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船闸机电控制系统的设计与应用

供稿:lyw90 2006/6/30 8:57:00

5 人气:3174

  • 关键词: 船闸 机电
  • 摘要:本文详细介绍了船闸机电控制系统的设计过程,包括船闸运行自动控制系统,船闸运行视频监控系统、船闸过闸调度与收费系统等三部分内容。

1 概 述
本机电控制系统,设计用于某四级航道的船闸中。设计满足500吨级船舶通航要求设计,也可满足1000吨级船舶通航要求。
本系统为船闸营运管理控制提供保证,包括机电、调度、收费三大内容。
1、 船闸运行自动控制系统,包括:
1) 集中控制室程序运行控制
2) 闸首就地站单闸首集控及单侧闸(阀)控制
3) 通行信号灯程序控制
4) 通航照明控制(包括闸室、靠船墩、引航道)
5) 广播指挥系统
2、 船闸运行视频监控系统
3、 船闸过闸调度与收费系统,包括;
1) 船舶登记、收费及调度
2) LED可变信息图文显示板2 自动控制系统
2.1 主要控制对象技术参数及控制要求
2.1.1 通航闸门及启闭机
1、 技术参数
全闸共设4扇三角闸门,上、下游各2扇,每个闸首由左右2扇三角门组成。钢结构三角门面板为园弧形,朝向引航道。上游闸门高8.6m,下游闸门高10.8m,单扇闸门宽17.357m(按弧长)。
闸门启闭机可以在一定水位差条件下动水启闭,均采用液压直推式启闭机,全闸共布置4台,上、下闸首各2台,同一闸首同侧闸门启闭机与阀门启闭机共用1套油泵泵站。
2、 控制要求
同一闸首通过电液控制,完成2扇闸门的同步开启、关闭。
1) 关门
按下关门按纽,两扇门叶同时朝关门方向运行,当门叶旋转到离全关位置5°(关前位)时均自动暂停,然后两扇门同时运行至全关位置,当门叶到达全关位置后,电磁阀复位,然后油泵电机自动停止工作。
2) 开门
当闸门前后水位差小于5cm时给出指示信号,按下开门按纽,启动油泵电动机,控制相应的阀组,使左右两扇门叶朝开门方向运转,到达全开位置后自动停止。
2.1.2 输水阀门及启闭机
1、 技术参数
全闸共设4扇阀门,上、下闸首各2扇,采用单吊点潜孔式平面钢闸门。
阀门启闭机为动水启闭,均采用具有强落阀功能的液压直推式启闭机。在正常运行情况下(门前后平压状态)靠自重关阀,紧急情况下(门前后有水位差)时可强压关阀门。
2、 控制要求
通过控制三位四通电磁换向阀来控制阀门的上升或下降操作。
1) 开门
当另一闸首的闸门处于全关位置,按下开阀门按纽,同一闸首两侧边墩的输水阀门同时以调定的速度开启,至全开位置后停止,并以信号显示。阀门开启时可以锁定在任意高度的位置。
2) 关门
按下关阀门按纽,同一闸首两侧边墩的输水阀门同时关闭(靠自重关阀),至全关位置后停止,并以信号显示。
2.1.3 通行信号灯
1、 技术参数
通行信号灯包括远程信号、进闸信号及出闸信号。远程信号分别设置在上、下游引航道船舶停泊区端部,进闸及出闸信号分别设置在正对船舶航行方向右侧的闸首进、出口处。
通行信号灯均采用红、绿双色LED信号灯,红色表示禁止通行,绿色表示允许通行。
2、 控制要求
进闸及出闸信号采用程序控制,自动转换,操作地点为集控室。远程信号灯采用手动转换,在闸首调度室进行操作。
2.1.4 通航照明
1、 技术参数
通航照明区域包括闸室,上、下游引航道闸首出口段,靠船墙(墩)段。其中闸室段为分散照明,采用杆高8m的双叉路灯,双侧布置,间距为22.4m,光源为2x250W高压钠灯;上、下游引航道闸首出口段及靠船墙(墩)段为集中照明,设20m高倾倒式高杆灯若干座,间距约80m,每组高杆灯装6~9只1000W投光灯,朝水面的180°范围内呈扇形布置。
2、 控制要求
一般情况下,由设在集控室控制台上的计算机或通航照明控制箱进行控制。也可以在闸首就地站对所辖照明线路配电开关(接触器)进行就地控制操作。
通航照明将根据周围环境和运行照度要求合理选择控制方式,采取分区分组控制等措施,降低电能消耗,达到节能的目的。2.2 船闸运行方式
船闸运行方式是指按上行过闸和下行过闸的过程进行船舶过闸运行,二个过闸过程交替进行,上行过闸完毕即进入下行过闸准备,下行过闸完毕即进入上行过闸准备。
1、 上行过闸:
上行过闸是指船舶从下游到上游的过闸过程。上行过闸时,下闸门已经打开,闸室水位与下游水位齐平,船舶可以从下游驶入闸室停泊。当全部上行船舶进闸完毕,关下闸门,下闸门关终后,打开上阀门,上游向闸室灌水(在反向水头时,闸室向上游引航道泄水),当闸室水位与上游齐平时,打开上闸门,船舶出闸驶入上游。
2、 下行过闸:
下行过闸是指船舶从上游到下游的过闸过程。下行过闸时,上闸门已经打开,闸室水位与上游水位齐平,船舶可以从上游驶入闸室停泊。当全部下行船舶进闸完毕,关上闸门,上闸门关终后,打开下阀门,闸室向下游泄水(在反向水头时,下游引航道向闸室灌水),当闸室水位与下游齐平时,打开下闸门,船舶出闸驶入下游。
3、 单向过闸流程

2.3 自动控制系统方案说明
2.3.1 概述
系统根据集中控制和就地分散控制相结合的原则进行总体设计,采用基于PLC的集散型分布式控制结构。
系统功能分布在网络的各个节点中,各功能单元既独立又相互协调运作,任一节点的故障不影响其它节点的正常工作。各单元既可以对所辖对象进行单项控制操作,又可以通过通信网络,协同进行联合运行,连续自动地完成船舶上行过闸或下行过闸的集中程序控制。
系统主要控制对象包括:上、下闸首闸门和阀门启闭机组,进闸信号和出闸信号,与船闸运行有关的通航照明等。
2.3.2 系统结构
1、 系统采用集散型分布式结构,分为集中控制和现地分散控制2个层次,集中控制为主,分散控制为辅助手段。
2、 集中控制层用于实现对整个船闸的程序集中控制,包括上行程序和下行程序。由2套冗余热备的工业控制计算机和操作台及其他外部设备(如打印机等)组成,布置于集控室内。
3、 现地控制层共设4套现地PLC,分别设于上、下闸首两侧机房的控制柜内。其中,设于靠闸管所一侧机房的PLC通过现场总线与对侧的PLC进行通讯连接,可以完成单个闸首两侧闸门、阀门的现地集中控制,对侧PLC则不设此项功能,仅完成本侧闸门、阀门的就地控制。
4、 集中控制与现地控制相互闭锁,通过安装在现地PLC柜上的“本侧/双侧、“就地/远方”转换开关控制。确保在同一时间内,对闸、阀门的启闭只能用一种方式进行操作。现地优先权最高,上位机其次。
5、 上闸首集控PLC,下闸首集控PLC,船闸集控计算机之间通过光缆组成环型工业以太网,数据和命令的交互采用标准的工业以太网通信协议。
2.3.3 运行控制方式
1、 按照操作地点分为:集中控制和就地控制,2者互锁。
2、 按照操作方式分为:程序运行控制,单个闸首就地集中控制,单侧闸(阀)就地控制,3者互锁。
1) 程序运行控制:船闸正常运行时,均采用此方式。设于船闸集控室,按预先编制的程序对全闸进行远程监控操作,并对所有设备的运行状态进行监视,从而连续自动地完成船舶上行过闸或下行过闸。
2) 单个闸首就地集中控制:当集控计算机故障或网络通讯中断时采用,设于上、下闸首闸管所一侧的现地控制柜,通过控制柜上的触摸屏或操作按钮向PLC输入控制指令,分别完成上闸首或下闸首的二扇闸门和阀门的同步开启和关闭。上、下闸首之间通过硬接线对分段控制程序的闭锁条件进行判断。
3) 单侧闸(阀)就地控制:该控制方式仅在设备调试、检修时采用。此功能设于上、下闸首两侧的现地控制柜,可独立进行本侧闸墩三角门、阀门的开启和关闭。
3、 船闸的闸、阀门启闭,在同一时间内,只能用一种方式进行操作。正常运行情况下,船闸的运行控制均采用程序控制方式。
2.3.4 程序运行控制流程
1、 上行程序
关下游闸门―>开上游输水阀门―>水位持平后自动开上游闸门->关上游输水阀门。
该过程为集中连续过闸的上行过程,操作人员在集控室发关闸令后,控制系统通过程序自动判断运行条件,关闭下游闸门。当下游闸门关终后,程序自动生成上游开输水阀门的指令。等待上闸首充水水平后,自动生成开启上闸首闸门指令,闸门开终后生成关闭上闸首输水阀门指令,阀门关终后上行程序流程结束。
2、 下行程序
关上游闸门―>开下游输水阀门―>水位持平后自动开下游闸门->关下游输水阀门
该过程为集中连续过闸的下行过程,操作人员在集控室发关闸令后,控制系统通过程序自动判断运行条件,关闭上游闸门。当上游闸门关终后,程序自动生成下游开输水阀门的指令。等待下闸首充水水平后,自动生成开启下闸首闸门指令,闸门开终后生成关闭下闸首输水阀门指令,阀门关终后下行程序流程结束。
3、 说明
船闸的集中程序控制方式是系统正常运行后使用最多的运行方式。该方式对操作人员要求较低,只需形成初始启动信号即可。集中程序控制在软件实现上采用流程转步方法。正确判断每个流程的当前程序步,形成各程序步控制指令。同时,控制系统在流程过程中,实时检测船闸的上下游闭锁关系及各类故障状态。一旦发生故障,立即中断程序步的执行,确保系统的安全可靠。
2.3.5 系统功能
1、 闸、阀门就地控制功能
就地控制包括了单个闸首就地集中控制、单侧闸(阀)就地控制两种方式,两者控制对象的范围不同。以下仅对就地集中控制的功能进行具体说明:
1) 实时数据采集
采集的数据信息包括:
Ø 闸门前、后水位
Ø 电网电压、电流
Ø 进线断路器合/分状态
Ø 主电机和备用电机断路器合/分状态
Ø 控制电源状态;
Ø “就地/远方”控制方式;
Ø 电机运行状态;
Ø 两侧闸门运行状态、运行位置和实时开度
Ø 两侧阀门运行状态、运行位置和实时开度
Ø 液压系统油压,压力报警信号(超压、欠压),滤油器堵塞报警信号,油箱油位过低报警信号
Ø 闸门和阀门开终、关终行程开关状态
Ø 上、下游闭锁状态

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