船闸集控系统的技术改造

船闸集控系统的技术改造

熊恒山 冯哲 蒲文德

四川嘉陵江金溪航电开发有限公司 四川南充 637000

摘要：本文作者结合多年的工作经验，对船闸集控系统的技术改造进行了详细的探讨，以供相关专业人士参考。

关键词：船闸；集控系统；技术改造

一、概述

某船闸控制系统由船闸集控室控制系统和现地手动操作控制系统组成，集控室控制系统由S7-200 PLC核心控制单元和工控机组态系统组成，布置在船闸集控室内，现地手动操作控制系统也采用西门子S7-200 PLC作为核心控制单元与手动控制回路组成，分别布置在船闸上闸首左、右控制室内，船闸两套现地手动操作控制系统通过RS485通讯方式连接到船闸集控室内的集控操作控制系统，实现集控室的集控操作。工控机的组态系统主要完成船闸的运行自动化及其管理，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，即完成设备运行的实时监视与控制，来自现地控制单元的实时信息直接在显示器上显示刷新。

二、船闸集控系统技术改造总体设计

某船闸投运以来，随着设备的长期使用逐渐老化，暴露出各种故障和安全隐患，目前船闸控制系统操作存在的主要问题如下：

（1）船闸集控操作时，人字门关门进度不一致，导致无法实现全自动操作流程，操作过程中无法人为干涉操作过程。

（2）工控机运行时系统容易崩溃，集控操作时可能出现中断或者信号丢失等现象，影响船闸操作安全运行。

（3）船闸控制自动化元件信号（如：平压信号，闸门开关信号等）不稳定，运行时可能导致集控操作流程中断。

（4）船闸集控操作台不具备手动操作功能，无法实现在集控操作流程故障时的手动操作接管功能。

（5）船闸集控室未接入视频监控设备，无法实时观察船闸运行状况。

（6）船闸现地控制室手动操作船闸需操作员2名，监护人员1名，现地操作占用较多人力资源。

综合以上原因，为确保船闸操作安全稳定运行，同时节省人力资源，提升工作效率，提出船闸集控系统改造方案，船闸集控系统改造总体设计采用常规手动集控和计算机集控并存的工作模式。其中，常规手动集控是利用新增手动操作功能平台，手动控制信号通过集控室PLC传输信号至现地控制室PLC，由现地PLC实现船闸的控制功能，其功能与现地手动操作控制基本相同。计算机集控则是利用工控机组态系统和集控操作功能平台，通过计算机智能逻辑运算控制实现船闸的计算机集控功能，并可通过工控机上的显示屏查看运行参数，在集控操作中断或故障时可实现手动操作接管，继续执行船闸控制流程。无论手动集控还是计算机集控操作，均可通过视频监控设备观察船闸运行的网络视频信号，以确认现场的实际工况。此次技术改造的主要任务包括集控室完善船闸集控操作控制逻辑和控制方式，增设集控室手动操作平台，更换工控机并完善组态操作系统，增设视频监控设备，维修处理船闸自动化控制设备故障等，实现船闸集控室单人集控操作或手动操作船闸设备，同时通过视频监控设备实时监视设备运行情况，提升船闸的安全可靠性和运行效率。

三、船闸集控操作设计方案

1、集控室集控系统网络拓扑结构

船闸控制系统由船闸集控室控制系统和现地手动操作控制系统组成，船闸两套现地手动操作控制系统通过通讯方式连接到船闸集控室内的集控操作控制系统，实现集控室的集控操作。集控室通过PLC控制现地控制设备如油泵，液压机构，人字门，输水门等设备，逻辑控制，智能判断，协同完成船闸闸门的集控操作。

2、集控室内琴式操作台

集控室内更换原有琴式操作台，更换的集控操作台主要分为3个功能分区分别位上闸首监控区、下闸首监控区、视频监控显示区。

上/下闸首监控区功能：

（1）左人字门全开指示，右人字门全开指示，左人字门全关指示，右人字门全关指示；

（2）左阀门全开指示，右阀门全开指示，左阀门全关指示，右阀门全关指示；

（3）左人字门开启运行指示，右人字门开启运行指示，左人字门关闭运行指示，右人字门关闭运行指示；

（4）左阀门开启运行指示，右阀门开启运行指示，左阀门关闭运行指示，右阀门关闭运行指示；

（5）左、右人字门故障指示、左右阀门故障指示；

（6）人字门开启按钮，人字门停止按钮，人字门关闭按钮；

（7）阀门开启按钮，阀门停止按钮，阀门关闭按钮；

（8）选择开关，现地（现地LCU柜控制）、集中（中控操作台控制）、远方（计算机控制）

（9）选择开关，人字门左（单开关左人字门）、集中控制（左右门同时开启）、人字门右（单开关右人字门）；

（10）选择开关，左阀（单开关左阀）、集中控制（左右阀同时开启）、右阀（单开关右阀）；

（11）交通灯选择开关，进闸（进闸交通灯绿色、出闸交通灯红色）、切除（交通灯均为红色）、出闸（进闸交通灯红色、出闸交通灯绿色）；

（12）急停按钮。

3、集控操作介绍

1、自动集控操作：

1.1左侧允许、右侧允许表示船闸现地控制柜处于“集控”操作位，允许集控室集控操作；

1.2左泵运行、右泵运行表示船闸现地压力油泵已启动，建压正常，具备操作压力油，可正常操作船闸；

1.3上游平水表示上引航道水位和船闸闸室水位持平，无液位差无压差，具备开启上游人字门的条件；

1.4下游平水表示下引航道水位和船闸闸室水位持平，无液位差无压差，具备开启下游人字门的条件；

1.5工作电源表示控制系统电源正常无故障；

1.6故障报警表示设备出现故障，发出告警信号，此时应立即停止操作，查找故障原因，排除故障信息。

1.7运行、暂停切换开关：集控操作过程需暂停操作时切换至暂停位，船闸集控操作流程会暂时停止，并保留当前控制流程状态和信号指示，待需继续运行时切换至运行位，船闸集控操作继续执行暂停时的控制流程，制止集控操作完毕。

1.8上行操作：船闸所有设备检查完毕，故障信息均已排除，具备自动集控操作时，按下上行按钮，船闸将执行上行操作流程，具体步骤如下：
按下上行按钮-左右泵运行-关闭下游人字门-开启上游输水门-监测上游平水信号-开启上游人字门-关闭上游输水门-停泵结束。

1.9下行操作：船闸所有设备检查完毕，故障信息均已排除，具备自动集控操作时，按下下行按钮，船闸将执行下行操作流程，具体步骤如下：
按下下行按钮-左右泵运行-关闭上游人字门-开启下游输水门-监测下游平水信号-开启下游人字门-关闭下游输水门-停泵结束。

1.10停止操作：自动集控操作过程中，出现问题或者影响船闸设备安全运行时，需立即终止船闸操作流程，按下停止按钮，船闸将停止执行操作流程，并终止所有设备的运行并保持当前状态。停止操作不可逆，不具备自动恢复功能。

1.11上游交通灯选择开关：下行进船（进船交通灯绿色、出船交通灯红色）、禁止（交通灯均为红色）、下行出船（进船交通灯红色、出船交通灯绿色）。

1.12下游交通灯选择开关：上行进船（进船交通灯绿色、出船交通灯红色）、禁止（交通灯均为红色）、上行出船（进船交通灯红色、出船交通灯绿色）。

2、手动集控操作：

2.1左右侧油泵启动，相应运行指示亮，表示油泵启动正常，运行正常。

2.2左右侧故障告警信息包括超油压、油堵塞、装置故障，故障灯亮时需停止操作，立即检查故障原因，排除故障信息。

2.3上游人字门操作:左右侧均具备人字门操作条件时，左手握住左侧上游人字门操作摇杆，右手握住右侧上游人字门操作摇杆，向内扳动摇杆时，人字门进行关闭操作，向外扳动摇杆时，人字门进行开启操作，收力则摇杆自复中位，人字门停止动作。人字门全开时，全开指示灯亮，此时开启方向无效；人字门全关时，全关指示灯亮，此时关闭方向无效。

2.4下游人字门操作:左右侧均具备人字门操作条件时，左手握住左侧下游人字门操作摇杆，右手握住右侧下游人字门操作摇杆，向内扳动摇杆时，人字门进行关闭操作，向外扳动摇杆时，人字门进行开启操作，收力则摇杆自复中位，人字门停止动作。人字门全开时，全开指示灯亮，此时开启方向无效；人字门全关时，全关指示灯亮，此时关闭方向无效。

四、船闸视频监控设计方案

船闸新增工业电视采用有线接入与无线网桥接入2种传输方式建设，近距离采用网线传输，远距离采用5G无线传输，利用5G频段抗干扰速度流畅的特点，保证视频监控不掉线的情况下，将远距离的摄像机信号发送至船闸控制室进行汇聚后，接入工业电视主干网，实现对船闸新增工业电视的远程管理。

参考文献：

1. 刘祖伟,胡航,熊锦玲,吴炅,韩新,吴全胜.三峡船闸智能自动化运行方式的可行性研究[J].水运工程,2021(03):164-167.

2. 王余旺,乔波,杜满,习武,董雷.智能技术在三峡船闸上的应用探讨[J].现代工业经济和信息化,2021,11(02):96-98.