船閘自動控制系統(tǒng)

鮑曉兵

（江蘇省劉老澗船閘管理所，江蘇 宿遷 223842）

1 船閘運行控制方式

船閘運行控制分為集中控制和分散控制兩種，集中控制是在監(jiān)控中心實現(xiàn)的程序運行，分散控制是指運行人員在上下游閘首操作臺上分別實現(xiàn)閘閥門的程序運行、單項運行及閘閥門的單側(cè)點動運行。這兩種控制都是由可編程控制器PLC完成的，脫離PLC的手動應(yīng)急操作系統(tǒng)（如急停等）是在調(diào)試和緊急情況時使用。正常單向過閘程序如圖1 所示。

圖1 正常單向過閘程序

（1）閘、閥門啟閉機液壓系統(tǒng)的控制。通過采集限位開關(guān)及壓力、溫度、位移等傳感器的實時信號對液壓系統(tǒng)的變頻器、電機、電磁閥及輔助的電加熱、潤滑泵等設(shè)備進行實時控制。兩臺電機柱塞泵可切換，當(dāng)一臺泵損壞時，可以啟用另一臺泵，從而保證了船閘的正常運行?？刂瞥绦蚝图夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)符合液壓系統(tǒng)提出的要求。

（2）交通信號燈的控制。交通信號燈隨程序運行實現(xiàn)自動控制，保證船舶的安全暢通。

（3）集控室控制。集控室可根據(jù)航道船舶和進出閘船舶及一、二線船閘灌泄水對三線閘的影響，人工干預(yù)三線閘的運行操作。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 上位機

上位機采用研華公司的監(jiān)控組態(tài)軟件Webaccess，其主要功能為：①實時數(shù)據(jù)采集及顯示，包括閘室內(nèi)外實時水位、閘／閥門實時開度、直流穩(wěn)壓電源的電壓、電機回路電壓及電流、泵站油壓狀態(tài)、液壓泵站電磁閥狀態(tài)等；②動態(tài)圖形顯示船閘運行畫面，包括船閘水位曲線圖、閘門運行狀態(tài)圖、閘首機房液壓泵站運行圖和閘首機房電機回路運行圖等；③多種控制方式選擇，即手動／自動；④船閘運行過程中的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的管理，包括船閘運行及操作、船閘水位、電機電流和故障報警；⑤統(tǒng)計報表管理，包括日報表、月報表等；⑥系統(tǒng)管理，包括操作員操作自動登記、操作員密碼管理、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)自檢；⑦系統(tǒng)故障報警，包括故障分類報警（提示類故障、停機類故障、工藝內(nèi)故障）和報警自動記錄。

2.2 下位機

下位機由施耐德公司的Unity編程軟件和TSX Quantum模塊組成，整個系統(tǒng)由Schneider的2套PLC分別實現(xiàn)對上下游閘、閥門等機械設(shè)備的控制，每套PLC系統(tǒng)由一個主站和一個遠程站組成。其中，主站采用Schneider TSX Quantum系列的PLC，遠程站采用Schneider TSX Quantum系列的RIO，兩者通過專用電纜相連。另外，在每座船閘上、下游閘首機房設(shè)有自動和手動操作的控制系統(tǒng)觸摸屏和操作臺。此外，還在各閘首機房內(nèi)控制柜上設(shè)計了應(yīng)急控制按鈕，供船閘維修調(diào)試情況下使用。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖見圖2 。

3 控制系統(tǒng)功能

船閘上位機共分為開機畫面、監(jiān)控界面、網(wǎng)絡(luò)拓撲、液壓電氣狀態(tài)、液壓系統(tǒng)狀態(tài)和船閘數(shù)據(jù)報表6大部分。

3.1 開機畫面

軟件開機畫面如圖3 所示，其主要功能是界面切換。

3.2 監(jiān)控界面

操作控制界面圖如圖4 所示，實時監(jiān)視和控制系統(tǒng)的運行情況。

3.2.1 最上一排顯示窗口

（1）本側(cè)／對側(cè) ：本側(cè)只對北側(cè)閘閥門進行控制，對側(cè)只對南側(cè)閘閥門進行控制，本側(cè)、對側(cè)分別用兩個矩形框顏色顯示，綠色為執(zhí)行，棕色為未執(zhí)行。

（2）上行／下行：上行矩形框顯示為綠色表示目前是上行操作。

（3）集中／應(yīng)急：集中矩形框為綠色，表示目前是集中操作。

（4）自動／手動 ：自動就是通過觸摸屏對閘門與閥門進行自動操作；手動就是通過操作臺（柜）對閘門和閥門進行點動操作，這種控制沒有連鎖關(guān)系，各閘門與閥門都設(shè)有手動控制按鈕，便于維護和調(diào)試。手動矩形框為綠色，顯示當(dāng)前是手動操作。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

圖3 開機畫面

圖4 操作控制界面

3.2.2 最下一排按鈕

（1）開閘門／關(guān)閘門按鈕：對上、下游閘門進行控制。（2）開閥門／關(guān)閥門按鈕：對上、下游閥門進行控制。（3）運行／暫停按鈕：運行即對各閘門與閥門進行連鎖控制，暫停即對正在運行的系統(tǒng)暫時停止運行。

（4）停機按鈕：停止PLC系統(tǒng)對外所有的輸出，斷掉油泵電機、潤滑泵電機和加熱器等。

（5）故障復(fù)位按鈕：當(dāng)機電系統(tǒng)出現(xiàn)故障排除后，應(yīng)按一下此按鈕，恢復(fù)之前的操作程序。

（6）強落閥按鈕：通過油泵強行落閥。

（7）進閘信號燈按鈕：人為地把進閘紅燈轉(zhuǎn)換為進閘綠燈（因為在閘室船舶出閘時，進閘信號燈為紅色），上游操作和下游操作可以相互切換，各種操作之間互鎖。

3.2.3 中間部分

中間部分為閘閥門等運行動畫顯示，例如實時顯示閘閥門的開門動畫、油缸油壓、上下游照明燈控制、閘閥門開度記錄和水位數(shù)值顯示等。

3.2.4 其他部分

其他部分包括上下游閘閥門關(guān)到位矩形框顯示、操作流程文字說明圖、報警顯示（紅色為存在故障）等。

3.3 網(wǎng)絡(luò)拓撲界面

網(wǎng)絡(luò)拓撲界面包括集中監(jiān)控室；上北、上南閘首機房；下北、下南閘首機房，并實時顯示設(shè)備運行狀態(tài)。

3.4 液壓電氣狀態(tài)

圖5 為液壓電氣原理圖，包括上北閘首、上南閘首、下北閘首、下南閘首液壓電氣。主要顯示設(shè)備的運行狀態(tài)和設(shè)備運行時間記錄，同時記錄三相電壓數(shù)值。設(shè)備啟動，用綠色表示；設(shè)備未啟動，用棕色表示。

圖5 液壓電氣原理圖

3.5 液壓系統(tǒng)狀態(tài)

圖6 為液壓泵站設(shè)備運行狀態(tài)，包括油缸油量動畫、電磁閥狀態(tài)、加熱器選擇、液位狀態(tài)、電機 M1和M2選擇。

（1）切換按鈕分為上北閘首、上南閘首、下北閘首和下南閘首液壓，可以通過4個按鈕查看相應(yīng)位置的液壓系統(tǒng)狀態(tài)。

（2）根據(jù)閘門、閥門的開度實時顯示閘門、閥門油缸油量的多少。

（3）9個電磁閥DT1～DT9在電磁閥信號為0時顯示棕色、為1時顯示綠色，能根據(jù)PLC信號實時變化。

（4）液壓油溫度顯示：立式棒圖顯示油溫高低，油溫值呈綠色時表明油溫正常，黃色時表明油溫偏高或偏低，紅色時自動報警。

圖6 液壓泵站設(shè)備運行狀態(tài)

3.6 船閘數(shù)據(jù)報表

圖7 為數(shù)據(jù)庫界面，包括日報查詢、月報查詢、操作記錄、報警記錄、運行記錄、實時趨勢和歷史趨勢。

圖7 數(shù)據(jù)庫界面

4 結(jié)束語

目前該系統(tǒng)運行良好，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，該系統(tǒng)將會得到進一步的改進和完善。

［1］李新勝，張德江，曹公正.基于MCGS和PLC監(jiān)控系統(tǒng)在電機變頻調(diào)速中的應(yīng)用［J］.長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008（6）：68-69.

［2］席愛民.計算機控制系統(tǒng)［M］.西安：西安科學(xué)技術(shù)出版社，1994.

［3］鄒伯敏.自動控制原理［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2004.

［4］郁漢琪.電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)［M］.南京：東南大學(xué)出版社，2004.