江苏省交通船闸电气控制系统解析精要

第19卷 第10期 中 国 水 运 Vol.19 No.10 2019年 10月 China Water Transport October 2019 江苏省交通船闸电气控制系统解析精要 张 雷 （徐州市航道管理处，江苏 徐州 221000） 摘 要：江苏省交通系统管辖船闸共80余座，经过多年的使用和总结，船闸电气控制已形成系统化、标准化、规范化的要求，使用安全可靠、实用、性价比高，对内河航道的船闸电气控制系统使用推广具有较强的参考和借鉴意义。 关键词：船闸；控制；解析 中图分类号：U641 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2019）10-0053-02 江苏省交通水系十分发达，水运资源得天独厚，其濒江临海和内河成网的优势非常明显，在水运运输中，船闸在水路航运中发挥了极其重要的作用。江苏省交通系统管辖船闸共80余座，电气控制系统是船闸运行的核心，从功能划分上控制系统主要包括：自动控制、供配电、照明、广播、越限报警、视频联动、防雷接地、收费等系统内容。本文以自动控制系统为主，分别介绍网络结构、电机控制柜、上位机控制、操作台和视频联动等内容。船闸自动控制是船闸电气控制系统的最核心部分，运行控制务必做到安全、可靠。省内交通船闸控制系统均采用集散控制结构，即集中控制和现地分散控制方式，集中控制地点一般位于办公区调度操作室内，现地分散控制位于相同一侧的上下闸首机房内或室外岗亭操作室。自动控制系统主要包括以下方面： 一、控制系统网络拓朴结构 船闸控制运行必须安全可靠，根据多年的使用经验和总结，并结合实际使用情况和操作习惯，我省船闸控制系统采用计算机集散控制系统结构，该控制系统网络拓朴结构主要有两种控制方式：一种控制方式是2套PLC（2套CPU，2个远程从站RIO），另一种控制方式为1套PLC（1套CPU，3个远程从站RIO）。方式一和方式二均能安全、可靠地进行船闸控制，达到船闸使用要求。方式一上下游控制设备设置配置几乎相同，当一闸首CPU或通讯出现故障或闭锁信号丢失时，另一闸首将不能进行开闸和提阀操作，但可以进行关闸、自落和强落等操作；方式二CPU出现故障时，所有的操作均不能操作，只能停航检修。方式一在程序编制时还应考虑上下游CPU之间的通讯，要确保通讯传输数据正常；方式二则无需考虑CPU之间通讯问题，只需保证主站和3个从站之间的通讯，并确保上下游在套闸方式下闭锁正常即可，前者比后者造价要略高，在等级较高、过闸量较为繁忙的船闸，方式一得到较为广泛的应用。无论采用哪种控制方式，主站和从站之间通讯要通过增设光纤模块进行通讯，不宜采用同轴电缆通讯，同轴电缆通讯距离短、易受干扰，有时会出现主站与从站的通讯不畅等缺点。下位机通过PLC控制启收稿日期：2019-08-11 作者简介：张 雷（1972-），男，江苏省徐州市航道管理处副高。 图1 网络拓朴结构 二、电机控制柜 在船闸运行控制中，电机控制柜中重要的设备集成柜，柜体中放置PLC、电操、空气断路器、交直流电源、接触器、仪表和接线端子等内容。为保证供电质量，应从配电室单独引入一路电源至电机控制柜。电机控制柜具有操作、参数显示等功能，主机房均位于闸室相同一侧，但左右侧机房操作功能不完全相同。若左侧（本侧）机房为主机房，在现地分散控制方式下左侧电机控制柜具有开闸、关闸、提阀、自落阀、强落、急停、合闸、加油等功能，右侧（对侧）机房一般不具备开闸、关闸功能，其他功能基本相同。 但在江苏省各船闸实际使用中，由于各船闸管理的管理和操作习惯不同，电机控制柜的设计并未形成标准化的统一。 闭机从而实现对上下闸首闸、阀门等机械设备的现地控制。在现地分散控制模式下，上、下闸首机房一般设有用于现地分散控制操作的现地监控主机和操作台，还另设有视频联动主机和过闸确认系统，即3台显示器和1个操作按钮箱等内容，方式一网络拓朴结构见下图1。 54 中 国 水 运 第19卷 为便于管理和操作方便，本单位所管辖的船闸电机控制柜功能和布置形式相同。按照江苏省交通船闸养护管理规定，需每年对上下游闸门进行水下检查和阀门进行吊检，由于有的船闸在对侧未设置开阀和自落阀操作按钮，给阀门吊检工作带来不便，补救措施是可以在操作间墙上增设一小操作盒，上面有“开阀”、“关阀”和“停机”钮，以弥补其不足，在实际应用中取得较好的效果。 由于船闸在运行中有时会出现PLC故障，为保证船舶正常通行，当PLC故障不能在较短时间内立即运行时，还需要备用一套应急控制系统，该系统可由继电器进行控制，也可由小型PLC进行控制。这套系统通常用于故障检修和系统调试时使用，使用频率较低，因此推荐采用继电器控制的后备控制方式，但这种方式由于布线复杂，一般不设置上下游闭锁和人工水平功能，其开闸功能安全性相对不高，其余功能正常，在实际使用时要注意不宜长时间和夜间使用。 三、上位控制机 上位机控制就是计算机通过相应的组态软件编制的运行控制程序，能够进行船闸运行控制、参数显示、数据分析与查询和打印等，其功能比较强大。我省采用的上位组态是完全基于IE浏览器的HMI/SCADA监控软件，整体构架是完全基于IE Browser B/S架构。 船闸上位组态是电气控制控制系统重要组成部分，其性能一般包括以下几个部分：集控与分散运行控制功能、电力拖动、照明系统、液压系统、参数设置、趋势查询、故障查询、报表统计等功能，如图2所示。在实际使用中，开发者对PLC数字量输入点的状态显示、闸门同步时间差、闸次运行统计等功能容易忽略，应接合船闸养护管理要求，对门机电等设备的运行时间、次数、故障、水位等进行统计，采用大数据统计、分析、查询等功能，为船闸以后大修、中修维护提供基础数据，保证船闸处于良好的技术状态。 图2 四、操作台控制操作箱 操作台按钮箱功能与上位机运行操作功能按钮基本相同，根据单位管理模式或现地操作人员的习惯，或使用上位机操作，或使用操作台按钮箱操作。有的船闸由于操作机房 面积较小，为节省空间，也可以不设置按钮箱功能。如采用按钮箱，布置“应急 集中 现地”旋转按钮时只能在上下游其一个按钮箱上设置，也不宜在上位机上进行设置，否则会引起操作模式紊乱。操作按钮箱容易遗漏“加油”按钮，即对闸门底枢进行加油，加油功能如电机控制柜未设置，则操作按钮箱一定要设置，两者只需有一处设置即可。功能齐全且运行模式转换位置唯一的按钮布置（电机控制柜和操作台按钮箱）给船闸操作带来工作便利，能提高船舶过闸效率和节约机电保养时间。 五、视频联动系统 在现地分散操作中，为进一步保证现场操作安全，提升操作人员的现场闸况运行辨别能力，我省部分船闸新采用了视频联动系统，该技术是将船闸视频与控制智能联动装置通过工业以太网连接到船闸自动化控制系统与工业电视监控网络系统，通过在装置中读取船闸自动化控制系统中 PLC 程序运行指令的变化来自动调用相应的视频监控画面，从而实现视频监控画面随船闸运行状态自动切换的功能。即船闸在开闸、关闸、开阀和落阀操作时监控视频画面能自动切换到相应的摄像画面上。该技术要求船闸闸室和引航道视频无盲区，船闸闸室至少安装6个摄像头（不含机房内阀门升降摄像头），上下游引航道至少各安装1只高清可遥控摄像头。视频联动显示画面如下图所示，根据使用者的习惯不同，可调整为6、8或9个画面显示，画面中最大的画面即为程序运行自动切换到的画面，如图3，显示屏中所有画面亦可用鼠标进行放大或缩小查看相应状态，显示屏越大越好。在早期的技术中，一般是采用通过组态软件读取上位软件闸阀门运行状况的技术来实现视频联动，但这种方式因数据通讯问题，造成视频画面不流畅、延时或卡死等问题而停用。视频联动技术的采用，深得现场操作人员的欢迎，目前在我省作为标准进行使用和推广。 图3 六、前景展望 随着自动化的快速发展，船闸将沿着集中值守、便捷控制、智慧调度、服务一体化等智能方向发展，依托“互联网+”和大数据，实现智慧服务，让船舶更加安全、高效、有序过闸通行。