1 概 述 本機(jī)電控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)用于某四級(jí)航道的船閘中。設(shè)計(jì)滿足500噸級(jí)船舶通航要求設(shè)計(jì)，也可滿足1000噸級(jí)船舶通航要求。 本系統(tǒng)為船閘營(yíng)運(yùn)管理控制提供保證，包括機(jī)電、調(diào)度、收費(fèi)三大內(nèi)容。 1、 船閘運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括： 1) 集中控制室程序運(yùn)行控制 2) 閘首就地站單閘首集控及單側(cè)閘（閥）控制 3) 通行信號(hào)燈程序控制 4) 通航照明控制（包括閘室、靠船墩、引航道） 5) 廣播指揮系統(tǒng) 2、 船閘運(yùn)行視頻監(jiān)控系統(tǒng) 3、 船閘過(guò)閘調(diào)度與收費(fèi)系統(tǒng)，包括； 1) 船舶登記、收費(fèi)及調(diào)度 2) LED可變信息圖文顯示板 2 自動(dòng)控制系統(tǒng) 2.1 主要控制對(duì)象技術(shù)參數(shù)及控制要求 2.1.1 通航閘門(mén)及啟閉機(jī) 1、 技術(shù)參數(shù) 全閘共設(shè)4扇三角閘門(mén)，上、下游各2扇，每個(gè)閘首由左右2扇三角門(mén)組成。鋼結(jié)構(gòu)三角門(mén)面板為園弧形，朝向引航道。上游閘門(mén)高8.6m，下游閘門(mén)高10.8m，單扇閘門(mén)寬17.357m（按弧長(zhǎng)）。 閘門(mén)啟閉機(jī)可以在一定水位差條件下動(dòng)水啟閉，均采用液壓直推式啟閉機(jī)，全閘共布置4臺(tái)，上、下閘首各2臺(tái)，同一閘首同側(cè)閘門(mén)啟閉機(jī)與閥門(mén)啟閉機(jī)共用1套油泵泵站。 2、 控制要求 同一閘首通過(guò)電液控制，完成2扇閘門(mén)的同步開(kāi)啟、關(guān)閉。 1) 關(guān)門(mén) 按下關(guān)門(mén)按紐，兩扇門(mén)葉同時(shí)朝關(guān)門(mén)方向運(yùn)行，當(dāng)門(mén)葉旋轉(zhuǎn)到離全關(guān)位置5°（關(guān)前位）時(shí)均自動(dòng)暫停，然后兩扇門(mén)同時(shí)運(yùn)行至全關(guān)位置，當(dāng)門(mén)葉到達(dá)全關(guān)位置后，電磁閥復(fù)位，然后油泵電機(jī)自動(dòng)停止工作。 2) 開(kāi)門(mén) 當(dāng)閘門(mén)前后水位差小于5cm時(shí)給出指示信號(hào)，按下開(kāi)門(mén)按紐，啟動(dòng)油泵電動(dòng)機(jī)，控制相應(yīng)的閥組，使左右兩扇門(mén)葉朝開(kāi)門(mén)方向運(yùn)轉(zhuǎn)，到達(dá)全開(kāi)位置后自動(dòng)停止。 2.1.2 輸水閥門(mén)及啟閉機(jī) 1、 技術(shù)參數(shù) 全閘共設(shè)4扇閥門(mén)，上、下閘首各2扇，采用單吊點(diǎn)潛孔式平面鋼閘門(mén)。 閥門(mén)啟閉機(jī)為動(dòng)水啟閉，均采用具有強(qiáng)落閥功能的液壓直推式啟閉機(jī)。在正常運(yùn)行情況下（門(mén)前后平壓狀態(tài)）靠自重關(guān)閥，緊急情況下（門(mén)前后有水位差）時(shí)可強(qiáng)壓關(guān)閥門(mén)。 2、 控制要求 通過(guò)控制三位四通電磁換向閥來(lái)控制閥門(mén)的上升或下降操作。 1) 開(kāi)門(mén) 當(dāng)另一閘首的閘門(mén)處于全關(guān)位置，按下開(kāi)閥門(mén)按紐，同一閘首兩側(cè)邊墩的輸水閥門(mén)同時(shí)以調(diào)定的速度開(kāi)啟，至全開(kāi)位置后停止，并以信號(hào)顯示。閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)可以鎖定在任意高度的位置。 2) 關(guān)門(mén) 按下關(guān)閥門(mén)按紐，同一閘首兩側(cè)邊墩的輸水閥門(mén)同時(shí)關(guān)閉（靠自重關(guān)閥），至全關(guān)位置后停止，并以信號(hào)顯示。 2.1.3 通行信號(hào)燈 1、 技術(shù)參數(shù) 通行信號(hào)燈包括遠(yuǎn)程信號(hào)、進(jìn)閘信號(hào)及出閘信號(hào)。遠(yuǎn)程信號(hào)分別設(shè)置在上、下游引航道船舶停泊區(qū)端部，進(jìn)閘及出閘信號(hào)分別設(shè)置在正對(duì)船舶航行方向右側(cè)的閘首進(jìn)、出口處。 通行信號(hào)燈均采用紅、綠雙色LED信號(hào)燈，紅色表示禁止通行，綠色表示允許通行。 2、 控制要求 進(jìn)閘及出閘信號(hào)采用程序控制，自動(dòng)轉(zhuǎn)換，操作地點(diǎn)為集控室。遠(yuǎn)程信號(hào)燈采用手動(dòng)轉(zhuǎn)換，在閘首調(diào)度室進(jìn)行操作。 2.1.4 通航照明 1、 技術(shù)參數(shù) 通航照明區(qū)域包括閘室，上、下游引航道閘首出口段，靠船墻（墩）段。其中閘室段為分散照明，采用桿高8m的雙叉路燈，雙側(cè)布置，間距為22.4m，光源為2x250W高壓鈉燈；上、下游引航道閘首出口段及靠船墻（墩）段為集中照明，設(shè)20m高傾倒式高桿燈若干座，間距約80m，每組高桿燈裝6～9只1000W投光燈，朝水面的180°范圍內(nèi)呈扇形布置。 2、 控制要求 一般情況下，由設(shè)在集控室控制臺(tái)上的計(jì)算機(jī)或通航照明控制箱進(jìn)行控制。也可以在閘首就地站對(duì)所轄照明線路配電開(kāi)關(guān)（接觸器）進(jìn)行就地控制操作。 通航照明將根據(jù)周?chē)h(huán)境和運(yùn)行照度要求合理選擇控制方式，采取分區(qū)分組控制等措施，降低電能消耗，達(dá)到節(jié)能的目的。 2.2 船閘運(yùn)行方式 船閘運(yùn)行方式是指按上行過(guò)閘和下行過(guò)閘的過(guò)程進(jìn)行船舶過(guò)閘運(yùn)行，二個(gè)過(guò)閘過(guò)程交替進(jìn)行，上行過(guò)閘完畢即進(jìn)入下行過(guò)閘準(zhǔn)備，下行過(guò)閘完畢即進(jìn)入上行過(guò)閘準(zhǔn)備。 1、 上行過(guò)閘： 上行過(guò)閘是指船舶從下游到上游的過(guò)閘過(guò)程。上行過(guò)閘時(shí)，下閘門(mén)已經(jīng)打開(kāi)，閘室水位與下游水位齊平，船舶可以從下游駛?cè)腴l室停泊。當(dāng)全部上行船舶進(jìn)閘完畢，關(guān)下閘門(mén)，下閘門(mén)關(guān)終后，打開(kāi)上閥門(mén)，上游向閘室灌水（在反向水頭時(shí)，閘室向上游引航道泄水），當(dāng)閘室水位與上游齊平時(shí)，打開(kāi)上閘門(mén)，船舶出閘駛?cè)肷嫌巍?2、 下行過(guò)閘： 下行過(guò)閘是指船舶從上游到下游的過(guò)閘過(guò)程。下行過(guò)閘時(shí)，上閘門(mén)已經(jīng)打開(kāi)，閘室水位與上游水位齊平，船舶可以從上游駛?cè)腴l室停泊。當(dāng)全部下行船舶進(jìn)閘完畢，關(guān)上閘門(mén)，上閘門(mén)關(guān)終后，打開(kāi)下閥門(mén)，閘室向下游泄水（在反向水頭時(shí)，下游引航道向閘室灌水），當(dāng)閘室水位與下游齊平時(shí)，打開(kāi)下閘門(mén)，船舶出閘駛?cè)胂掠巍?3、 單向過(guò)閘流程 2.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)方案說(shuō)明 2.3.1 概述 系統(tǒng)根據(jù)集中控制和就地分散控制相結(jié)合的原則進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，采用基于PLC的集散型分布式控制結(jié)構(gòu)。 系統(tǒng)功能分布在網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)中，各功能單元既獨(dú)立又相互協(xié)調(diào)運(yùn)作，任一節(jié)點(diǎn)的故障不影響其它節(jié)點(diǎn)的正常工作。各單元既可以對(duì)所轄對(duì)象進(jìn)行單項(xiàng)控制操作，又可以通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)，協(xié)同進(jìn)行聯(lián)合運(yùn)行，連續(xù)自動(dòng)地完成船舶上行過(guò)閘或下行過(guò)閘的集中程序控制。 系統(tǒng)主要控制對(duì)象包括：上、下閘首閘門(mén)和閥門(mén)啟閉機(jī)組，進(jìn)閘信號(hào)和出閘信號(hào)，與船閘運(yùn)行有關(guān)的通航照明等。 2.3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1、 系統(tǒng)采用集散型分布式結(jié)構(gòu)，分為集中控制和現(xiàn)地分散控制2個(gè)層次，集中控制為主，分散控制為輔助手段。 2、 集中控制層用于實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)船閘的程序集中控制，包括上行程序和下行程序。由2套冗余熱備的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和操作臺(tái)及其他外部設(shè)備（如打印機(jī)等）組成，布置于集控室內(nèi)。 3、 現(xiàn)地控制層共設(shè)4套現(xiàn)地PLC，分別設(shè)于上、下閘首兩側(cè)機(jī)房的控制柜內(nèi)。其中，設(shè)于靠閘管所一側(cè)機(jī)房的PLC通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與對(duì)側(cè)的PLC進(jìn)行通訊連接，可以完成單個(gè)閘首兩側(cè)閘門(mén)、閥門(mén)的現(xiàn)地集中控制，對(duì)側(cè)PLC則不設(shè)此項(xiàng)功能，僅完成本側(cè)閘門(mén)、閥門(mén)的就地控制。 4、 集中控制與現(xiàn)地控制相互閉鎖，通過(guò)安裝在現(xiàn)地PLC柜上的“本側(cè)/雙側(cè)、“就地/遠(yuǎn)方”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)控制。確保在同一時(shí)間內(nèi)，對(duì)閘、閥門(mén)的啟閉只能用一種方式進(jìn)行操作。現(xiàn)地優(yōu)先權(quán)最高，上位機(jī)其次。 5、 上閘首集控PLC，下閘首集控PLC，船閘集控計(jì)算機(jī)之間通過(guò)光纜組成環(huán)型工業(yè)以太網(wǎng)，數(shù)據(jù)和命令的交互采用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議。 2.3.3 運(yùn)行控制方式 1、 按照操作地點(diǎn)分為：集中控制和就地控制，2者互鎖。 2、 按照操作方式分為：程序運(yùn)行控制，單個(gè)閘首就地集中控制，單側(cè)閘（閥）就地控制，3者互鎖。 1) 程序運(yùn)行控制：船閘正常運(yùn)行時(shí)，均采用此方式。設(shè)于船閘集控室，按預(yù)先編制的程序?qū)θl進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控操作，并對(duì)所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，從而連續(xù)自動(dòng)地完成船舶上行過(guò)閘或下行過(guò)閘。 2) 單個(gè)閘首就地集中控制：當(dāng)集控計(jì)算機(jī)故障或網(wǎng)絡(luò)通訊中斷時(shí)采用，設(shè)于上、下閘首閘管所一側(cè)的現(xiàn)地控制柜，通過(guò)控制柜上的觸摸屏或操作按鈕向PLC輸入控制指令，分別完成上閘首或下閘首的二扇閘門(mén)和閥門(mén)的同步開(kāi)啟和關(guān)閉。上、下閘首之間通過(guò)硬接線對(duì)分段控制程序的閉鎖條件進(jìn)行判斷。 3) 單側(cè)閘（閥）就地控制：該控制方式僅在設(shè)備調(diào)試、檢修時(shí)采用。此功能設(shè)于上、下閘首兩側(cè)的現(xiàn)地控制柜，可獨(dú)立進(jìn)行本側(cè)閘墩三角門(mén)、閥門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉。 3、 船閘的閘、閥門(mén)啟閉，在同一時(shí)間內(nèi)，只能用一種方式進(jìn)行操作。正常運(yùn)行情況下，船閘的運(yùn)行控制均采用程序控制方式。 2.3.4 程序運(yùn)行控制流程 1、 上行程序 關(guān)下游閘門(mén)―>開(kāi)上游輸水閥門(mén)―>水位持平后自動(dòng)開(kāi)上游閘門(mén)－>關(guān)上游輸水閥門(mén)。 該過(guò)程為集中連續(xù)過(guò)閘的上行過(guò)程，操作人員在集控室發(fā)關(guān)閘令后，控制系統(tǒng)通過(guò)程序自動(dòng)判斷運(yùn)行條件，關(guān)閉下游閘門(mén)。當(dāng)下游閘門(mén)關(guān)終后，程序自動(dòng)生成上游開(kāi)輸水閥門(mén)的指令。等待上閘首充水水平后，自動(dòng)生成開(kāi)啟上閘首閘門(mén)指令，閘門(mén)開(kāi)終后生成關(guān)閉上閘首輸水閥門(mén)指令，閥門(mén)關(guān)終后上行程序流程結(jié)束。 2、 下行程序 關(guān)上游閘門(mén)―>開(kāi)下游輸水閥門(mén)―>水位持平后自動(dòng)開(kāi)下游閘門(mén)－>關(guān)下游輸水閥門(mén) 該過(guò)程為集中連續(xù)過(guò)閘的下行過(guò)程，操作人員在集控室發(fā)關(guān)閘令后，控制系統(tǒng)通過(guò)程序自動(dòng)判斷運(yùn)行條件，關(guān)閉上游閘門(mén)。當(dāng)上游閘門(mén)關(guān)終后，程序自動(dòng)生成下游開(kāi)輸水閥門(mén)的指令。等待下閘首充水水平后，自動(dòng)生成開(kāi)啟下閘首閘門(mén)指令，閘門(mén)開(kāi)終后生成關(guān)閉下閘首輸水閥門(mén)指令，閥門(mén)關(guān)終后下行程序流程結(jié)束。 3、 說(shuō)明 船閘的集中程序控制方式是系統(tǒng)正常運(yùn)行后使用最多的運(yùn)行方式。該方式對(duì)操作人員要求較低，只需形成初始啟動(dòng)信號(hào)即可。集中程序控制在軟件實(shí)現(xiàn)上采用流程轉(zhuǎn)步方法。正確判斷每個(gè)流程的當(dāng)前程序步，形成各程序步控制指令。同時(shí)，控制系統(tǒng)在流程過(guò)程中，實(shí)時(shí)檢測(cè)船閘的上下游閉鎖關(guān)系及各類(lèi)故障狀態(tài)。一旦發(fā)生故障，立即中斷程序步的執(zhí)行，確保系統(tǒng)的安全可靠。 2.3.5 系統(tǒng)功能 1、 閘、閥門(mén)就地控制功能 就地控制包括了單個(gè)閘首就地集中控制、單側(cè)閘（閥）就地控制兩種方式，兩者控制對(duì)象的范圍不同。以下僅對(duì)就地集中控制的功能進(jìn)行具體說(shuō)明： 1) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集 采集的數(shù)據(jù)信息包括： Ø 閘門(mén)前、后水位 Ø 電網(wǎng)電壓、電流 Ø 進(jìn)線斷路器合/分狀態(tài) Ø 主電機(jī)和備用電機(jī)斷路器合/分狀態(tài) Ø 控制電源狀態(tài)； Ø “就地/遠(yuǎn)方”控制方式； Ø 電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)； Ø 兩側(cè)閘門(mén)運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行位置和實(shí)時(shí)開(kāi)度 Ø 兩側(cè)閥門(mén)運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行位置和實(shí)時(shí)開(kāi)度 Ø 液壓系統(tǒng)油壓，壓力報(bào)警信號(hào)（超壓、欠壓），濾油器堵塞報(bào)警信號(hào)，油箱油位過(guò)低報(bào)警信號(hào) Ø 閘門(mén)和閥門(mén)開(kāi)終、關(guān)終行程開(kāi)關(guān)狀態(tài) Ø 上、下游閉鎖狀態(tài)