船闸自动化控制简介

船闸自动化控制方案
简
介
2015-09-01
船闸自动化控制系统采用现在主流的工业网络控制计算机、视频采集及处理、现场智能仪器、光纤通讯等先进技术、采用分层分布式计算机监控结构，组成船闸计算机监控系统。

系统能实现实时信息自动采集、传输、处理入库、动态监测监控、动态现场视频监视、远程数据传输、计算机系统故障自动恢复等功能，可大大提高船闸的自动化管理水平。

系统主要由水位传感器、闸门传感器、电机状态检测单元、现场摄像机、视频录像机、船闸手动集控屏、中控室工控机操作台等组成。

系统采用现地触摸液晶屏和液晶显示器显示，手动控制和自动控制并存但相互独立，互为冗余备份，全部数据具备断电记忆功能，水位及闸门传感器采用绝对多轴角编码器，工作安全可靠。

系统可长期安全可靠连续运行。

安全可靠和先进实用
除选择技术先进、实用、操作方便外，绝对可靠，能在汛期根据上下游水位有效控制闸门开度的自动控制系统。

选择具有成熟和先进的分布式计算机控制系统。

在生产过程中信息集中管理，操作可集中进行，也可现地进行，使控制危险分散，提高系统的可靠性。

信息分层管理和控制权限分级
本闸门控制系统分为两层，即主控层、现地控制层。

现地控制层根据采集到的信息自动或手动控制闸门设备按一定的程序可靠运行。

主控层负责信息的集中管理和监控，提供可视性人机界面，对系统进行远程控制，处理可能发生的故障和紧急状态，保持系统的整体协调。

现地控制层具有优先级，主控层其次。

系统的开放性和可扩展性
整个系统采用分层分布的网络结构，其网络通讯协议是国际公认的、开放的，可以很方便的对系统进行扩展和连接，系统的软硬件均采用模块化设计。

使监控系统更能适将来功能的增加和规模的扩充。

经济性和可扩展性说明
在满足工程需要的前提下，选用性能价格比高的控制设备和控制软件。

采用的设备充分考虑到易升级换代，并且在升级时可出最大限度地保护原有的硬件设备和软件投次，采用模块化结构，便于维护、检修和升级。

同时，根据当前技术发展，采用一些先进的模块组合代替高成本的过时组合，最大地实现系统经济性和可扩展性。

网络化组网接口说明
为实现区域化集中控制，预留标准以太网接口，以支持与远程控制终端的连接，可实现经授权的多远程终端监测查看相关数据，可以同其它设备一起组成区域化测控网络。

系统完成的功能要求如下：
1、现地控制单元主要由LCU现地控制单元对船闸的上下游闸门的冲水阀的启闭，上下游水位、启闭机、电压电流数据的采集和各项动作是安全保护进行控制。

2、中控室计算机控制单元主要是有1-2台工业计算机加上计算机保护设备和通信设备组成，在计算机中安装想要的组态控制软件，实现对船闸的远程自动化控制。

3、视频监控单元是通过在船闸现在个关键点安装相应的工业摄像机，通过
光纤汇集到中控室的硬盘录像机中，在监控拼接大屏中显示出来。

实现对船闸各个关键点的实时监控和录像。

从而保证远控船闸的安全。

4、船闸收费调度系统，是一个专门针对船闸设计的船舶收费调度软件。

此软件不但可以记录通过船闸各船舶的信息，还可以打印相关票据，并且按照登记缴费的顺序和船舶的大小与闸室的大小进行合理的调度，提高船闸的通过效率。

LCU现地控制单元
（1）现地控制单元以标准模块构成的PLC为基础，包括有顺控、调节、过程输入／输出、数据处理、人机接口和外部通信功能、交直流双供电装置。

各现地控制单元由相同类型的硬件构成。

现地单元内部采用以太网通信口。

（2）现地控制单元具有自检功能，对硬件和软件进行经常监视。

任一现地控制单元故障，不影响其他现地控制单元及整个计算机监控系统正常工作。

（3）现地控制单元在完成所要求的功能外，有20％以上的硬件裕量，包括过程信号输入／输出容量，内存容量等。

（4）现地控制单元配置交直流双供电装置，每块现地控制柜的电源采用一回低压开关柜内的交流220V电源供电，一回采用直流系统提供的直流220V电源。

正常时由一路交流220V电源供电，当交流电源消失后，自动切换到直流220V供电，其切换时间能保证LCU中所有设备连续工作而不产生扰动。

（5）现地控制单元电源消失时，其收集的信息或内部运行的数据不因此而丢失，设备维持断电前的运行状态，并向主控层发出故障信号，当电源恢复时，系统能自动重新起动，电源消失或重新恢复都不引起设备的误动作。

（6）现地控制单元的设备能工作在无空调、无净化设施和无专门屏蔽措施
的闸房内。

（7）机组现地控制单元以触摸屏为人机接口。

在其上可以进行现场控制操作，还能显示相的操作画面、操作提示、相关数据及机组事故、故障指示信号。

（8）现地控制单元设有输出闭锁的功能。

在维修、调试时，可将输出全部闭锁，而不作用于外部设备。

当处于输出闭锁状态时，有相信息上送主控层，以反映现地控制单元的工作状态。

（9）现地控制单元提供与通信网络相连接的通信接口。

控制方式
现地集中控制柜设现地、集中、远方三种控制模式：
现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触摸屏上操作；远方控制方式指只能在上位机上进行操作，上位机有两种操作方式：手动和自动操作；现地操作方式、集中操作方式与远方操作方式互锁。

现地控制：按动开门按钮或关门按钮，闸门运行。

按动停止按钮，人字门运行停止；人字门开关至全开或全关状态时自动运行停止。

按动停止按钮，人字门运行停止。

现地控制方式属于点动控制，按动按钮只能动作某一个门或阀；但在触摸屏上有左右人字门或阀门开度的数字显示和相关信号的指示功能。

集中控制：按动PLC控制柜中触摸屏上的开人字门或关人字门按钮，闸门运行。

按动停止按钮，人字门运行停止；人字门开关至全开或全关状态时自动运行停止。

左右人字门遵循先到先停的规则。

集中控制方式要求要动作闸首的对侧闸首阀门与闸门都处于全关位。

远方控制：若在计算机上选择手动控制界面（这种操作方式是一对二的），选择相应的闸门或者阀门的按钮，闸门或者阀门就会进行相应的动作，然后按停
止按钮，闸门或者阀门就会停止运行。

同时，相应界面会显示出闸门或者阀门的对应开度值。

若在上位机上选择自动控制，这只需选择上行选择或者下行选择，闸门就会自动进行一系列的关门、开阀、开门、关阀等操作，按动停止按钮，此操作停止，当条件满足，再启动上行或者下行就可以继续执行。

闸门控制的互锁功能
为了保证上下游闸门安全及可靠运行，上游和下游闸门是有互锁功能。

具体为：在上游人字门和充水门没全关时无法开启下游的放水门及人字门门；同理在下游人字门和放水门没全关时无法开启上游的充水门及人字门。

交通灯控制
交通灯控制分别有上游交通灯控制和下游交通灯控制两个控制选择开关，且无论上游交通灯还是下游交通灯都有进闸、禁止、出闸三种选择状态。

现地柜供电正常时，当操作方式掷于现地状态时，上游或下游交通灯选择开关分别掷到如下位置时：
◆进闸：上游室外交通灯为绿色，上游闸室内交通灯为红色；下游室外交通灯为绿色，下游闸室内交通灯为红色。

◆禁止：上游室外交通灯与上游闸室内交通灯均不亮；下游室外交通灯与下游闸室内交通灯均不亮。

◆出闸：上游室外交通灯为红色，上游闸室内交通灯为绿色；下游室外交通灯为红色，下游闸室内交通灯为绿色。

当选择集中或者远控时，交通灯时程序自发控制，无需转动开关。

控制系统设备拓扑图如下：
船闸控制系统软件介绍
第一个是核心的船闸监控模块、第二个限位设置模块、第三个是登录日志模块、第四个是报警日志模块、第五个是操作日志模块和第六个用户配置模块。

现在我为大家先简单的介绍下辅助功能的5个模块。

其一，用户管理模块,软件系统采用的是较为流行的多级权限配置系统,系统管理员拥有一个最高权限,可以增加、删除、修改权限较低的用户,现在点击新建一个用户,在新建用户页面中可以输出用户的名称、输入相应的密码,在右面安全区中可以选择它的权限,可以让他管理或者不管理某些功能。

点击确认增加。

这时在用户列表中多了一个加入新建的用户名称,同时也可以对它进行删除和修改,点击用户栏中选中用户，再点击修改按钮会弹出相应的用户信息对话框，在此页面中可以修改用户相应参数。

要执行删除用户操作，则可以直接在用户列表框中选中用户，点击删除按钮,它会提示你一个确认要删除这个用户的提示，如果要删除，然后点击确认。

这时选中的用户就被删除了。

其二，介绍一下操作事件模块,操作事件主要是针对这个系统每一个操作人员操作比如开或关人字门,开或关冲水阀等相关的操作事件。

都会被系统自动记录下来，在此表中可以清楚的看到，是哪一个人员操作的,是否成功,这都可以实时记录下来,利于以后的事故追查工作,系统还提供了按照日期来查询功能,点击日期按钮，可以在弹出的时间页面中选中起始时间然后在另一个日期按钮中选中截止日期,点击查询按钮,系统会自动查询相应的所记录的数据。

所查询出来的数据支持标准报表打印功能，只要点击打印,选择要使用的打印机，点击打印按钮，系统将合成标准报表并按照相应的格式打印出来。

、
其三，登录日志模块和报警模块，在登陆日志模块中可以看出每个人员在什
么时候登录什么时候退出,登录登出的时间,也便于这个系统的安全。

报警模块是可以查询到在系统使用过程中所产生的报警事件信息，便于以后的事故追查。

两个模块与操作日期模块使用方法类似。

其四，限位设置主要是针对系统使用在不同的船闸上,每一个船闸开人字门的开度和左右阀的开度都是不一样的,可以在上面输入上限值,来限定他们这个人字门和阀的不同开度,让这些闸阀在上下限时自动停止。

有些开度传感器是带标度清零功能的,为了数值准确，可以在软件中完成传感器需要清零作业,为用户提供方便。

下面要介绍的是船闸自动化系统的核心——船闸监控界面。

在主界面上点击船闸监控按钮进入到船闸监控界面。

在船闸控制主界面的左上角和右上角分别有现地控制、集中控制、远方控制三个状态灯，这是因系统采用了较为安全的三级控制方式。

系统实行的是现地优先控制原则，上下闸室控制单元均置成远程时，系统集控软件才能参与控制，其他状态下均为监控状态。

主界面的下方是船闸的俯视图。

系统采用动画模拟出船闸的运行情况及每一个闸阀的实时状态，包括进船的方向、信号灯的显示状况、上、下游人字门的开启值以及各个充水阀的开闭值及状态。

俯视图的下方是剖面图，在剖面图中可以清楚的看到上游水位、闸室水位和下游水位以及各水位之间的差值和是否已经平水压的标志。

在界面的最下方，中间是船闸运行步骤状态显示区域。

系统将船闸运行的一个流程分为12个步骤，上、下行各6个步骤，其中下行步骤有下行进船、关上游门、开下游阀、开下游门、关下游阀、下行出船。

上行也分为与之对应的6个
步骤。

流程运行的步骤可以根据用户的船闸实际情况来进行组态化定义。

比如在水头高的情况下，可以支持开、关阀时多分几次的测控操作。

在流程图区的左右两侧分别对应上下闸控制的按钮区，点击应急，手动，自动均可以显示相应的功能按钮。

系统当前的状态是下游进船，软件手动操作的步骤如下。

待进船完毕后要首先按照流程要求先得关闭下游门，点击关人字门，在流程图上可以看到运行状态，并且配有语音及警铃提示。

在人字门完全关闭以后，需要打开上游阀，平水压。

点击上游的开阀门，可以看到在俯视图中有一个动态的演示，水流从上游流向闸室。

当剖面图中闸室水位与上游水位相同时，点击上游的开人字门，当人字门完全打开后，同时点击关闭上游的冲水阀。

出闸指示灯转为绿色，船舶可以安全出闸。

等待船舶出闸完毕后，将系统状态转换为上游进船，这时上游的进闸指示灯显示为绿色，出闸灯转为红色。

上游船安全进闸完毕后，点击关闭上游人字门，待上游人资们全关后，开启下游的冲水阀，闸室的水流随着阀门的打开涌向下游。

当闸室水位与下游水位相同时，操作员点击关闭下游阀门，并打开下游人字门。

当人字门完全打开后，系统将出闸指示灯置为绿色，允许船舶出闸。

当船舶全部出闸完毕后，可以点击转换为下游进船状态，此时的下游指示灯转为绿色，下游方可进船。

这便是一个完整的船闸运行流程。

为了方便用户使用，系统提供了较为方便的自动控制模式。

点击自动按钮，可以看到分为自动上行和自动下行两个部分。

现在船闸处于上行模式中，所以点击自动上行。

点击按钮后，系统隐藏原来下方的诸多按钮，取而代之的是一个上行启动按钮和一个上行停止按钮。

待上行进船完毕后，点击上行启动按钮，系
统将自动关闭人字门。

在人字门完全关闭后，会自动打开上游的冲水阀，实现水位平压。

当上游和闸室的水位平压后，系统自动打开上游人字门，同时关闭上游冲水阀，当人字门全开后，允许船舶出闸。

当上行出闸完成后，系统转换为上游进船状态。

这时再点击自动下行，当船舶进闸完毕后，点击下行启动，系统将自动运行下行流程，阀门与闸门的启闭会由系统自动控制。

同样，当船舶出闸完毕后，系统转换为下游进船状态。

自动控制大大减少了人力的操作，从而节省了船闸的运行时间，提高了整体的运行效率。

1.主界面
打开船闸监控系统后，进入到主界面，如下图所示：
点击登录按钮，会弹出登录窗口，如下图所示：
系统管理员默认密码：123456。

成功登录后，“登录”按钮变为“注销”按钮，点击“注销”即可退出用户登录。

成功登录后，主界面左上方的按钮变为可用。

如下图：
2.用户配置
点击用户配置按钮即弹出如下窗口：
系统管理员可以添加、删除、修改操作人员。

如需添加新的操作人员，点击窗口上的“新建”按钮，弹出如下窗口：
请如下图进行设置新的操作人员：
需要注意的是：新建的操作人员的优先级不要超过系统管理员的优先级（系统管理员优先级为900），设置为800即可。

如需删除操作员，点击需要删除的操作员名，点击“删除”按钮即可。

如需对操作员进行修改，点击需要修改的操作员名，点击“修改”按钮，即可对操作员进行修改，修改的要求与新建时一致。

3.船闸监控
在主界面点击“船闸监控”按钮，即打开船闸监控界面，如下图所示：
船闸监控界面的闸门和水位随实际状态均有动画效果。

“手动保护锁定”、“手动保护解除”按钮可以防止操作人员误操作，当有紧急情况发生时，可以点击“急停”按钮切断电源，紧急情况解除后点击“急停复位”按钮。

自动控制
打开船闸监控界面后，默认的操作方式是自动控制，自动控制时需将闸门和阀门调整到初始状态，上行初始状态为：上、下游阀门全关、上闸门全关、下闸门全开；下行初始状态为：上、下游阀门全关、上闸门全开、下闸门全关。

上行状态和下行状态可以通过屏幕左上角的“上行选择”、“下行选择”。

当船进闸完毕后，点击“启动”按钮，弹出启动确认窗口，如下图：
确认后，“上行选择”状态程序会自动关闭下闸门，闸门全关后打开上阀门进行平压，当需要打开上闸门放行时，点击“上游人工水平”，弹出确认窗口，如下图：
确认后自动打开上闸门，上闸门全开后5秒自动关闭上阀门。

“下行选择”状态与“上行选择”状态相反。

在自动流程运行中如需暂时停止流程，点击“停止”按钮即可暂停流程继续运行，继续流程时点击“启动”按钮即可。

若在上行、下行的充水、放水阶段，因船员的疏忽发生危险时，点击相应的“上行应急”、“下行应急”按钮，即可缓解危险的发生，当危险解除后，点击“应急取消”按钮即可停止阀门动作。

阀门回位需要切换到手动控制来操作。

手动操作
点击“手动”按钮可以切换到手动控制状态，如下图所示：
在手动状态下，上下游阀门可以同时操作，上游闸门开启需要满足下游闸门、阀门全关，开启下游闸门时反之。

点动操作
点击“点动”按钮，切换到点动控制，如下图：
在点动控制状态下，可以对闸门、阀门单边操作，不同操作之间没有互锁，闸门、阀门保留机械限位保护。

4.登陆日志、操作事件、报警事件
主界面上点击“登录日志”、“操作事件”、“报警事件”按钮分别打开登陆日志、操作事件、报警事件界面，这三个界面操作方法一致，在此就以登陆日志为例。

打开登陆日志后会显示所有的登录信息，用户可以选择日期进行查询，如需打印，点击“打印”按钮，会弹出如下窗口，点击确定即可打印。

5.系统设置
主界面上点击“系统设置”按钮，打开系统设置界面，如下图：
在系统设置界面可以进行水位标定、开度清零、设置上限的操作。