船闸的上下闸首、管理区、上下游远调站现场设有13台彩色摄像机，摄像机同时提供防盗报警功能，视频集中控制监视设备布置在中控室，采用AC 220V的UPS电源引接。在中控室配置大屏幕电视墙对各摄像机图像进行集中显示。
系统中心监控设备由终端箱、交换机、控制键盘、存储系统和彩色监视器组成的电视墙等组成。安防监视设备中心监控设备放置在中控室内。船闸控制室电视墙由4列3行，55″DID液晶拼接屏组成，可同时显示所有摄像机的监视画面，通过主控键盘对一体化的云台、变焦镜头等进行调节控制，从而对上下游和闸室的全貌及管理处等进行监视。所有在监视器上的显示的图像可进行集中存储。另外各摄像机通过光纤与局域网连接，联在网上的任一台微机在具有权限时都能看到现场摄像画面。现场摄像机是高清信号摄像机，可通过网络键盘和视频服务器来进行浏览和控制。
3、系统软硬件
上位机软件：
组态软件平台采用的组态王Kingview V6.55作为基本SCADA软件。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆Kingview工业控制软件是北京亚控科技有限公司的产品，是一种分布式生产自动化软件和控制软件，提供监控和数据采集功能，可提供与多种数据库的接口。
下位机软件：
本系统PLC采用的是欧姆龙公司CS系列产品。编程软件为CX-Programmer v9.3。
硬件配置及组网：
系统分设远方、主控级和现地控制单元级，，优先级别为“现地、主控级、远方（预留接口）”。
1、船闸控制中心
设备主要包括2套互为冗余的操作员工作站、1套通信服务器、1台打印机和1套UPS电源等。
2、现地控制单元
杨桥船闸上下闸首左右岸现地控制室各设置一套PLC控制屏，共3套。采用欧姆龙公司CS系列PLC，屏上配有12寸HMI，触摸屏兼顾操作和参数状态显示功能，屏上配有急停按钮。现地控制单元以标准模块构成的PLC为基础，包括有顺控、调节、过程输入/输出、数据处理、人机接口和外部通信功能。
3、自动化元件
系统配置4套自收缆水位计，分别安装在上闸首上游侧、闸室上闸首、下闸首下游侧、闸室下闸首，用以监测河道上游水位、下游水位及闸室水位数据等。
4、系统组网
系统的网络架构主要包括：
控制中心与各现地控制单元的联接，按IEEE802.3 Ethernet标准联成以太网络，采用100Mbps速率联接；
主控级各工作站之间联接采用100Mbps速率联接；
监控系统与多功能表、开度、水位等设备的联接均以RS485通信口通过通讯管理机连接至以太网。
4、运行控制模式
船闸监控系统以控制室集中控制方式为主，现地PLC控制方式为辅，配以简单的手动控制功能，集控室集中控制主要由两台操作员工作站完成。
集控室集中控制方式可分为全自动控制方式、单步控制方式。
自动控制方式：主要是指各现地LCU的方式选择开关均处于“上位机”方式下，集控站处在“自动控制”方式下的一种控制模式，这种模式适合于对船闸按船舶经过每个闸室的过程进行控制，即集控系统通过操作员操作“上行”、“下行”、“船只进闸到位”、“闸室与上（下）游水位齐平”、“ 船只出闸到位”等简单的指令使现地自动完成船舶经过一个闸室的过闸过程。
单步控制方式：主要是指各现地LCU的方式选择开关均处于“上位机”方式下，集控系统处于“单步控制”方式下的一种模式。在这种模式下，集中监控系统对现地PLC的操作均采用单机构操作，即对每个闸首人字门、输水门、交通指挥灯等分别进行分步操作。
触摸屏控制方式：被操作的现地LCU处于“触摸屏”方式。在这种模式下，通过触摸屏上的操作按钮来实现，即对每个闸首人字门、输水门及交通指挥灯等分别进行分步操作。
手动控制方式：用现场按钮手动完成闸门的开启，不通过PLC的操作方式。
5、控制功能
上、下闸首两侧的液压启闭机房各设2个液压泵站，分别用于上、下闸首人字闸门和输水门的启闭运行。
1）每一现地站均能根据各现地设备之间的闭锁条件，独立操作单边人字闸门和输水门，并能通过集控系统网络接受集中监控站的控制命令控制人字闸门和输水门的启闭运行，实现船舶过闸过程的自动程序控制。
2）现地站设置紧急停机操作按钮，实现紧急停机，同时也可通过集控远方操作实现紧急停机。
3）各现地控制站与集控站、现地控制站与现地控制站之间均可通过系统网络实现数据共享。
4）根据过闸控制程序，发出船舶进出闸室的通航信号，人字门的开/关运行启动前发出语音预告信号。
6、结束语
以PLC为核心的船闸自动化监控系统，实现了对启闭机、阀门及电气设备启动或停机的自动控制、事故报警、连锁反应，达到了运行及管理的高度智能化、自动化、数字化。此系统具有编程容易、程序改变灵活、可移植性强，操作简单，工作可靠，控制精度高，抗干扰能力强等特点；而且系统结构紧凑，节省能耗，便于维护。随着水利地位的提高以及工农业生产对水务、交通航运行业在技术上、规模上以及控制精度、自动化程度等方面的要求，计算机自动化监控将会得到更加广泛的应用。
论文作者:傅振扬
论文发表刊物:《电力设备》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/22
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