(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

1 亭子口升船機(jī)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

亭子口水利工程升船機(jī)布置在樞紐工程右岸，位于表孔泄洪壩段和右岸非溢流壩段之間，由上游引航道、上閘首、升船機(jī)本體段及主體設(shè)備、主機(jī)房機(jī)構(gòu)、下閘首、下游引航道及供電系統(tǒng)等部分組成，各部分又由多個(gè)不同類型的機(jī)電設(shè)備組成。亭子口水利工程升船機(jī)采用鋼絲繩卷揚(yáng)全平衡垂直提升型式，通航規(guī)模2×500t級(jí)，是由多個(gè)運(yùn)行機(jī)構(gòu)組成的聯(lián)合體，升船機(jī)設(shè)備主要包括主體設(shè)備、上下閘首設(shè)備和上游鋼結(jié)構(gòu)浮箱等，各種設(shè)備按照一定的程序準(zhǔn)確、可靠、靈活、協(xié)調(diào)地運(yùn)轉(zhuǎn)，由上位機(jī)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)承擔(dān)升船機(jī)運(yùn)行流程的監(jiān)視控制和運(yùn)行管理。

亭子口升船機(jī)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式雙層結(jié)構(gòu)，主要由主控級(jí)和現(xiàn)地控制級(jí)組成，集中控制功能和現(xiàn)地控制功能通過網(wǎng)絡(luò)信息交換。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主控級(jí)由兩臺(tái)操作員工作站、一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、一臺(tái)工程師工作站、一臺(tái)圖像監(jiān)控工作站、多媒體服務(wù)器(廣播、工業(yè)電視監(jiān)視、消防安保)、兩臺(tái)打印機(jī)、一套工業(yè)以太網(wǎng)局域網(wǎng)絡(luò)成套設(shè)備、一套并聯(lián)冗余在線式不間斷電源裝置等組成。主控級(jí)雙操作員工作站、工程師工作站和圖像監(jiān)控工作站、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間采用1000Mbps工業(yè)以太網(wǎng)連接，組成主控級(jí)信息網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)主控級(jí)各計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換和資源共享。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 亭子口升船機(jī)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2 監(jiān)控控制功能

2.1 上位機(jī)集控功能

升船機(jī)上位機(jī)是升船機(jī)的樞紐中心，負(fù)責(zé)整個(gè)升船機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)視、流程控制、單機(jī)構(gòu)調(diào)試及通航指揮，具有自動(dòng)控制、人機(jī)對(duì)話、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、升船機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘同步、故障報(bào)警及應(yīng)對(duì)處理、歷史數(shù)據(jù)管理、多媒體管理、本地網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)際通信等功能。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能迅速有效地對(duì)升船機(jī)被控對(duì)象實(shí)時(shí)安全監(jiān)視、實(shí)時(shí)流程控制和單機(jī)構(gòu)調(diào)試控制。

主控級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理、升船機(jī)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)運(yùn)行屏幕顯示、事件順序記錄、事故處理及恢復(fù)操作指導(dǎo)、數(shù)據(jù)通信、鍵盤和鼠標(biāo)操作、系統(tǒng)狀態(tài)自診斷、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)管理、記錄及歷史報(bào)表打印、通航指揮、工業(yè)電視監(jiān)視、系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理、軟件開發(fā)及培訓(xùn)的功能。

主控級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)功能分以下幾大類：

(1)運(yùn)行控制功能；

(2)數(shù)據(jù)采集功能；

(3)數(shù)據(jù)處理功能；

(4)人機(jī)接口與畫面顯示功能；

(5)OA文檔與報(bào)表打印功能；

(6)系統(tǒng)診斷與報(bào)警功能；

(7)運(yùn)行管理與操作指導(dǎo)功能；

(8)系統(tǒng)通信接口功能。

2.2 現(xiàn)地級(jí)LCU功能

現(xiàn)地控制子站能實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)地傳感器的數(shù)據(jù)采集和處理、控制對(duì)象狀態(tài)的現(xiàn)地實(shí)時(shí)指示燈顯示和數(shù)碼顯示、專業(yè)鍵盤及按鈕開關(guān)操作、事件順序記錄、事故報(bào)警及應(yīng)對(duì)處理、故障確認(rèn)及恢復(fù)操作、現(xiàn)地網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信、現(xiàn)地設(shè)備狀態(tài)診斷和系統(tǒng)狀態(tài)自診斷、通航信號(hào)燈控制等功能。

3 上位集控系統(tǒng)軟件

3.1 上位機(jī)監(jiān)控軟件結(jié)構(gòu)

上位監(jiān)控軟件包括近一百幅畫面，完成對(duì)上閘首控制子站、主機(jī)房控制子站、傳動(dòng)控制站、承船廂A泵站控制子站、承船廂B泵站控制子站和下閘首控制子站等PLC子站數(shù)據(jù)采集和控制。上位監(jiān)控軟件主要畫面構(gòu)成見圖2所示。輸入、輸出各類信號(hào)共3600多點(diǎn)。為了操作員監(jiān)視前端設(shè)備的狀況，程序?qū)⒏髡局匾男盘?hào)均連續(xù)采集上來，并以圖形、文字、曲線、表格等形式實(shí)時(shí)顯示，其中需要的則可存入數(shù)據(jù)庫(kù)以供記錄和存檔。重要的報(bào)警和故障信號(hào)除自動(dòng)啟動(dòng)相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作，還以清晰的圖形閃爍和聲音信號(hào)提醒操作員以便作緊急處理。

圖2 亭子口升船機(jī)監(jiān)控軟件主要畫面構(gòu)成

3.2 上位集控系統(tǒng)軟件功能

集控系統(tǒng)軟件嚴(yán)格按照亭子口升船機(jī)主控級(jí)功能要求、自動(dòng)運(yùn)行流程和各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的閉鎖保護(hù)條件，完成對(duì)升船機(jī)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)行過程的可靠和有效的監(jiān)控。軟件的主要功能有：

●數(shù)據(jù)采集與處理；

●升船機(jī)運(yùn)行全過程自動(dòng)流程控制；

●升船機(jī)運(yùn)行分步流程控制；

●單機(jī)構(gòu)調(diào)試控制；

●升船機(jī)運(yùn)行工藝的邏輯運(yùn)算與處理；

●升船機(jī)狀態(tài)檢測(cè)和故障診斷；

●升船機(jī)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)運(yùn)行屏幕顯示；

●雙機(jī)熱備；

●事故處理及恢復(fù)操作指導(dǎo)；

●系統(tǒng)狀態(tài)自診斷；

●系統(tǒng)時(shí)鐘同步；

●鍵盤和鼠標(biāo)操作；

●系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理；

●網(wǎng)絡(luò)通信；

●故障保護(hù)流程(緊急關(guān)門和船廂運(yùn)行到安全位置)控制；

●數(shù)據(jù)庫(kù)管理；

●升船機(jī)數(shù)據(jù)報(bào)表處理與打印；

●記錄及歷史報(bào)表打??；

●各控制站的程序組態(tài)與開發(fā)維護(hù)；

●升船機(jī)運(yùn)行全過程圖形模擬仿真顯示；

●升船機(jī)整體運(yùn)行仿真；

●應(yīng)用軟件開發(fā)；

●運(yùn)行管理人員培訓(xùn)等。

監(jiān)控主機(jī)的監(jiān)控程序?qū)崟r(shí)采集升船機(jī)現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，通過監(jiān)視器顯示和供數(shù)據(jù)庫(kù)存檔，操作員根據(jù)升船機(jī)運(yùn)行流程在適當(dāng)時(shí)刻發(fā)布控制命令，由PLC及現(xiàn)地模塊再配合檢測(cè)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，完成升船機(jī)運(yùn)行，在PLC接到命令后，給出反饋信號(hào)，若在預(yù)定時(shí)間內(nèi)收不到正確的反饋信號(hào)，監(jiān)控程序給出清晰的報(bào)警信號(hào)供操作員進(jìn)行檢查和進(jìn)一步?jīng)Q策。需要時(shí)經(jīng)操作站執(zhí)行暫停、恢復(fù)運(yùn)行或?qū)蝹€(gè)設(shè)備進(jìn)行操作。

3.3 上位集控系統(tǒng)監(jiān)控的內(nèi)容

上位集控采集升船機(jī)現(xiàn)地控制站的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息，主要監(jiān)控的內(nèi)容有：

●各子站故障、報(bào)警信號(hào)；

●各子站PLC運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)；

●上閘首工作門上、下極限位置信號(hào)、開度值；

●上閘首臥倒門上、下極限位置信號(hào)、開度值；

●上游水位值；

●上游渡槽船舶探測(cè)信號(hào)；

●安全制動(dòng)器松閘到位信號(hào)、閘皮磨損信號(hào)；

●安全制動(dòng)系統(tǒng)液壓泵站啟、停信號(hào)，壓力值；

●工作制動(dòng)器松閘到位信號(hào)、閘皮磨損信號(hào)；

●工作制動(dòng)系統(tǒng)液壓泵站啟、停信號(hào)，壓力值；

●潤(rùn)滑油泵站啟、停信號(hào)；

●同步軸扭矩值；

●主拖動(dòng)電機(jī)電源電壓、工作電流及轉(zhuǎn)速值；

●船廂上、下行程；

●船廂至主機(jī)房層底面距離；

●船廂各泵站啟、停信號(hào)；

●船廂上、下游端防撞裝置位置信號(hào)；

●船廂上、下游端防撞裝置行程；

●船廂上、下游端門開、關(guān)位置信號(hào)，開度值；

●船廂頂緊壓力值，前進(jìn)到位和回退到位信號(hào)；

●船廂夾緊壓力值，前進(jìn)到位和回退到位信號(hào)；

●船廂上、下游端密封框位置信號(hào)、壓力值；

●船廂船舶探測(cè)信號(hào)；

●船廂靜態(tài)調(diào)平水平量；

●船廂動(dòng)態(tài)水平量；

●船廂上、下游端廂頭間隙水深值；

●船廂水深、水平值；

●船廂上、下游減速及?？课恢眯盘?hào)；

●船廂上、下鎖定位置信號(hào)；

●下閘首工作大門上、下極限位置信號(hào)、開度值；

●下閘首臥倒門上、下極限位置信號(hào)、開度值；

●下游水位值；

●下游引航道船舶檢測(cè)信號(hào)；

●網(wǎng)絡(luò)診斷及雙網(wǎng)切換信號(hào)。

4 故障及分類處理

亭子口升船機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)故障按照嚴(yán)重程度分為四個(gè)級(jí)別：一類故障、二類故障、三類故障和四類故障。其中，一類故障最嚴(yán)重，必須馬上緊急停機(jī)；二類故障次于一類故障，必須馬上快速停機(jī)；三類故障次于二類故障，需要立即采取正常速度停機(jī)；四類故障可以堅(jiān)持運(yùn)行完本次運(yùn)船流程后再做維護(hù)處理。

一類故障——緊急停機(jī)，卷揚(yáng)傳動(dòng)系統(tǒng)整流切除，工作制動(dòng)器調(diào)壓上閘，安全制動(dòng)器延時(shí)上閘；信號(hào)傳輸與處理采用硬接線與PLC控制并行進(jìn)行；同時(shí)聲光報(bào)警；

二類故障——快速停機(jī)，卷揚(yáng)傳動(dòng)系統(tǒng)以0.04m/s2減速，接近零速時(shí)工作制動(dòng)器先上閘，安全制動(dòng)器延時(shí)上閘；同時(shí)聲光報(bào)警；

三類故障——正常停機(jī)，卷揚(yáng)傳動(dòng)系統(tǒng)以0.01m/s2減速，接近零速時(shí)工作制動(dòng)器先上閘，安全制動(dòng)器延時(shí)上閘；同時(shí)聲光報(bào)警；

四類故障——只聲光報(bào)警。

上位集控系統(tǒng)故障分類如表1所示。

表1 亭子口上位集控系統(tǒng)故障分類

5 控制方式

(1)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)正常時(shí)，升船機(jī)可自動(dòng)完成上行或下行運(yùn)行過程，亦可進(jìn)行分步流程控制和單步操作運(yùn)行；

(2)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主控級(jí)有故障，但至少有一臺(tái)微機(jī)正常工作時(shí)，系統(tǒng)仍能繼續(xù)維持正常運(yùn)行過程和單步運(yùn)行操作；

(3)主控級(jí)檢修時(shí)，可在各系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制子站人工按規(guī)定順序進(jìn)行單機(jī)操作。此時(shí)順序閉鎖仍能維持升船機(jī)安全運(yùn)行。

升船機(jī)電氣系統(tǒng)控制方式定義為：集控、現(xiàn)地自動(dòng)、現(xiàn)地手動(dòng)控制方式。

(1)集控控制方式：上位機(jī)和所有子站控制方式選擇為自動(dòng)控制，整個(gè)升船機(jī)受控于上位機(jī)集控，各子站接受上位命令，經(jīng)校核后響應(yīng)，根據(jù)升船機(jī)流程，自動(dòng)完成升船機(jī)的全過程控制。升船機(jī)上位集中控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)升船機(jī)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)測(cè)與控制，控制方式分為上位全自動(dòng)控制、上位單步控制和上位單機(jī)構(gòu)控制三種方式。其中，上位全自動(dòng)控制和上位單步控制方式為升船機(jī)正常運(yùn)行控制方式，當(dāng)升船機(jī)發(fā)生故障不能按照流程正常運(yùn)行時(shí)，可以切換到上位單機(jī)構(gòu)控制方式，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方手動(dòng)控制升船機(jī)設(shè)備，同時(shí)，上位單機(jī)構(gòu)控制方式也可以用于調(diào)試階段；

(2)現(xiàn)地自動(dòng)控制方式：各系統(tǒng)子站在現(xiàn)地方式運(yùn)行時(shí)，各子站可以通過人機(jī)界面或控制面板上的操作組件，完成升船機(jī)的流程控制；

(3)現(xiàn)地手動(dòng)控制方式：在子站調(diào)試或檢修階段，方式選擇開關(guān)設(shè)為手動(dòng)控制，在不影響升船機(jī)系統(tǒng)安全和符合設(shè)備工藝要求的情況下，控制單一設(shè)備，實(shí)現(xiàn)單步檢修、調(diào)試過程。

急停按鈕優(yōu)先現(xiàn)地子站，具有最高控制權(quán)限，不受控制方式限制。

6 復(fù)雜的流程控制、傳動(dòng)技術(shù)

亭子口升船機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行涉及設(shè)備數(shù)量、檢測(cè)信號(hào)類型及數(shù)量繁多，正常運(yùn)行流程及故障保護(hù)流程復(fù)雜。根據(jù)亭子口升船機(jī)工況，設(shè)計(jì)了升船機(jī)初始化流程、自動(dòng)上行流程、自動(dòng)下行流程、單步上行流程、單步下行流程、下班停運(yùn)流程和故障保護(hù)流程，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的流暢性、靈活性，同時(shí)為系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了保障。亭子口升船機(jī)的通航運(yùn)行工藝流程是一個(gè)典型的工業(yè)過程控制流程，具有控制流程的邏輯性強(qiáng)、機(jī)構(gòu)動(dòng)作的步序特性突出、各種動(dòng)作閉鎖條件結(jié)合緊密等特點(diǎn)。

在船廂升降時(shí)，工作制動(dòng)器松閘前，8臺(tái)主電機(jī)會(huì)先預(yù)加力矩，根據(jù)船廂均衡缸上腔壓力以及船廂水深、船廂入水深度，判定不平衡力方向，動(dòng)態(tài)力矩控制，協(xié)調(diào)制動(dòng)器松閘時(shí)機(jī)，解決船廂啟動(dòng)平穩(wěn)性問題。

7 結(jié)語

目前亭子口升船機(jī)已進(jìn)入調(diào)試階段，各項(xiàng)控制功能齊備，安全保障機(jī)構(gòu)可靠；作為嘉陵江高等級(jí)航道中的控制性工程，運(yùn)行條件要求高、技術(shù)復(fù)雜，因此升船機(jī)系統(tǒng)、尤其是檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性及可靠性需不斷進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)跟進(jìn)、完善，滿足安全通航需求。