船闸计算机监控系统

船闸计算机监控系统

武爱平

深圳市东深电子股份有限公司广东深圳518057

摘要：现如今，我国的国民经济在快速的发展，社会在不断的进步，随着自动化技术和信息化技术不断发展，以及运行管理体制的改革，对水利水电工程的自动化技术提出了更高的要求。计算机技术、信息技术和现场总线技术的飞速发展给水利水电工程自动化系统无论在结构上还是功能上，都提供了一个广阔的发展空间。水利水电工程自动化系统应该成为一个集计算机、远程控制、网络以及多媒体为一体的综合系统。

关键词：船闸；计算机；监控系统

引言

船闸计算机监控系统是航运行业管理自动化信息化的重要组成部分，涉及计算机控制、分布式数据管理、上下位软件编程、传感器技术、通信技术等。随着船闸布点的迅速发展，建立一套船闸计算机监控系统迫在眉睫，以实现船闸管理“无人值班、少人值守”的目标。

1系统配置与结构

某船闸上、下闸首均采用人字门启闭，卧式液压启闭机提供动力，闸首左、右闸室均配置一套现地动力控制柜和一套现地左、右现地动力控制柜主要控制液压油泵、人字门、泄水阀门及交通灯，左侧现地配置一套施耐德右侧现地配置一套施耐德远程扩展机架，左、右侧采用扩展电缆连接，实现闸首左、右侧同步控制。上位机配置台操作员站、台历史数据库服务器和台调度服务器。监控软件采用监控软件，台操作员站互为冗余，充分保证系统旳可靠性；历史数据库服务器负责历史数据存储，能够实现报表分类查询，操作査询，事件査询、曲线査询等；调度服务器主要功能为船闸优化调度和船闸收费，船闸调度系统软件可以模拟闸室尺寸与船闸尺寸，合理安排上行、下行船只数量，高效、快捷地实现船只上行与下行。船闸收费系统配置了上闸首收费刷卡机、下闸首收费刷卡机及网络设备，采用收费系统软件，实现上行、下行船只收费工作。

2船闸计算机监控系统

2.1架构设计

枢纽船闸计算机监控系统采用分层分布式结构，采用开放式、全分布设计，由集中控制单元和现地控制单元两部分组成。船闸计算机监控系统还包括广播、收费、通航信号灯等设备，与西溪船闸工业电视图像视频系统构成一个完整的、独立的船闸控制监视综合系统。船闸监控系统的网络拓朴结构分为以下三层，最上层是监控管理层，包括2台互为热备用的操作员工作站（监控主机）、1台数据服务器、1台调度工作站、2台收费工作站以及视频监视主机。中间层是现地LCU控制层，现地LCU向上通过以太网通信模块与监控管理层实现通讯，通讯介质为光纤，上下闸首的两台收费工作站通过光纤以太网和监控管理层相连。现地LCU分布在上闸首、下闸首的左右机房和闸坝配电房内。底层是设备与器件层，各种设备与器件通过硬线电缆与LCU及继电器、接触器相连接。各PLC与上位机之间的通讯采用光纤以太网。现地控制单元PLC之间通过PROFIBUSDP现场总线实现连接，总线安装方便简单，各PLC之间实现监测数据共享，LCU主要完成被监控设备的就地数据的采集及监控功能。船闸收费系统作为计算机监控系统中一个重要的子系统，完成对过往船只的注册登记、收费管理的采集船只信息与完成缴交过闸费用的任务。船闸收费调度系统船闸收费调度由收费工作站、读卡器、调度工作站和数据库服务器等组成。收费工作站一般放置于上游（下游）收费亭内，调度工作站放置于中控室。收费工作站通过RS232串口与读卡器相连。

2.2软件设计

软件采用结构化、模块化、面向对象的设计方法；增强系统的分级容错设计，保证重要传感器、执行机构故障时系统可以容错运行，例如水位计、开度仪、电机、电磁阀等。加强故障检测报警及应急处理功能，闭锁条件的判断处理；增强操作控制指令校验，提供强大的数据查询和信息提示功能，同时系统网络等部分故障时，系统可以降级运行，防止系统进入被动性失控状态。

2.3下位ＰＬＣ逻辑编程设计

此模块是船闸各个执行机构控制核心，其功能可以根据梯形图程序定时扫描，根据编制好的逻辑关系对液压传动机构等进行监控，根据前面变量与地址定义的关系接受上位组态编程发过来的数据，以实现方向控制作用。通过它，即使操作人员根本不懂电气知识或船闸运行工艺，都可以方便地进行操作。在整个系统架构先进合理可靠的基础下，现地ＰＬＣ应用程序编制得是否周密、完善，对船闸能否安全可靠的运行起主导作用。同时完善的应用程序也可以最大程度地发挥ＰＬＣ等先进设备的优越性能。在ＵＮＩＴＹ软件中将梯形图程序分为程序段执行，由段调度程序分配各子程序段的调用执行。我们根据在ＰＬＣ工程项目和船闸控制领域的经验，将船闸ＰＬＣ应用程序划分为如下结构：（１）主程序。程序上电初始化、通讯状态检测及数据通讯管理、船闸上／下行控制、调用各子程序段。（２）子程序。程序控制子程序段、手动控制子程序段、开本侧闸门控制子程序段、开对侧闸门控制子程序段、关本侧闸门控制子程序段、关对侧闸门控制子程序段、开本侧阀门控制子程序段、开对侧阀门控制子程序段、关本侧阀门控制子程序段、关对侧阀门控制子程序段、强落本侧阀门控制子程序段、强落对侧阀门控制子程序段、比例泵流量控制子程序段、润滑油泵控制子程序段、交通信号灯控制子程序段、水位计整定自动检测子程序段、设备故障检测和处理子程序段、现地操作台显示控制子程序段。

2.4现地层配置

（1）船闸计算机监控子系统设五个现地控制单元（LCU），其中四台LCU各负责本闸首的人字闸门、廊道工作门的控制以及液压泵组的控制。各闸首LCU之间的通信通过现场总线的方式来实现；各闸首LCU屏与上位机之间的通信由光纤传输实现，在系统中除配备必要的防雷设备外，另配8个信号避雷器，用于水位计、通航信号灯的信号防雷。另一台为公用LCU的PLC用于船闸高低压配电装置。（2）闸坝配电房LCU屏布置于闸坝配电房内，主要对闸坝配电房内的坝区变及柴油发电机断路状态、电流及电压量等进行监视。配电房LCU屏内配置各PLC模块、以太网模块、彩色液晶触摸屏等之外，还设置必要的信号指示灯、远方/现地权限切换开关、手动操作按钮等元器件；设UPS电源及避雷器，控制电源由配电房中的专用电源上引出。（3）通航信号灯包括上下游远程信号灯、上闸首进出闸信号灯、下闸首进出闸信号灯等。电源由船闸照明电源回路中引出。

2.5记录、报告、统计制表

（1）所有监控对象的操作、报警事件及实时参数等都予以记录，对故障信号进行事件顺序记录；运行管理人员可通过操作员工作站方便地进行人机对话，按航次自动登录各闸室人字门、输水阀门的运行情况，启、闭时间以及上、下游和各闸室的水位、开度等信息，按要求形成统计报表；（2）将所有的操作自动按其操作顺序记录下来，包括操作对象、操作指令、操作开始时间、执行过程、执行结果及操作完成的时间、操作员的姓名等；自动将各种报警事件按时间顺序记录其发生的时间、内容和项目，生成报警事件汇总表；记录故障发生前后一段时间里重要实时参数的变化情况；并自动记录与故障量相关的参数；记录重要监视量的运行变化趋势，并进行趋势分析；（3）船闸过船运行情况记录：由运行管理人员将船队基本情况如船名、船队尺寸、吨位、时间等输入计算机内，形成各种统计报表，表格格式应可由用户方便地重新进行设置。

结语

尽管在船闸计算机监控系统制造上，我国目前处于世界先进水平，遗憾的是系统中大量使用国外控制产品，而且在“自动化、信息化、无人值守”发展方向上还有潜力可挖，寄希望于国内同行奋起直追，大力发展民族工业，开拓船闸监控技术新局面。

参考文献：

[1]王德吉.西门子工业网络通信技术详解[M].北京：机械工业出版社，2012.

[2]罗飞.三峡船闸计算机监控系统设计[J].电工技术，2013（4）：40-41.