浅述船闸自动化控制系统的设计与应用

【摘 要】 PLC是船闸自动化控制的核心部分，对其合理的选型和设计，对船闸能否高效、自动化的运行非常重要。该系统具有控制、监控等多项功能。控制对象包括液压泵站和液压启闭机械、交通信号灯、语言播报通讯信息等设备。

【关键词】船闸；PLC；自控

随着航运业的发展，船闸的数量也在不断增加，如何提高船闸的管理水平和便于操作管理人员的使用，同时使船舶迅速便利安全的通过船闸，是摆在船闸设计人员和管理人员面前具有挑战性的工作。新时期对运行效率也有着不同的要求，因此，开发新技术、应用新技术也是我们技术人员义不容辞的职责，我们应不断地总结经验，提高PLC自动控制系统的安全、可靠性，进一步提高船闸的使用效率。

1 船闸自控系统的设计和有关说明

1.1 自控系统设备

宿迁三号船闸自控系统由上、下游四台PLC控制柜、三个操作台、五只端子箱、4台备用动力箱组成。集控室安装一个操作台，四闸首机房各安装一端子箱和备用动力箱。

1.2 系统控制方式

自动控制系统有计算机操作和按钮操作两种控制方式。以计算机操作控制为主，按钮操作为辅。计算机控制由WEBAccess组态软件经编程组态后实现。计算机操作具有程控和单项两种方式。程控即一个上行或下行程序只需按一次关闸按钮，开阀、开闸、关阀几步连续顺序自动进行，自动开闸门完全依靠水位计发水平信号，当水位计因故不能发水位信号时，则需要人为发水平信号后在按开闸门按钮才能打开闸门；按钮操作主要是在计算机暂时故障的情况下，在闸首机房操作台上进行的一种简单临时的基本操作。

1.3 新技术和新设备

船闸自动控制系统中使用了多项新技术和新设备。系统使用了多种新型进口传感器，以提高整个系统的稳定性。闸门使用进口光电开关和触点式门头开关双重保险确保信号的采集正确，防止浪涌采集到的错误信号。液压设备上安装了高精度（精度可达0.05%）、可靠性强、稳定性好的磁质位移传感器，使系统时刻精确的采集到闸门的开关量，并显示于组态操作界面中。水位装置具有综合比较功能，确保水位齐平信号准确，避免受水浪波动影响发出假信号。PARKER派克PQ-F00系列比例放大器的应用，使PLC可以通过指令信号完成对柱塞泵的流量进行连续的调节控制。

1.4 在PLC自控系统中引入了自动语音播报

由于船闸广播用语绝大多数是固定用语。广播语音主要包括固定调度用语，船舶信息语音，用多媒体技术和语音合成技术，建立了船闸调度常用语言语音库，组态程序根据船闸的运行状态来动触发语音播报，使主控室电脑可以自动播报安全提示等等。除了自动播报之外，值班人员还可以随时进行人工播报。有了这个自动语音播报系统，很大程度的降低了工作人员的播报工作量，更有利于树立船闸的文明服务形象，安全提示信息更加完备、准确、规范化，更好的为过往船舶服务。

1.5 系统设计了安全测试功能

除了PLC系统自有的自诊断功能外，系统还具有安全测试功能。为保证船闸的安全正常运行，系统设有必要的安全检测装置，主要包括：启闭机油压检测；启闭机油温检测；启闭机油堵检测；控制系统自检；受控设备故障检测；电气故障检测（包括电动机热继电器和供电回路电源通电等）。

1.6 紧急事件的应急处理设计

预设急事件的自动处理程序。对于紧急情况设有一键处理功能。针对可能发生的情况系统预先设有相应的自动处理的程序，对可能发生的吊船、夹档情况设有吊船处理按钮、夹档理按钮和急停开关按钮。情况发生时，只需按下相应按钮则可以自动执行相应处理。避免紧急情况下，由于操作人员操作处理不当引起更大损失。

2 船闸自控系统操作应用方面的优点与不足

船闸电气自控系统在建设的初期，通过充分调研、现场参观的方式设置了门头光电开关，引入了闸阀门运行同步纠偏系统，使闸门开、关的同步性更为准确。高新技术设备的应用：如磁质位移传感器、比例放大器，使得电气自控系统的操作、闸阀门的液压启闭设备设施的运作更加协调，通过运行情况来看，该系统具有运行稳定、故障率低、操作方式简便易懂、安全可靠性高等技术优势。

2.1 计算机系统配置合理、得当，符合人机操作原理

系统使用WebAccess组态软件编程，将通过网络采集到各种信息，以数据/文本/图形/动画/实时画面等方式呈显于操作员面。使操作人员在操作台电脑前随时可以了解设备运行状况和船闸运行状态。且WebAccess组态软件使用，使船闸的生产操作简化为简单的鼠标操作，所有操作只是用鼠标轻轻一点组态界面中的按钮，就可以实现对船闸设备的控制，完成提阀、开闸、关闸等操作。避免了以往使用触点式按钮操作带来的，按钮脱焊等机械故障，通过操作界面实现人机对话，自动补充了操作员对运行步骤的再确认，船闸运行安全可靠性进一步增强。

2.2 计算机界面模拟屏的应用，使闸阀门运行状态更为直观

船闸的运作，无外乎对闸、阀门的实际动作情况即开度状态进行了解，红绿灯的转换状况及闸室内外的水位情况进行确认。为了更加直观、简便的加以对船闸设备的运行状况进行了解，设计之初、安装过程中，在闸阀门液压油缸体内，安装了磁质位移传感器，了解该设备设施先进程度高，船闸技术应用以来，准确的在界面上显示了闸阀门的开度数值情况，模拟开、关闸阀门过程的位置变动情况也较为清晰。既有数值理性的认识，又兼有闸阀门实物感观方面形的表现，加上状态过程、闪烁提示，操作员更加一目了然设备运作所处的状态。完好的界面显示，也为我们对故障现象的查找、排除提供了方便。

2.3 闸阀门运行同步纠偏系统应用了先进的设备，使闸阀门同步运行的效果更为理想。门头光电开关及反光板分别设置在闸门的顶端近中缝位置处，闸门的运作同步效果控制在偏差30cm范围内有效，闸阀门的同步方面的调节一个是可以从电比例放大泵的油量控制阀进行调节，从而调节压力的大小，一个是从PLC程序图中对磁质位移传感器的初设变量进行调节。两个方面都要兼顾考虑，运行以来，液压系统压力也较稳定，同步效果很好。

2.4 水平信号的完善（采用超声波水位计），确保了船闸系统的运行稳定，在我所二线船闸自控系统设计之初，我们从管理角度出发综合考虑了水位计的使用效能，最终的应用上，鉴于水位计失灵下的措施弥补，为使程序更加协调，保证船闸不问断运作，我们设置了人工手动水平信号，一旦水位计出现故障，仍可以根据实际水位水平情况，手动键入信号，确保闸开程序的进行，不至于因水位计故障而造成船闸断航现象。

2.5 终端信号采集、技术方面的再开发

自动化控制系统，对闸阀门开关动作到位情况的信号收集，仍停留在依靠行程开关的动作信息反馈得来，由于行程开关的应用存在易损、固定装置易松动、检修更换量大等不便之处，在与设计部门的沟通方面仍致力于优先使用磁致位移传感器。原因有二：一是磁致位移传感器能够准确反映出闸阀门动作行程位置变量的准确数值；二是通过截取开度仪的开终、关终的到位数值作为开关到位信号，代替行程开关发出的开关到位信号输入到PLC控制程序中。我们对此一直探索，我相信此项技术方面，会最终有所突破，从而减少行程开关机械运行给检修方面带来的不便，推进自动化水平的提高。

3 结束语

以可编程序控制器（PLC）控制为核心的船闸自动化控制系统，采用工业以太环网和Quantum-PLC设备组成集散型控制系统，其特有的有控制、监控、语音、故障检测等功能相信在船闸的实践应用中会越来越会得到社会同行业界的广泛认可。

参考文献：

[1]明聪.船闸电气[J]江苏航道，2006.

[2]倪振华.PLC控制系统在船闸监控系统中的应用[J]制造业自动化，2007（10）