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(wǎng)絡(luò)控制計(jì)算機(jī)、視頻采集及處理、現(xiàn)場智能儀器、光纖通訊等先進(jìn)技術(shù)、采用分層分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控結(jié)構(gòu)，組成船閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)實(shí)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(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)故障自動恢復(fù)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(jī)狀態(tài)檢測單元、現(xiàn)場攝像機(jī)、視頻錄像機(jī)、船閘手動集控屏、中控室工控機(jī)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(dú)立，互為冗余備份，全部數(shù)據(jù)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(yùn)行。安全可靠和先進(jìn)實(shí)用除選擇技術(shù)先進(jìn)、實(shí)用、操作方便外，絕對可靠，能在汛期根據(jù)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(jìn)的分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。在生產(chǎn)過程中信息集中管理，操作可集中進(jìn)行，也可現(xiàn)地進(jìn)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(quán)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?，F(xiàn)地控制層根據(jù)采集到的信息自動或手動控制閘門設(shè)備按一定的程序可靠運(yùn)行。主控層負(fù)責(zé)信息的集中管理和監(jiān)控，提供可視性人機(jī)界面，對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)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(diào)?，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(kuò)展性整個系統(tǒng)采用分層分布的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議是國際公認(rèn)的、開放的，可以很方便的對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展和連接，系統(tǒng)的軟硬件均采用模塊化設(shè)計(jì)。使監(jiān)控系統(tǒng)更能適將來功能的增加和規(guī)模的擴(kuò)充。經(jīng)濟(jì)性和可擴(kuò)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(shè)備和控制軟件。采用的設(shè)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(hù)原有的硬件設(shè)備和軟件投次，采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于維護(hù)、檢修和升級。同時，根據(jù)當(dāng)前技術(shù)發(fā)展，采用一些先進(jìn)的模塊組合代替高成本的過時組合，最大地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和可擴(kuò)展性。網(wǎng)絡(luò)化組網(wǎng)接口說明為實(shí)現(xiàn)區(qū)域化集中控制，預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口，以支持與遠(yuǎn)程控制終端的連接

4、，可實(shí)現(xiàn)經(jīng)授權(quán)的多遠(yuǎn)程終端監(jiān)測查看相關(guān)數(shù)據(jù)，可以同其它設(shè)備一起組成區(qū)域化測控網(wǎng)絡(luò)。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(jī)、電壓電流數(shù)據(jù)的采集和各項(xiàng)動作是安全保護(hù)進(jìn)行控制。2、中控室計(jì)算機(jī)控制單元主要是有1-2臺工業(yè)計(jì)算機(jī)加上計(jì)算機(jī)保護(hù)設(shè)備和通信設(shè)備組成，在計(jì)算機(jī)中安裝想要的組態(tài)控制軟件，實(shí)現(xiàn)對船閘的遠(yuǎn)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(guān)鍵點(diǎn)安裝相應(yīng)的工業(yè)攝像機(jī)，通過光纖匯集到中控室的硬盤錄像機(jī)中，在監(jiān)控拼接大屏中顯示出來。實(shí)現(xiàn)對船閘各個關(guān)鍵點(diǎn)的實(shí)時監(jiān)控和錄像。從而保證遠(yuǎn)控船閘的安全。4、船閘收費(fèi)調(diào)度系統(tǒng)

5、，是一個專門針對船閘設(shè)計(jì)的船舶收費(fèi)調(diào)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(guān)票據(jù)，并且按照登記繳費(fèi)的順序和船舶的大小與閘室的大小進(jìn)行合理的調(diào)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(biāo)準(zhǔn)模塊構(gòu)成的PLC為基礎(chǔ)，包括有順控、調(diào)節(jié)、過程輸入輸出、數(shù)據(jù)處理、人機(jī)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(gòu)成。現(xiàn)地單元內(nèi)部采用以太網(wǎng)通信口。（2）現(xiàn)地控制單元具有自檢功能，對硬件和軟件進(jìn)行經(jīng)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(jì)算機(jī)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(nèi)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(guān)柜內(nèi)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(dāng)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(shè)備連續(xù)工作而不產(chǎn)生擾動。（5）現(xiàn)地控制單元電源消失時，其收集的信息或內(nèi)部運(yùn)行的數(shù)據(jù)不因此而丟失，設(shè)備維持?jǐn)嚯娗暗倪\(yùn)行狀態(tài)，并向主控層發(fā)出故障信號，當(dāng)電源恢復(fù)時，系統(tǒng)能自動重新起動，電源消失或重新恢復(fù)都不引起設(shè)備的誤動作。（6）現(xiàn)地控制單元的設(shè)備能工作在無空調(diào)、無凈化設(shè)施和無專門屏蔽措施的閘房內(nèi)。（7）機(jī)組現(xiàn)地控

7、制單元以觸摸屏為人機(jī)接口。在其上可以進(jìn)行現(xiàn)場控制操作，還能顯示相的操作畫面、操作提示、相關(guān)數(shù)據(jù)及機(jī)組事故、故障指示信號。（8）現(xiàn)地控制單元設(shè)有輸出閉鎖的功能。在維修、調(diào)試時，可將輸出全部閉鎖，而不作用于外部設(shè)備。當(dāng)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(wǎng)絡(luò)相連接的通信接口?？刂品绞浆F(xiàn)地集中控制柜設(shè)現(xiàn)地、集中、遠(yuǎn)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(yuǎn)方控制方式指只能在上位機(jī)上進(jìn)行操作，上位機(jī)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(yuǎn)方操作方式互鎖?，F(xiàn)地控制：按動開門

8、按鈕或關(guān)門按鈕，閘門運(yùn)行。按動停止按鈕，人字門運(yùn)行停止；人字門開關(guān)至全開或全關(guān)狀態(tài)時自動運(yùn)行停止。按動停止按鈕，人字門運(yùn)行停止?，F(xiàn)地控制方式屬于點(diǎn)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(shù)字顯示和相關(guān)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(guān)人字門按鈕，閘門運(yùn)行。按動停止按鈕，人字門運(yùn)行停止；人字門開關(guān)至全開或全關(guān)狀態(tài)時自動運(yùn)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(cè)閘首閥門與閘門都處于全關(guān)位。遠(yuǎn)方控制：若在計(jì)算機(jī)上選擇手動控制界面（這種操作方式是一對二的），選擇相應(yīng)的閘門或者閥門的按鈕，閘門或者閥門就會進(jìn)行

9、相應(yīng)的動作，然后按停止按鈕，閘門或者閥門就會停止運(yùn)行。同時，相應(yīng)界面會顯示出閘門或者閥門的對應(yīng)開度值。 若在上位機(jī)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(jìn)行一系列的關(guān)門、開閥、開門、關(guān)閥等操作，按動停止按鈕，此操作停止，當(dāng)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(yùn)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(guān)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(guān)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(guān)，且無論上游交通燈還是下游交通

10、燈都有進(jìn)閘、禁止、出閘三種選擇狀態(tài)?，F(xiàn)地柜供電正常時，當(dāng)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(guān)分別擲到如下位置時：進(jìn)閘：上游室外交通燈為綠色，上游閘室內(nèi)交通燈為紅色；下游室外交通燈為綠色，下游閘室內(nèi)交通燈為紅色。禁止：上游室外交通燈與上游閘室內(nèi)交通燈均不亮；下游室外交通燈與下游閘室內(nèi)交通燈均不亮。出閘：上游室外交通燈為紅色，上游閘室內(nèi)交通燈為綠色；下游室外交通燈為紅色，下游閘室內(nèi)交通燈為綠色。當(dāng)選擇集中或者遠(yuǎn)控時，交通燈時程序自發(fā)控制，無需轉(zhuǎn)動開關(guān)?？刂葡到y(tǒng)設(shè)備拓?fù)鋱D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(shè)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(quán)限配置系統(tǒng),系統(tǒng)管理員擁有一個最高權(quán)限,可以增加、刪除、修改權(quán)限較低的用戶,現(xiàn)在點(diǎn)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(yīng)的密碼,在右面安全區(qū)中可以選擇它的權(quán)限,可以讓他管理或者不管理某些功能。點(diǎn)擊確認(rèn)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(jìn)行刪除和修改,點(diǎn)擊用戶欄中選中用戶，再點(diǎn)擊修改按鈕會彈出相應(yīng)的用戶信息對話框，在此頁面中可以修改用戶相應(yīng)參數(shù)。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(diǎn)擊刪除

12、按鈕,它會提示你一個確認(rèn)要刪除這個用戶的提示，如果要刪除，然后點(diǎn)擊確認(rèn)。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(guān)人字門,開或關(guān)沖水閥等相關(guān)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(shí)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(diǎn)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(diǎn)擊查詢按鈕,系統(tǒng)會自動查詢相應(yīng)的所記錄的數(shù)據(jù)。所查詢出來的數(shù)據(jù)支持標(biāo)準(zhǔn)報表打印功能，只要點(diǎn)擊打印,選擇要使用的打印機(jī)，點(diǎn)擊打印按鈕，系統(tǒng)將合

13、成標(biāo)準(zhǔn)報表并按照相應(yīng)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(chǎn)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(shè)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(biāo)度清零功能的,為了數(shù)值準(zhǔn)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(diǎn)擊船閘監(jiān)控按鈕進(jìn)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(yuǎn)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(shí)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(yuǎn)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(yùn)行情況及每一個閘閥的實(shí)時狀態(tài)， 包括進(jìn)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(jīng)平水壓的標(biāo)志。在界面的最下方，中間

15、是船閘運(yùn)行步驟狀態(tài)顯示區(qū)域。系統(tǒng)將船閘運(yùn)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(jìn)船、關(guān)上游門、開下游閥、開下游門、關(guān)下游閥、下行出船。上行也分為與之對應(yīng)的6個步驟。流程運(yùn)行的步驟可以根據(jù)用戶的船閘實(shí)際情況來進(jìn)行組態(tài)化定義。比如在水頭高的情況下，可以支持開、關(guān)閥時多分幾次的測控操作。在流程圖區(qū)的左右兩側(cè)分別對應(yīng)上下閘控制的按鈕區(qū)，點(diǎn)擊應(yīng)急，手動，自動均可以顯示相應(yīng)的功能按鈕。系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)是下游進(jìn)船，軟件手動操作的步驟如下。待進(jìn)船完畢后要首先按照流程要求先得關(guān)閉下游門，點(diǎn)擊關(guān)人字門，在流程圖上可以看到運(yùn)行狀態(tài)，并且配有語音及警鈴提示。在人字門完全關(guān)閉以后，需要打開上游

16、閥，平水壓。點(diǎn)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(dāng)剖面圖中閘室水位與上游水位相同時，點(diǎn)擊上游的開人字門，當(dāng)人字門完全打開后，同時點(diǎn)擊關(guān)閉上游的沖水閥。出閘指示燈轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為上游進(jìn)船，這時上游的進(jìn)閘指示燈顯示為綠色，出閘燈轉(zhuǎn)為紅色。上游船安全進(jìn)閘完畢后，點(diǎn)擊關(guān)閉上游人字門，待上游人資們?nèi)P(guān)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(dāng)閘室水位與下游水位相同時，操作員點(diǎn)擊關(guān)閉下游閥門，并打開下游人字門。當(dāng)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(dāng)船舶全部出閘完畢后，可以點(diǎn)擊轉(zhuǎn)換為

17、下游進(jìn)船狀態(tài)，此時的下游指示燈轉(zhuǎn)為綠色，下游方可進(jìn)船。這便是一個完整的船閘運(yùn)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(diǎn)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(diǎn)擊自動上行。點(diǎn)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(jìn)船完畢后，點(diǎn)擊上行啟動按鈕，系統(tǒng)將自動關(guān)閉人字門。在人字門完全關(guān)閉后，會自動打開上游的沖水閥，實(shí)現(xiàn)水位平壓。當(dāng)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(guān)閉上游沖水閥，當(dāng)人字門全開后，允許船舶出閘。當(dāng)上行出閘完成后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為上游進(jìn)船狀態(tài)。這時再點(diǎn)擊自動下行，

18、當(dāng)船舶進(jìn)閘完畢后，點(diǎn)擊下行啟動，系統(tǒng)將自動運(yùn)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(dāng)船舶出閘完畢后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為下游進(jìn)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(yùn)行時間，提高了整體的運(yùn)行效率。1.主界面打開船閘監(jiān)控系統(tǒng)后，進(jìn)入到主界面，如下圖所示：點(diǎn)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(rèn)密碼：123456。成功登錄后，“登錄”按鈕變?yōu)椤白N”按鈕，點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)擊窗口上的“新建”按鈕，

19、彈出如下窗口：請如下圖進(jìn)行設(shè)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(shè)置為800即可。如需刪除操作員，點(diǎn)擊需要刪除的操作員名，點(diǎn)擊“刪除”按鈕即可。如需對操作員進(jìn)行修改，點(diǎn)擊需要修改的操作員名，點(diǎn)擊“修改”按鈕，即可對操作員進(jìn)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(diǎn)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(shí)際狀態(tài)均有動畫效果?！笆謩颖Ｗo(hù)鎖定”、“手動保護(hù)解除”按鈕可以防止操作人員誤操作，當(dāng)有緊急情況發(fā)生時，可以點(diǎn)擊“急?！卑粹o切斷電源，緊急情況解除后點(diǎn)擊“急停復(fù)位”按鈕。3.1 自動控制打開船閘監(jiān)控界面后，默認(rèn)的操作方式是自動控制，自動控制時需將閘門和閥門調(diào)整到初始狀態(tài)，上行初始狀態(tài)為：上、下游閥門全關(guān)、上閘門全關(guān)、下閘門全開；下行初始狀態(tài)為：上、下游閥門全關(guān)、上閘門全開、下閘門全關(guān)。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(dāng)船進(jìn)閘完畢后，點(diǎn)擊“啟動”按鈕，彈出啟動確