船閘PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范

1船閘PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了船閘PLC控制系統(tǒng)硬件、軟件、控制網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)要求與內(nèi)容。本標(biāo)準(zhǔn)適用于交通船閘PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、維護(hù)工作，其他船閘可參考本標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。2規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB4208外殼防護(hù)等級(jí)（IP代碼）GB/T5023額定電壓450/750V及以下聚氯乙烯絕緣電纜GB/T9771通信用單模光纖GB/T22239信息安全技術(shù)信息系統(tǒng)安全等級(jí)保護(hù)基本要求GB/T25070信息安全技術(shù)信息系統(tǒng)安全等級(jí)安全設(shè)計(jì)技術(shù)要求JTJ310船閘電氣設(shè)計(jì)規(guī)范3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。3.1船閘PLC控制系統(tǒng)PLCcontrolsystemforshiplocks一種用于船閘運(yùn)行環(huán)境的數(shù)字式操作電子系統(tǒng)。用可編程的存儲(chǔ)器作面向用戶指令的內(nèi)部寄存器，完成船閘特定的運(yùn)行功能，如邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)、運(yùn)算等，通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入/輸出，控制船閘閘門、閥門啟閉等過(guò)程。3.2程序控制模式proceduralcontrolmode船閘閘門（閥門）主要依靠PLC控制系統(tǒng)按照過(guò)閘流程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行（開(kāi)閘與關(guān)閘需人工確認(rèn)）。3.3分散控制模式dispersedcontrolmode船閘閘門（閥門）依靠人工確認(rèn)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)單步操作運(yùn)行。23.4集中操作模式concentratedoperatingmode對(duì)船閘上、下游閘門（閥門）進(jìn)行遠(yuǎn)程集中控制。3.5現(xiàn)地操作模式localoperatingmode僅對(duì)本閘首閘門（閥門）進(jìn)行控制。3.6套閘通航模式sluicenavigationmode船閘上、下游閘門（閥門）依次循環(huán)啟閉的運(yùn)行模式。3.7通閘通航模式opennavigationmode船閘上、下游閘門（閥門）同時(shí)保持完全開(kāi)啟狀態(tài)下的運(yùn)行模式。3.8船閘控制網(wǎng)絡(luò)shiplockcontrolnetwork用于傳輸船閘運(yùn)行控制信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)。4總則4.1總體要求4.1.1硬件應(yīng)可靠耐用，軟件宜基于成熟平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。4.1.2PLC控制系統(tǒng)的模塊、底板、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、軟件功能等應(yīng)具備一定的可擴(kuò)展性。4.1.3網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)具有開(kāi)放性。4.1.4主要硬件及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備應(yīng)具備通用性。4.1.5PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)積極引進(jìn)及應(yīng)用新技術(shù)、新材料和新設(shè)備。4.1.6PLC控制系統(tǒng)投入運(yùn)行前應(yīng)進(jìn)行功能性驗(yàn)證測(cè)試。4.2功能要求4.2.1PLC控制系統(tǒng)應(yīng)具備程序控制與分散控制、集中操作與分散操作等模式。有平水位的船閘應(yīng)具備套閘通航與通閘通航等模式。4.2.2PLC控制系統(tǒng)除應(yīng)滿足過(guò)閘流程的要求外，還應(yīng)具有JTJ310規(guī)定的互鎖、容錯(cuò)、檢測(cè)、自診斷與應(yīng)急處理等功能。5硬件設(shè)計(jì)35.1一般規(guī)定5.1.1核心控制器應(yīng)選用市場(chǎng)先進(jìn)可靠產(chǎn)品及型號(hào)。5.1.2關(guān)鍵硬件單元或部件應(yīng)冗余配置。條件允許時(shí)宜配備一定的備品備件。5.1.3硬件布置應(yīng)滿足方便養(yǎng)護(hù)和維修的要求。5.1.4輸入、輸出模塊應(yīng)優(yōu)先考慮采用直流24V電壓供電。5.1.5現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備外殼防護(hù)等級(jí)應(yīng)達(dá)到IP65及以上。5.2硬件配置5.2.1PLC控制系統(tǒng)硬件一般包括底板、電源模塊、CPU模塊、通訊模塊、光纖模塊、離散量輸入模塊、離散量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊等，應(yīng)根據(jù)實(shí)際功能需求合理配置相應(yīng)模塊。各功能模塊的配置原則參見(jiàn)附錄A。5.2.2應(yīng)根據(jù)船閘控制對(duì)象合理確定各功能模塊輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，并預(yù)留不低于10%的可擴(kuò)展容量。5.2.3模塊驅(qū)動(dòng)能力應(yīng)滿足外部負(fù)載的要求，并帶有隔離功能。5.2.4供電電源應(yīng)與動(dòng)力電源完全隔離，并具有防浪涌保護(hù)功能。供電電源應(yīng)進(jìn)行精密凈化穩(wěn)壓，經(jīng)在線式UPS輸入。PLC控制系統(tǒng)應(yīng)單獨(dú)接地，接地電阻應(yīng)小于1Ω。5.2.5多線多梯級(jí)流域船閘或統(tǒng)一管理的區(qū)域船閘PLC控制系統(tǒng)硬件配置應(yīng)相對(duì)統(tǒng)一，核心控制器宜選用同類型產(chǎn)品。5.3變頻器5.3.1變頻器功率應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率的基礎(chǔ)上預(yù)留不低于15%的富裕量。5.3.2變頻器宜選配網(wǎng)絡(luò)接口、電抗器、濾波器。5.3.3變頻器安裝不應(yīng)對(duì)PLC控制系統(tǒng)正常運(yùn)行造成影響和干擾，應(yīng)安裝于柜式結(jié)構(gòu)，避免振動(dòng)與電磁干擾，并保證通風(fēng)，接地良好。5.4水位計(jì)5.4.1水位計(jì)選擇應(yīng)考慮可靠性好、維護(hù)方便，根據(jù)實(shí)際情況可采用壓阻式、超聲波式、激光式等類5.4.2測(cè)量量程應(yīng)滿足船閘上、下游設(shè)計(jì)最高、最低通航水位的要求，同時(shí)預(yù)留不低于10%的富裕量。5.4.3測(cè)量精度不低于1mm。5.4.4水位實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔不應(yīng)大于5s。5.4.5輸出信號(hào)類型為4～20mA。5.5限位開(kāi)關(guān)5.5.1限位開(kāi)關(guān)選擇應(yīng)考慮可靠性好、維護(hù)方便，根據(jù)實(shí)際情況可選擇機(jī)械結(jié)構(gòu)接觸式、光電開(kāi)關(guān)等。5.5.2同一功能的限位開(kāi)關(guān)配置數(shù)量不低于2個(gè)。5.5.3機(jī)械結(jié)構(gòu)接觸式限位開(kāi)關(guān)預(yù)期使用壽命不低于10萬(wàn)次。45.6通航信號(hào)燈5.6.1宜采用雙色點(diǎn)陣式LED信號(hào)燈。5.6.2中心光強(qiáng)應(yīng)不低于400cd。5.6.3應(yīng)留有與PLC控制系統(tǒng)離散量通訊接口。5.7通訊光纖、控制電纜5.7.1通訊光纖宜選用鎧裝單模光纖，光纖芯數(shù)應(yīng)滿足使用要求，備芯數(shù)應(yīng)不低于總芯數(shù)的30%，且不低于8芯。5.7.2其余參照GB/T9771與GB/T5023執(zhí)行。5.8電氣控制柜5.8.1控制柜安裝位置應(yīng)考慮方便維護(hù)及檢修。5.8.2控制柜體應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)柜體，柜門面板開(kāi)孔布置合理，柜體表面宜采用熱鍍鋅加噴塑防腐，字體采用宋體，顏色采用RAL7035。5.8.3柜內(nèi)設(shè)備布置應(yīng)遵循“強(qiáng)弱分開(kāi)、間隙合理、便于維護(hù)”的原則，符合人體工程學(xué)原理，擺放整齊，標(biāo)識(shí)清晰。6軟件設(shè)計(jì)6.1一般規(guī)定6.1.1軟件設(shè)計(jì)應(yīng)符合船閘安全運(yùn)行的需要，滿足不同通航模式過(guò)閘流程要求。6.1.2軟件宜分功能塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，并具有動(dòng)作互鎖功能。6.1.3軟件變量數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)船閘運(yùn)行和動(dòng)作的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行分類存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)參見(jiàn)附錄B。6.1.4PLC控制系統(tǒng)應(yīng)為其他系統(tǒng)預(yù)留數(shù)據(jù)接口。6.1.5多線多梯級(jí)流域船閘或統(tǒng)一管理的區(qū)域船閘PLC控制系統(tǒng)軟件宜基于相同的平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。6.1.6軟件應(yīng)有非易失電子介質(zhì)和紙質(zhì)介質(zhì)同時(shí)存檔。6.2過(guò)閘流程6.2.1無(wú)特殊要求時(shí)，套閘模式運(yùn)行流程如圖1，通閘模式運(yùn)行流程如圖2。5圖1套閘運(yùn)行流程圖圖2通閘運(yùn)行流程圖6.2.2暫停、停機(jī)、急停、強(qiáng)落閥等應(yīng)急處理操作應(yīng)具有較高的操作權(quán)限等級(jí)?，F(xiàn)地模式權(quán)限高于集中模式，分散模式權(quán)限高于程序模式。66.3程序設(shè)計(jì)6.3.1程序設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮船閘運(yùn)行的流程及工作特點(diǎn)，熟悉液壓?jiǎn)㈤]系統(tǒng)、機(jī)械啟閉系統(tǒng)、信號(hào)燈、照明等技術(shù)參數(shù)及邏輯關(guān)系。6.3.2功能塊設(shè)計(jì)宜包含開(kāi)閘功能塊、關(guān)閘功能塊、開(kāi)閥功能塊、自落功能塊、強(qiáng)落功能塊、運(yùn)轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)功能塊、濾波功能塊、模擬量處理功能塊、變頻器處理功能塊、進(jìn)出閘功能塊、故障報(bào)警功能塊等。6.3.3程序設(shè)計(jì)必須遵守編程語(yǔ)言中的語(yǔ)法規(guī)定，并應(yīng)簡(jiǎn)潔、便于閱讀與修改。6.3.4程序變量命名應(yīng)遵循唯一性及見(jiàn)名知義原則。變量名應(yīng)包括單位編碼、閘號(hào)、功能、位置等主要信息，各信息之間采用下劃線分隔。變量名命名規(guī)則參見(jiàn)附錄C。6.3.5程序變量地址應(yīng)做統(tǒng)一規(guī)劃，遠(yuǎn)程傳輸?shù)淖兞恳思胁渴穑饕兞棵唧w參見(jiàn)附錄D。6.3.6故障宜分為停機(jī)類故障和非停機(jī)類故障兩個(gè)等級(jí)。停機(jī)類故障應(yīng)禁止系統(tǒng)運(yùn)行，非停機(jī)類故障僅做報(bào)警顯示。故障類別參見(jiàn)附錄B。7控制網(wǎng)絡(luò)7.1控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)依據(jù)系統(tǒng)功能需求、投資費(fèi)用、模擬量數(shù)量、維修便捷性等合理選擇，可采用星型或環(huán)型架構(gòu)，具體參見(jiàn)附錄E。7.2網(wǎng)絡(luò)通訊應(yīng)采用實(shí)時(shí)性強(qiáng)和可靠性高的工業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，在PLC控制系統(tǒng)通訊設(shè)備、現(xiàn)地監(jiān)控主機(jī)、中心服務(wù)器之間形成環(huán)網(wǎng)通訊鏈路，并具備冗余環(huán)網(wǎng)功能。7.3交換機(jī)宜選用單模、帶工業(yè)級(jí)環(huán)網(wǎng)控制與冗余電源功能，光口和電口數(shù)量應(yīng)滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求且各保留不低于2個(gè)的富裕量，帶寬應(yīng)不低于100M/s。7.4控制網(wǎng)絡(luò)安全應(yīng)符合GB/T22239與GB/T25070的相關(guān)規(guī)定。7.5控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)遵循“專網(wǎng)專用”原則，一般禁止外掛集成系統(tǒng)直接與PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，確有需要的應(yīng)在主機(jī)終端、網(wǎng)絡(luò)邊界、區(qū)域隔離等方面做好安全防護(hù)。7.6網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備應(yīng)與系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)同步規(guī)劃、安裝、調(diào)試、驗(yàn)收。7附錄A（規(guī)范性附錄）硬件模塊配置原則A.1底板A.1.1底板應(yīng)具備通用性，每個(gè)底板槽位的電氣特性應(yīng)相同，各模塊理論上可被安裝在底板任意槽位上，但應(yīng)相對(duì)固定。A.1.2底板槽位數(shù)應(yīng)視控制系統(tǒng)模式及輸入、輸出點(diǎn)位數(shù)確定，空槽位數(shù)應(yīng)不低于1個(gè)，并安裝空槽位蓋板。A.2電源模塊A.2.1電源模塊應(yīng)具有過(guò)電流和過(guò)電壓保護(hù)功能，發(fā)生意外掉電，電源模塊應(yīng)有足夠時(shí)間來(lái)保證系統(tǒng)完成有序停機(jī)。A2.2CPU主站宜采用兩個(gè)型號(hào)相同的累加型電源模塊且在背板的兩端槽位上安裝。遠(yuǎn)程站可采用一塊累加型電源模塊并安裝在底板的第一個(gè)槽位上。A.3CPU模塊A.3.1CPU模塊是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，運(yùn)算速度應(yīng)大于40K指令/毫秒，內(nèi)存應(yīng)大于16MB，應(yīng)集成MODBUS/TCPIP和USB外部通訊接口。根據(jù)船閘控制系統(tǒng)CPU的歷史使用情況，并結(jié)合船閘電氣控制系統(tǒng)的特點(diǎn)選擇CPU模塊。A.3.2CPU模塊宜配置在底板的第2個(gè)槽位上。A.4通訊模塊A.4.1通訊模塊應(yīng)結(jié)合船閘電氣控制系統(tǒng)和航道信息化需求進(jìn)行選擇，具備與上位機(jī)、遠(yuǎn)程站通訊的功A.4.2通訊模塊應(yīng)根據(jù)CPU型號(hào)具體配置，一般宜配置在底板的第3個(gè)槽位上。A.5光纖模塊A.5.1光纖模塊是主站和遠(yuǎn)程站光鏈路通訊的端口部件，具備環(huán)網(wǎng)鏈路功能。A.5.2光纖通訊模塊宜配置在底板的第4個(gè)槽位上。A.6離散量輸入模塊8A.6.1宜采用直流24V作為離散量輸入模塊標(biāo)準(zhǔn)化工作電壓。A.6.2離散量輸入模塊宜根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)離散量信號(hào)的輸入設(shè)備數(shù)量具體配置，同類的離散量輸入模塊宜連續(xù)安裝。A.6.3離散量輸入模塊位于底板的槽位應(yīng)相對(duì)固定，每個(gè)離散量輸入模塊的輸入信號(hào)位置應(yīng)相對(duì)固定。A.7離散量輸出模塊A.7.1離散量輸出模塊應(yīng)根據(jù)信號(hào)的電壓類型、負(fù)載大小及船閘電氣控制系統(tǒng)離散量輸出點(diǎn)位進(jìn)行選A.7.2小功率直流24V負(fù)載（直流指示燈、24V直流繼電器等）宜采用直流24V晶體管輸出模塊；大功率流交流220V負(fù)載（交流信號(hào)燈、接觸器線圈、電磁閥件等）宜采用繼電器輸出模塊。A.7.3離散量輸出模塊宜根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)離散量信號(hào)的輸出點(diǎn)位具體配置，同類的離散量輸出模塊宜連續(xù)安裝。A.7.4離散量輸出模塊位于底板的槽位應(yīng)相對(duì)固定，每個(gè)離散量輸出模塊的輸出信號(hào)位置應(yīng)相對(duì)固定。A.8模擬量輸入模塊A.8.1模擬量輸入模塊應(yīng)按照輸入信號(hào)的類型（電流型/電壓型）及電壓、電流量程等級(jí)進(jìn)行選擇。（電流型輸入信號(hào)量程等級(jí)有0～20mA、0～25mA與4～20mA；電壓型輸入信號(hào)量程等級(jí)有1～5V、0～10V、-10V～10V與-5V～5V）A.8.2模擬量輸入模塊宜根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)模擬量信號(hào)的輸入設(shè)備數(shù)量具體配置，同類的模擬量輸入模塊宜連續(xù)安裝。A.8.3模擬量輸入模塊位于底板的槽位應(yīng)相對(duì)固定，每個(gè)模擬量輸入模塊的輸入信號(hào)位置應(yīng)相對(duì)固定。A.9模擬量輸出模塊A.9.1模擬量輸出模塊應(yīng)按照輸出信號(hào)的類型（電流型/電壓型）及電壓電流量程等級(jí)進(jìn)行選擇。（電流型輸出信號(hào)量程等級(jí)有0～20mA與4～20mA；電壓型輸出信號(hào)量程等級(jí)有-10V～10V）A.9.2模擬量輸出模塊宜根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)模擬量信號(hào)的輸出點(diǎn)位具體配置，同類的模擬量輸出模塊宜連續(xù)安裝。A.9.3模擬量輸出模塊位于底板的槽位應(yīng)相對(duì)固定，每個(gè)模擬量輸出模塊的輸出信號(hào)位置應(yīng)相對(duì)固定。9（資料性附錄）數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)B.1數(shù)據(jù)庫(kù)表索引表B.1數(shù)據(jù)庫(kù)表索引123456789注：本表所列索引可隨信息化推進(jìn)更新表結(jié)構(gòu)。B.2人員登錄記錄表表B.2人員登錄記錄表12B.3按鈕操作記錄表表B.3按鈕操作記錄表123注：操作記錄分操作站點(diǎn)的組態(tài)操作記錄和按鈕操作記錄。B.4限位開(kāi)關(guān)記錄表表B.4限位開(kāi)關(guān)記錄表12B.5泵站工作記錄表表B.5泵站工作記錄表123456789注：該寫庫(kù)操作在閘門與閥門運(yùn)行過(guò)程中可（建議20s）重復(fù)進(jìn)行，其中閥門自落時(shí)電機(jī)不工作，可直接寫0；電機(jī)1和電機(jī)2無(wú)傳感器可直接寫0；泵站流量、油溫、油位傳感器存在有損壞或缺少的情況，建議寫0；有桿腔壓力或無(wú)桿腔壓力在沒(méi)有硬件傳感器的情況下，可直接寫0。B.6電源工作記錄表表B.6電源工作記錄表1234567注：本表所列數(shù)據(jù)是持續(xù)存在的，需要定時(shí)（建議60分鐘）寫庫(kù)；上、下游分開(kāi)寫庫(kù)，若為集中控制系統(tǒng)，不論電氣控制柜是否在上游，為便于數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理應(yīng)用，建議上、下游寫相同數(shù)據(jù)；若現(xiàn)場(chǎng)電壓檢測(cè)傳感器檢測(cè)線電壓，為達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)效果，可根據(jù)線電壓計(jì)算出相電壓后寫庫(kù)。B.7控制回路狀態(tài)記錄表表B.7控制回路狀態(tài)記錄表屬性123456789注：功能性觸點(diǎn)缺少、設(shè)備缺失或損壞可直接寫0；電磁閥件數(shù)量若突破上限，可在表設(shè)計(jì)時(shí)增加。B.8運(yùn)行閘次記錄表表B.8運(yùn)行閘次記錄表12B.9啟閉時(shí)間記錄表表B.9啟閉時(shí)間記錄表123注：每步動(dòng)作結(jié)束后，及時(shí)記錄設(shè)備的有效啟閉時(shí)間。B.10水位數(shù)據(jù)記錄表表B.10水位數(shù)據(jù)記錄表12345注：本表所列數(shù)據(jù)是持續(xù)存在的，需要定時(shí)（建議60分鐘）寫庫(kù)；當(dāng)上、下游門頭開(kāi)關(guān)自動(dòng)觸發(fā)水平信號(hào)后，應(yīng)將相關(guān)數(shù)據(jù)采集寫庫(kù)。B.11停機(jī)類故障記錄表表B.11停機(jī)類故障記錄表屬性123456789注：停機(jī)類故障主要有液壓系統(tǒng)回油堵塞、液壓系統(tǒng)超壓、電機(jī)1故障、電機(jī)2故障、通信故障、交流電壓高報(bào)警、交流電壓低報(bào)警、直流控制電壓高報(bào)警、直流控制電壓低報(bào)警、閘門開(kāi)終限位故障、閘門關(guān)終限位故障、閥門開(kāi)終限位故障、閥門關(guān)終限位故障。B.12非停機(jī)類故障記錄表表B.12非停機(jī)類故障記錄表屬性12345注：非停機(jī)類故障主要有液壓系統(tǒng)液位過(guò)高、液壓系統(tǒng)液位過(guò)低、液壓系統(tǒng)油溫過(guò)高、液壓系統(tǒng)油溫過(guò)低、閘門關(guān)超時(shí)、閘門開(kāi)超時(shí)、閥門關(guān)超時(shí)、閥門開(kāi)超時(shí)、模塊報(bào)警、電池電壓低報(bào)警、網(wǎng)絡(luò)中斷報(bào)警。B.13船舶越界記錄表表B.13船舶越界記錄表屬性123（規(guī)范性附錄）程序變量名命名規(guī)則及點(diǎn)位配置原則C.1程序變量名命名規(guī)則C.1.1變量名應(yīng)包括單位編碼、閘號(hào)、功能、位置等主要信息，各信息之間采用下劃線分隔，參見(jiàn)圖C.1。圖C.1程序變量名命名示意C.2硬件模塊輸入輸出點(diǎn)位配置原則C.2.1