摘要：简要介绍了枢纽船闸的工程概况，详细介绍了计算机监控系统的设计原则以及船闸计算机监控系统实现结构配置和功能，提高船闸运行的安全系数与生产效率。
关键词：船闸 上位机 监控系统
1工程概况
某供水枢纽工程为省重点水利工程，是具有防洪、供水、发电、航运等综合效益的大型水利工程。船闸计算机监控系统的监控对象包括：船闸上闸首左右侧人字门、左右侧廊道工作门；船闸下闸首左右侧人字门、左右侧廊道工作门；闸坝配电房的船闸相关配电设备。
2监控系统设计原则与结构配置
2.1设计原则
船闸计算机监控系统必须响应速度快，可靠性、可利用率高；可适应性强；可维修性好；先进、经济、灵活和便于扩充。
2.1.1船闸计算机监控系统采用基于Windows 操作系统的全分布开放系统结构，采用开放式、分层分布式设计；采用容错设计；采用光纤以太网网络结构和成熟的标准汉化系统。
2.1.2船闸和闸坝配电现地控制单元（LCU）以S7-300系列可编程序控制器（PLC）为基础，采用模块化结构，具有自诊断功能。
2.1.3采用GPS卫星时钟系统对监控系统的主控级计算机和各现地控制单元(LCU)进行时钟同步，使计算机监控系统的时间与标准时间同步。
2.1.4监控管理层与现地控制单元采用光纤电缆连接；监控管理层设备因布置相对集中，采用双绞线网络电缆连接。网络速率为100Mbps。
2.2结构配置
枢纽船闸计算机监控系统采用分层分布式结构，采用开放式、全分布设计,由集中控制单元和现地控制单元两部分组成。船闸计算机监控系统还包括广播、收费、通航信号灯等设备，与西溪船闸工业电视图像视频系统构成一个完整的、独立的船闸控制监视综合系统。船闸监控系统的网络拓朴结构分为以下三层，最上层是监控管理层，中间层是现地LCU控制层，现地LCU向上通过以太网通信模块与监控管理层实现通讯，通讯介质为光纤，上下闸首的两台收费工作站通过光纤以太网和监控管理层相连。
现地层配置为：
(1)船闸计算机监控子系统设五个现地控制单元（LCU）,其中四台LCU各负责本闸首的人字闸门、廊道工作门的控制以及液压泵组的控制
(2)闸坝配电房LCU屏布置于闸坝配电房内，主要对闸坝配电房内的坝区变及柴油发电机断路状态、电流及电压量等进行监视。
(3)通航信号灯包括上下游远程信号灯、上闸首进出闸信号灯、下闸首进出闸信号灯等。电源由船闸照明电源回路中引出。
3监控系统功能应用
3.1集中控制层功能
集中控制层设备布置在船闸上闸首集中控制室内，操作员工作站通过鼠标和键盘在屏幕上进行操作，操作员工作站还具有管理功能。 监控室的操作优先权低于现地控制单元，其功能有：
3.1.1 数据采集和处理
(1)数据采集：接收各现地LCU屏发送的有关数据并存入数据库，用于显示器画面更新、控制调节、记录检索、操作指导及故障记录分析。故障报警信号应优先传送，并登录故障发生的时间。
(2)数据处理：对数据编码、校验传递误差、误码分析及数据传输误差控制；生成各种数据库，供显示、刷新、打印、检索使用；对数据进行越限比较，越限时发出报警信号并打印记录；事件顺序记录，及时处理生产过程中发生的每一个事件，记录每个事件发生的时间和事件性质，事件包括正常操作和故障。
3.1.2运行监视、控制、调节和操作
(1)每台操作员工作站设置1台彩色液晶显示器（LCD），用于监视船闸运行情况和液压启闭机的运行工况以及闸坝配电房的主接线。
(2)运行操作人员能通过操作员工作站对船闸各液压启闭机进行控制和调节。
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(3)运行操作人员能通过操作员工作站对闸坝配电房的主回路设备、供电状态进行监视等操作，系统能显示配电间的一次主接线及变压器高、低压侧断路器、柴油发电机断路器的位置。当运行设备故障时，监控室有报警音响信号。
(4)船闸监控系统实现接收、显示收费工作站的收费信息、来往船只信息等。
3.1.3记录、报告、统计制表
（1）所有监控对象的操作、报警事件及实时参数等都予以记录，对故障信号进行事件顺序记录；运行管理人员可通过操作员工作站方便地进行人机对话，按航次自动登录各闸室人字门、输水阀门的运行情况，启、闭时间以及上、下游和各闸室的水位、开度等信息，按要求形成统计报表；
（2）将所有的操作自动按其操作顺序记录下来，包括操作对象、操作指令、操作开始时间、执行过程、执行结果及操作完成的时间、操作员的姓名等；自动将各种报警事件按时间顺序记录其发生的时间、内容和项目，生成报警事件汇总表；记录故障发生前后一段时间里重要实时参数的变化情况；并自动记录与故障量相关的参数；记录重要监视量的运行变化趋势，并进行趋势分析；
（3）船闸过船运行情况记录：由运行管理人员将船队基本情况如船名、船队尺寸、吨位、时间等输入计算机内，形成各种统计报表，表格格式应可由用户方便地重新进行设置；
3.1.4远程控制：能可靠、实时地与各现地LCU屏通信，向各现地LCU屏发送指令，并接收现地LCU屏上送回的各种信息；留有足够的备用通信接口，满足系统扩充需要。
3.2现地控制单元功能
各现地控制单元（LCU）以S7-300系统可编程序控制器（PLC）为基础，具有自诊断功能，配电房LCU以光纤网络方式实现与交换机的通讯。各现地控制单元的监控对象分别为相应的人字门、廊道工作门和配电房设备。主要功能如下：
3.2.1数据采集与处理
(1)船闸闸首LCU屏通过开度传感器对左、右人字门、廊道工作门的开度及其偏差值进行监控；对各人字门上、下游侧水位及水位差进行实时检测；对液压系统的压力、油位等重要信号量进行监视；对油泵运行状态的监视。
(2)配电房LCU屏能采集变压器及柴油发电机的断路器位置信号，
(3)故障情况下能自动采集故障发生时刻的有关数据，并按其发生的顺序记录故障的性质和发生的时间。
3.2.2运行显示、控制、调节和操作
(1)船闸闸首LCU屏能通过按钮、开关、信号指示灯等对现场各电气量和非电气量进行监视、控制和调节；
(2)闸门闸首LCU屏至少完成下列控制和调节工作：廊道工作门、人字门及液压系统的程序联动控制功能、程序单项控制功能和手动控制。
(3)人字门上、下游侧没有平压，则人字门不能开启，超时有报警指示，并根据需要将信息上送操作员工作站。各船闸闸首LCU屏之间有可靠的闭锁关系，不仅采用通信接口联系以外，还有硬接线进行闭锁；
(4)船闸闸首LCU屏设置紧急停机按钮，以实现紧急停机；
3.2.3通信功能
现地控制单元与操作员工作站之间采用以太网方式OPC通讯方案进行传递命令与信息，根据操作员工作站的命令随时上送要求的信息；故障情况下，及时向操作员工作站发送故障信息；现地控制单元触摸屏与PLC采用MPI串口或PROFIBUS总线通信，在上位机无法控制时，触摸屏可对船闸等设备控制，同时船闸等设备状态和测值监视。PLC之间采用PROFIBUS总线进行通讯。
3.2.4自诊断功能
(1)现地控制单元能诊断出下列硬件故障：CPU模件故障;I/O控制模件故障；接口模件故障； 通讯控制模件故障；电源故障；被控对象元、器件的故障。
(2)当诊断出故障点时能自动闭锁控制出口，并将故障信息上送操作员工作站；同时，现地控制单元上有显示和报警。
4结束语
监控系统自投入运行以来，系统运行较稳定，能准确、实时地反映船闸系统设备的运行状态和参数，能准确、可靠地控制现场设备，确保了船闸稳定安全运行。但随着自动化技术的发展与实际运行情况的需要，也进行了一些功能上的改进与完善。文中详细介绍了计算机监控系统的设计原则以及船闸计算机监控系统实现结构配置和功能，为枢纽船闸的安全高效运行提供了重要技术支撑和保障，同时也为其它水利枢纽工程设计和运行提供借鉴。
论文作者:刘峥
论文发表刊物:《电力设备》2018年第6期
论文发表时间:2018/7/9
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