安江船闸监控系统

摘要：船闸由上游闸门、闸室、下游闸门和排水等系统组成。船闸是上下游船只通航的保障，其运行的可靠性直接决定了电站和航道的安全和利益。本文主要介绍了船闸控制系统的结构、硬件配置、功能和特点，并从系统整体设计和系统控制流程方面阐述了如何保障船闸运行的可靠性和安全性。

关键词：船闸 联动premium 监控

中图分类号：U672文献标识码： A

1.概述

安江水利水电枢纽工程位于湖南省洪江市境内沅江干流中游，下距安江镇约7.9km，距怀化市约70km，是沅江干流规划中的第九级电站，与上游洪江梯级相距31km，下游铜湾梯级相距47km。电站总装机150MW，安装4台单机容量为37.5MW的灯泡贯流式机组，水轮机额定工作水头为10.5m，年发电量6.24×108kW.h。

船闸是安江电站枢纽工程的主要建筑物之一，布置于河流左汊左岸河床，按IV级建筑设计，是一座低水头单级船闸。船闸由上、下游引航道，上、下闸首，闸室组成，底板采用整体式，输水系统采用集中输水方式，输水流道为二条2.5m×2.5m的廊道，输水流道采用分散扩容对冲消能方式，上闸首自引航道中取水，经闸首两边墩饶过闸门的短涵洞竖直下跌进入消能室，对冲后又受消能室整流栅板的约束，使水流进入闸室方形涵闸廊道。廊道顶部开有圆孔出流。下闸首布置绕过闸门的短涵洞泄水，在消力室对冲，然后进入下游航道。

2.系统介绍

安江船闸监控系统采用的是基于LINUX的NC2000计算机监控系统。

船闸监控系统采用分层分布式系统结构[1]，节点功能、资源相对独立而又便于为其它节点共享，监控系统由主控级、现地控制单元级组成。主控级、现地控制单元级两层之间采用高性能的网络交换机进行网络连接及通信，现地控制单元LCU与交换机间的传输介质为光纤，具有较高的传输速率和良好的抗电磁干扰能力。

图1 安江船闸监控系统结构图

安江船闸监控系统主要由以下几部分组成：

（1）操作员站

操作员站是供电站运行人员控制船闸的工控机，主要功能有数据采集与处理、实时控制、参数设定、监视、记录、报表、打印、语音、运行参数的计算、运行管理和操作指导等。

（2）UPS电池

UPS电池为操作员站、打印机、交换机、通航指挥系统等供电，当出现紧急情况时保证监控系统的正常运行。

（3）网络设备

本系统配有交换机、超五类屏蔽双绞线、四芯多模光纤电缆等设备。上、下闸首左侧LCU控制柜和上、下闸首右侧LCU控制柜通过光纤转换器连接到交换机。

（4）船闸通航指挥系统

船闸通航指挥系统是为保证船闸正常运行，以及船只过闸安全而设置的。通航指挥系统由交通信号自动控制设备和显示设备组成。通航指挥信号灯的自动控制任务由船闸计算机监控系统承担。显示设备由上闸首、下闸首的进、出闸交通指挥信号灯组成。交通信号灯由上红、中黄、下绿三个色灯上下垂直排列。根据船闸有关设备的工作状况以及船只的通航情况，及时发出允许通过、准备通过和禁止通过的绿色、黄色、红色灯光信号。

（5）现地控制单元（LCU）

系统共设计4套现地控制单元，共同实现对船闸上闸首人字门、上闸首廊道门、下闸首人字门、下闸首廊道门、交通灯及相应的液压启闭机等设备的监测与控制。

在上、下闸首左右岸液压泵站内分别设置1套现地控制单元，共设置4套现地控制单元。上闸首2套现地控制单元分别采集上闸首左、右岸液压系统人字门和廊道门运行信号（如人字门开度、廊道门开度、系统压力、油温、主回路状态等）及上闸首左、右岸现场设备信号（如水位等），并分别控制上闸首左、右岸液压系统及人字门、廊道门的运行以及交通灯等设备。下闸首2套现地控制单元分别采集下闸首左、右岸液压系统人字门和廊道门运行信号（如人字门开度、廊道门开度、系统压力、油温、主回路状态等）及下闸首左、右岸现场设备信号（如水位等），并分别控制下闸首左、右岸液压系统及人字门、廊道门的运行以及交通灯灯等设备。

3.系统功能

NC2000计算机监控系统能迅速、准确有效地完成对被控对象的安全监控。具有数据采集与处理，实时控制、参数设定，监视、记录、报表，运行参数计算、通信控制、系统诊断、软件开发和画面生成、系统扩充(包括硬件、软件)、运行管理和操作指导等功能。

（1）数据采集

周期性采集上下游水位、各人字门和各廊道门开度、现地系统的状态和故障信息以及其他有关的操作信息，存入数据库，以供画面数据更新、控制调节、记录检索、操作指导及数据记录与分析调用。

（2）数据处理

数据变码、校验传递误差、误码分析及数据传输差错控制；生成各种数据库，供显示、刷新、打印、检索等使用；对数据进行越限比较，越限时发出报警信号，异常状态信号在显示器上显示或自动在显示器上推出相关的报警画面，发出报警信号通知运行人员。

（3）实时控制

运行人员可在控制台上，通过人机接口，对监控的对象进行以下控制：人字门控制，廊道门控制，闸门位置闭锁开关控制，通航灯控制，警铃控制。

（4）安全监视

状态监视：软启、断路器状态监视，液压系统状态监视，船闸各闸门开度的监视，闸室与上下游水位的监视。

过程监视：在主控级对监控对象操作时，在显示屏幕上显示整个过程中的每一步的内容及执行情况。

（5）系统诊断

系统设备硬件故障诊断包括对计算机及设备、通讯接口、通道等的运行情况进行在线和离线诊断，故障点能诊断到模块。当诊断出设备故障时，能自动将其切除并发信号。

4.现地控制单元

（1）硬件配置：

现地LCU核心选用了施耐德的Modicon Premium系列智能可编程控制器。此系列有5种IEC编程语言（FBD 、LD、SFC、ST 、IL）适用于各种应用需求，而且具有多个通讯端口（Ethernet TCP/IP、 CANopen…）以及多种专用功能模块（安全、反射处理、计数、运动控制、称重、回路调节）满足各种功能需要，并且透明就绪服务（I/O扫描、全局数据、数据库直接访问等）可使系统更加完善。此系列所有模件均支持Unity Pro 平台下的双机热备，并适用于恶劣的环境，增加了系统的稳定性。

（2）现地控制柜之间的通讯

上、下闸首以及左、右侧间均配置了光纤转换器，通过光纤连接至船闸控制室交换机，由此实现柜间的以太网通讯，从而实现柜间模拟量数据的传输，而开关量则通过柜间连接电缆来实现I/O数据采集，

（3）通航信号灯及电铃的控制

安江船闸正常运行时，采用信号灯、电铃及广播系统来对需通过船闸的船只进行指挥。信号灯共4套，由左红、中黄、右绿三个色灯组成，分别安装在上闸首上游、上闸首闸室、下闸首闸室、下闸首下游，根据船闸有关设备的工作状况以及实际船只的通航情况决定。以船只下行进闸为例，当不允许船只进闸时，所有信号灯均亮红灯；当允许船只进闸时，上闸首上游信号灯红灯灭、绿灯亮；当船只都进入闸室后，上闸首上游信号灯绿灯灭、红灯亮；当允许船只出闸时，下闸首闸室信号灯绿灯亮、红灯灭；当船只全部出闸后，下闸首闸室信号灯红灯亮、绿灯灭。

（4）船闸通航流程

一般船闸的操作是对红绿灯、电铃、人字门、廊道门等都需要经过运行人员的判断才能操作，这样既浪费了时间和精力，而且存在极大的安全隐患，并没有实现闸门的自动控制。

在安江船闸调试过程中，我们在闸门的控制中加入了许多条件判断，以保障闸门开启时的安全性。

5.结束语

安江船闸监控系统自2011年底开始安装，2012年底安江船闸监控系统通过验收并正式投入运行，运行以来其实时准确的监视、简单明了的操作为运行人员节省了大量的维护工作。设备运行可靠、稳定，至今保持零的故障率。为上下游船只的通航提供了坚实的保障。

参考文献

[1] 屈斌.PLC在船闸控制中的应用.电气时代，1999.

[2] 郭伟霞.小浪底反调节水库泄洪闸弧门电气控制系统的组成及特点.水电自动化与大坝监测，2010.