船閘自動化控制簡介

1、船閘自動化控制方案簡介2015-09-01船閘自動化控制系統(tǒng)采用現(xiàn)在主流的工業(yè)網絡控制計算機、視頻采集及處理、現(xiàn)場智能儀器、光纖通訊等先進技術、采用分層分布式計算機監(jiān)控結構，組成船閘計算機監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)能實現(xiàn)實時信息自動采集、傳輸、處理入庫、動態(tài)監(jiān)測監(jiān)控、動態(tài)現(xiàn)場視頻監(jiān)視、遠程數據傳輸、計算機系統(tǒng)故障自動恢復等功能，可大大提高船閘的自動化管理水平。系統(tǒng)主要由水位傳感器、閘門傳感器、電機狀態(tài)檢測單元、現(xiàn)場攝像機、視頻錄像機、船閘手動集控屏、中控室工控機操作臺等組成。系統(tǒng)采用現(xiàn)地觸摸液晶屏和液晶顯示器顯示，手動控制和自動控制并存但相互獨立，互為冗余備份，全部數據具備斷電記憶功能，水位及閘門傳感器采

2、用絕對多軸角編碼器，工作安全可靠。系統(tǒng)可長期安全可靠連續(xù)運行。安全可靠和先進實用除選擇技術先進、實用、操作方便外，絕對可靠，能在汛期根據上下游水位有效控制閘門開度的自動控制系統(tǒng)。選擇具有成熟和先進的分布式計算機控制系統(tǒng)。在生產過程中信息集中管理，操作可集中進行，也可現(xiàn)地進行，使控制危險分散，提高系統(tǒng)的可靠性。信息分層管理和控制權限分級本閘門控制系統(tǒng)分為兩層，即主控層、現(xiàn)地控制層。現(xiàn)地控制層根據采集到的信息自動或手動控制閘門設備按一定的程序可靠運行。主控層負責信息的集中管理和監(jiān)控，提供可視性人機界面，對系統(tǒng)進行遠程控制，處理可能發(fā)生的故障和緊急狀態(tài)，保持系統(tǒng)的整體協(xié)調?，F(xiàn)地控制層具有優(yōu)先級，主控

3、層其次。系統(tǒng)的開放性和可擴展性整個系統(tǒng)采用分層分布的網絡結構，其網絡通訊協(xié)議是國際公認的、開放的，可以很方便的對系統(tǒng)進行擴展和連接，系統(tǒng)的軟硬件均采用模塊化設計。使監(jiān)控系統(tǒng)更能適將來功能的增加和規(guī)模的擴充。經濟性和可擴展性說明在滿足工程需要的前提下，選用性能價格比高的控制設備和控制軟件。采用的設備充分考慮到易升級換代，并且在升級時可出最大限度地保護原有的硬件設備和軟件投次，采用模塊化結構，便于維護、檢修和升級。同時，根據當前技術發(fā)展，采用一些先進的模塊組合代替高成本的過時組合，最大地實現(xiàn)系統(tǒng)經濟性和可擴展性。網絡化組網接口說明為實現(xiàn)區(qū)域化集中控制，預留標準以太網接口，以支持與遠程控制終端的連接

4、，可實現(xiàn)經授權的多遠程終端監(jiān)測查看相關數據，可以同其它設備一起組成區(qū)域化測控網絡。系統(tǒng)完成的功能要求如下：1、現(xiàn)地控制單元主要由LCU現(xiàn)地控制單元對船閘的上下游閘門的沖水閥的啟閉，上下游水位、啟閉機、電壓電流數據的采集和各項動作是安全保護進行控制。2、中控室計算機控制單元主要是有1-2臺工業(yè)計算機加上計算機保護設備和通信設備組成，在計算機中安裝想要的組態(tài)控制軟件，實現(xiàn)對船閘的遠程自動化控制。3、視頻監(jiān)控單元是通過在船閘現(xiàn)在個關鍵點安裝相應的工業(yè)攝像機，通過光纖匯集到中控室的硬盤錄像機中，在監(jiān)控拼接大屏中顯示出來。實現(xiàn)對船閘各個關鍵點的實時監(jiān)控和錄像。從而保證遠控船閘的安全。4、船閘收費調度系統(tǒng)

5、，是一個專門針對船閘設計的船舶收費調度軟件。此軟件不但可以記錄通過船閘各船舶的信息，還可以打印相關票據，并且按照登記繳費的順序和船舶的大小與閘室的大小進行合理的調度，提高船閘的通過效率。LCU現(xiàn)地控制單元（1）現(xiàn)地控制單元以標準模塊構成的PLC為基礎，包括有順控、調節(jié)、過程輸入輸出、數據處理、人機接口和外部通信功能、交直流雙供電裝置。各現(xiàn)地控制單元由相同類型的硬件構成?，F(xiàn)地單元內部采用以太網通信口。（2）現(xiàn)地控制單元具有自檢功能，對硬件和軟件進行經常監(jiān)視。任一現(xiàn)地控制單元故障，不影響其他現(xiàn)地控制單元及整個計算機監(jiān)控系統(tǒng)正常工作。（3）現(xiàn)地控制單元在完成所要求的功能外，有20以上的硬件裕量，包括

6、過程信號輸入輸出容量，內存容量等。（4）現(xiàn)地控制單元配置交直流雙供電裝置，每塊現(xiàn)地控制柜的電源采用一回低壓開關柜內的交流220V電源供電，一回采用直流系統(tǒng)提供的直流220V電源。正常時由一路交流220V電源供電，當交流電源消失后，自動切換到直流220V供電，其切換時間能保證LCU中所有設備連續(xù)工作而不產生擾動。（5）現(xiàn)地控制單元電源消失時，其收集的信息或內部運行的數據不因此而丟失，設備維持斷電前的運行狀態(tài)，并向主控層發(fā)出故障信號，當電源恢復時，系統(tǒng)能自動重新起動，電源消失或重新恢復都不引起設備的誤動作。（6）現(xiàn)地控制單元的設備能工作在無空調、無凈化設施和無專門屏蔽措施的閘房內。（7）機組現(xiàn)地控

7、制單元以觸摸屏為人機接口。在其上可以進行現(xiàn)場控制操作，還能顯示相的操作畫面、操作提示、相關數據及機組事故、故障指示信號。（8）現(xiàn)地控制單元設有輸出閉鎖的功能。在維修、調試時，可將輸出全部閉鎖，而不作用于外部設備。當處于輸出閉鎖狀態(tài)時，有相信息上送主控層，以反映現(xiàn)地控制單元的工作狀態(tài)。（9）現(xiàn)地控制單元提供與通信網絡相連接的通信接口?？刂品绞浆F(xiàn)地集中控制柜設現(xiàn)地、集中、遠方三種控制模式：現(xiàn)地控制方式指只能在集中控制柜上操作；集中控制方式指只能在觸摸屏上操作；遠方控制方式指只能在上位機上進行操作，上位機有兩種操作方式：手動和自動操作；現(xiàn)地操作方式、集中操作方式與遠方操作方式互鎖?，F(xiàn)地控制：按動開門

8、按鈕或關門按鈕，閘門運行。按動停止按鈕，人字門運行停止；人字門開關至全開或全關狀態(tài)時自動運行停止。按動停止按鈕，人字門運行停止。現(xiàn)地控制方式屬于點動控制，按動按鈕只能動作某一個門或閥；但在觸摸屏上有左右人字門或閥門開度的數字顯示和相關信號的指示功能。集中控制：按動PLC控制柜中觸摸屏上的開人字門或關人字門按鈕，閘門運行。按動停止按鈕，人字門運行停止；人字門開關至全開或全關狀態(tài)時自動運行停止。左右人字門遵循先到先停的規(guī)則。集中控制方式要求要動作閘首的對側閘首閥門與閘門都處于全關位。遠方控制：若在計算機上選擇手動控制界面（這種操作方式是一對二的），選擇相應的閘門或者閥門的按鈕，閘門或者閥門就會進行

9、相應的動作，然后按停止按鈕，閘門或者閥門就會停止運行。同時，相應界面會顯示出閘門或者閥門的對應開度值。 若在上位機上選擇自動控制，這只需選擇上行選擇或者下行選擇，閘門就會自動進行一系列的關門、開閥、開門、關閥等操作，按動停止按鈕，此操作停止，當條件滿足，再啟動上行或者下行就可以繼續(xù)執(zhí)行。閘門控制的互鎖功能為了保證上下游閘門安全及可靠運行，上游和下游閘門是有互鎖功能。具體為：在上游人字門和充水門沒全關時無法開啟下游的放水門及人字門門；同理在下游人字門和放水門沒全關時無法開啟上游的充水門及人字門。交通燈控制交通燈控制分別有上游交通燈控制和下游交通燈控制兩個控制選擇開關，且無論上游交通燈還是下游交通

10、燈都有進閘、禁止、出閘三種選擇狀態(tài)?，F(xiàn)地柜供電正常時，當操作方式擲于現(xiàn)地狀態(tài)時，上游或下游交通燈選擇開關分別擲到如下位置時：進閘：上游室外交通燈為綠色，上游閘室內交通燈為紅色；下游室外交通燈為綠色，下游閘室內交通燈為紅色。禁止：上游室外交通燈與上游閘室內交通燈均不亮；下游室外交通燈與下游閘室內交通燈均不亮。出閘：上游室外交通燈為紅色，上游閘室內交通燈為綠色；下游室外交通燈為紅色，下游閘室內交通燈為綠色。當選擇集中或者遠控時，交通燈時程序自發(fā)控制，無需轉動開關?？刂葡到y(tǒng)設備拓撲圖如下：船閘控制系統(tǒng)軟件介紹第一個是核心的船閘監(jiān)控模塊、第二個限位設置模塊、第三個是登錄日志模塊、第四個是報警日志模塊、

11、第五個是操作日志模塊和第六個用戶配置模塊?，F(xiàn)在我為大家先簡單的介紹下輔助功能的5個模塊。其一，用戶管理模塊,軟件系統(tǒng)采用的是較為流行的多級權限配置系統(tǒng),系統(tǒng)管理員擁有一個最高權限,可以增加、刪除、修改權限較低的用戶,現(xiàn)在點擊新建一個用戶,在新建用戶頁面中可以輸出用戶的名稱、輸入相應的密碼,在右面安全區(qū)中可以選擇它的權限,可以讓他管理或者不管理某些功能。點擊確認增加。這時在用戶列表中多了一個加入新建的用戶名稱,同時也可以對它進行刪除和修改,點擊用戶欄中選中用戶，再點擊修改按鈕會彈出相應的用戶信息對話框，在此頁面中可以修改用戶相應參數。要執(zhí)行刪除用戶操作，則可以直接在用戶列表框中選中用戶，點擊刪除

12、按鈕,它會提示你一個確認要刪除這個用戶的提示，如果要刪除，然后點擊確認。這時選中的用戶就被刪除了。其二，介紹一下操作事件模塊,操作事件主要是針對這個系統(tǒng)每一個操作人員操作比如開或關人字門,開或關沖水閥等相關的操作事件。都會被系統(tǒng)自動記錄下來，在此表中可以清楚的看到，是哪一個人員操作的,是否成功,這都可以實時記錄下來,利于以后的事故追查工作,系統(tǒng)還提供了按照日期來查詢功能,點擊日期按鈕，可以在彈出的時間頁面中選中起始時間然后在另一個日期按鈕中選中截止日期,點擊查詢按鈕,系統(tǒng)會自動查詢相應的所記錄的數據。所查詢出來的數據支持標準報表打印功能，只要點擊打印,選擇要使用的打印機，點擊打印按鈕，系統(tǒng)將合

13、成標準報表并按照相應的格式打印出來。、其三，登錄日志模塊和報警模塊，在登陸日志模塊中可以看出每個人員在什么時候登錄什么時候退出,登錄登出的時間,也便于這個系統(tǒng)的安全。報警模塊是可以查詢到在系統(tǒng)使用過程中所產生的報警事件信息，便于以后的事故追查。兩個模塊與操作日期模塊使用方法類似。其四，限位設置主要是針對系統(tǒng)使用在不同的船閘上,每一個船閘開人字門的開度和左右閥的開度都是不一樣的,可以在上面輸入上限值,來限定他們這個人字門和閥的不同開度,讓這些閘閥在上下限時自動停止。有些開度傳感器是帶標度清零功能的,為了數值準確，可以在軟件中完成傳感器需要清零作業(yè),為用戶提供方便。下面要介紹的是船閘自動化系統(tǒng)的核

14、心船閘監(jiān)控界面。在主界面上點擊船閘監(jiān)控按鈕進入到船閘監(jiān)控界面。在船閘控制主界面的左上角和右上角分別有現(xiàn)地控制、集中控制、遠方控制三個狀態(tài)燈，這是因系統(tǒng)采用了較為安全的三級控制方式。系統(tǒng)實行的是現(xiàn)地優(yōu)先控制原則，上下閘室控制單元均置成遠程時，系統(tǒng)集控軟件才能參與控制，其他狀態(tài)下均為監(jiān)控狀態(tài)。主界面的下方是船閘的俯視圖。系統(tǒng)采用動畫模擬出船閘的運行情況及每一個閘閥的實時狀態(tài)， 包括進船的方向、信號燈的顯示狀況、上、下游人字門的開啟值以及各個充水閥的開閉值及狀態(tài)。俯視圖的下方是剖面圖，在剖面圖中可以清楚的看到上游水位、閘室水位和下游水位以及各水位之間的差值和是否已經平水壓的標志。在界面的最下方，中間

15、是船閘運行步驟狀態(tài)顯示區(qū)域。系統(tǒng)將船閘運行的一個流程分為12個步驟，上、下行各6個步驟，其中下行步驟有下行進船、關上游門、開下游閥、開下游門、關下游閥、下行出船。上行也分為與之對應的6個步驟。流程運行的步驟可以根據用戶的船閘實際情況來進行組態(tài)化定義。比如在水頭高的情況下，可以支持開、關閥時多分幾次的測控操作。在流程圖區(qū)的左右兩側分別對應上下閘控制的按鈕區(qū)，點擊應急，手動，自動均可以顯示相應的功能按鈕。系統(tǒng)當前的狀態(tài)是下游進船，軟件手動操作的步驟如下。待進船完畢后要首先按照流程要求先得關閉下游門，點擊關人字門，在流程圖上可以看到運行狀態(tài)，并且配有語音及警鈴提示。在人字門完全關閉以后，需要打開上游

16、閥，平水壓。點擊上游的開閥門，可以看到在俯視圖中有一個動態(tài)的演示，水流從上游流向閘室。當剖面圖中閘室水位與上游水位相同時，點擊上游的開人字門，當人字門完全打開后，同時點擊關閉上游的沖水閥。出閘指示燈轉為綠色，船舶可以安全出閘。等待船舶出閘完畢后，將系統(tǒng)狀態(tài)轉換為上游進船，這時上游的進閘指示燈顯示為綠色，出閘燈轉為紅色。上游船安全進閘完畢后，點擊關閉上游人字門，待上游人資們全關后，開啟下游的沖水閥，閘室的水流隨著閥門的打開涌向下游。當閘室水位與下游水位相同時，操作員點擊關閉下游閥門，并打開下游人字門。當人字門完全打開后，系統(tǒng)將出閘指示燈置為綠色，允許船舶出閘。當船舶全部出閘完畢后，可以點擊轉換為

17、下游進船狀態(tài)，此時的下游指示燈轉為綠色，下游方可進船。這便是一個完整的船閘運行流程。為了方便用戶使用，系統(tǒng)提供了較為方便的自動控制模式。點擊自動按鈕，可以看到分為自動上行和自動下行兩個部分?，F(xiàn)在船閘處于上行模式中，所以點擊自動上行。點擊按鈕后，系統(tǒng)隱藏原來下方的諸多按鈕，取而代之的是一個上行啟動按鈕和一個上行停止按鈕 。待上行進船完畢后，點擊上行啟動按鈕，系統(tǒng)將自動關閉人字門。在人字門完全關閉后，會自動打開上游的沖水閥，實現(xiàn)水位平壓。當上游和閘室的水位平壓后，系統(tǒng)自動打開上游人字門，同時關閉上游沖水閥，當人字門全開后，允許船舶出閘。當上行出閘完成后，系統(tǒng)轉換為上游進船狀態(tài)。這時再點擊自動下行，

18、當船舶進閘完畢后，點擊下行啟動，系統(tǒng)將自動運行下行流程，閥門與閘門的啟閉會由系統(tǒng)自動控制。同樣，當船舶出閘完畢后，系統(tǒng)轉換為下游進船狀態(tài)。自動控制大大減少了人力的操作，從而節(jié)省了船閘的運行時間，提高了整體的運行效率。1.主界面打開船閘監(jiān)控系統(tǒng)后，進入到主界面，如下圖所示：點擊登錄按鈕，會彈出登錄窗口，如下圖所示：系統(tǒng)管理員默認密碼：123456。成功登錄后，“登錄”按鈕變?yōu)椤白N”按鈕，點擊“注銷”即可退出用戶登錄。成功登錄后，主界面左上方的按鈕變?yōu)榭捎?。如下圖：2.用戶配置點擊用戶配置按鈕即彈出如下窗口：系統(tǒng)管理員可以添加、刪除、修改操作人員。如需添加新的操作人員，點擊窗口上的“新建”按鈕，

19、彈出如下窗口：請如下圖進行設置新的操作人員：需要注意的是：新建的操作人員的優(yōu)先級不要超過系統(tǒng)管理員的優(yōu)先級（系統(tǒng)管理員優(yōu)先級為900），設置為800即可。如需刪除操作員，點擊需要刪除的操作員名，點擊“刪除”按鈕即可。如需對操作員進行修改，點擊需要修改的操作員名，點擊“修改”按鈕，即可對操作員進行修改，修改的要求與新建時一致。3.船閘監(jiān)控在主界面點擊“船閘監(jiān)控”按鈕，即打開船閘監(jiān)控界面，如下圖所示：船閘監(jiān)控界面的閘門和水位隨實際狀態(tài)均有動畫效果?！笆謩颖Ｗo鎖定”、“手動保護解除”按鈕可以防止操作人員誤操作，當有緊急情況發(fā)生時，可以點擊“急?！卑粹o切斷電源，緊急情況解除后點擊“急停復位”按鈕。3.1 自動控制打開船閘監(jiān)控界面后，默認的操作方式是自動控制，自動控制時需將閘門和閥門調整到初始狀態(tài)，上行初始狀態(tài)為：上、下游閥門全關、上閘門全關、下閘門全開；下行初始狀態(tài)為：上、下游閥門全關、上閘門全開、下閘門全關。上行狀態(tài)和下行狀態(tài)可以通過屏幕左上角的“上行選擇”、“下行選擇”。當船進閘完畢后，點擊“啟動”按鈕，彈出啟動確