陳華棟 刁長(zhǎng)友 馮啟文 陳正平 步曉俊

摘? ?要：文章介紹了安徽省澮河南坪船閘工程電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的整體實(shí)施，發(fā)揮了電氣與控制系統(tǒng)總包管理和系統(tǒng)深度結(jié)合實(shí)施的優(yōu)勢(shì)，其中控制系統(tǒng)采用南瑞自產(chǎn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件NC2000 V3.0，為船閘運(yùn)行與管理提供安全、可靠的技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：船閘;電氣系統(tǒng);控制系統(tǒng);NC2000 V3.0

安徽澮河南坪船閘工程位于淮北市濉溪縣南坪鎮(zhèn)，按500 t標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足千噸級(jí)船舶通航，是安徽省重點(diǎn)工程建設(shè)項(xiàng)目，上距臨渙閘30.5 km，下距蘄縣閘18 km，是澮河航道5個(gè)樞紐工程的第二級(jí)船閘，也是沱澮河航道開(kāi)發(fā)建設(shè)工程重點(diǎn)工程之一。自古以來(lái)，澮河就是腹地運(yùn)輸?shù)闹饕ǖ溃瑴贤ㄔ?、皖兩省，通過(guò)淮河、京杭運(yùn)河與長(zhǎng)江航道銜接，航運(yùn)歷史悠久，為豫皖兩省經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保障沿河人民生活發(fā)揮了巨大作用。

該項(xiàng)目包含船閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)調(diào)度系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、廣播指揮系統(tǒng)、照明、市電接入、高低壓供配電設(shè)備、電線(xiàn)電纜、防雷接地等，是一個(gè)典型的船閘電氣與控制系統(tǒng)總包項(xiàng)目。

1? ? 電氣一次系統(tǒng)

船閘上的用電負(fù)荷有船閘上下閘首工作閘門(mén)、輸水閥門(mén)啟閉機(jī)、船閘照明、船閘控制系統(tǒng)、船閘消防系統(tǒng)、船閘管理區(qū)辦公生活用電等。船閘上、下閘首工作閘門(mén)和輸水廊道閥門(mén)啟閉機(jī)采用液壓操作，共設(shè)有4套液壓泵站，每套設(shè)有兩臺(tái)液壓油泵，單臺(tái)電機(jī)功率為18.5 kW，采用軟啟動(dòng)器降壓?jiǎn)?dòng)方式。

船閘主要用電負(fù)荷為二級(jí)負(fù)荷，采用兩路電源供電，一路T接自附近10 kV架空線(xiàn)路，另一路來(lái)自備用柴油發(fā)電機(jī)組。船閘范圍內(nèi)共設(shè)兩座變配電所：在船閘管理區(qū)設(shè)主變配電所，變壓器采用SCB11戶(hù)內(nèi)干式，變壓器安裝容量為250 kVA，柴油發(fā)電機(jī)組安裝容量為220 kW。在補(bǔ)水泵站設(shè)備房設(shè)分變配電所，專(zhuān)供補(bǔ)水泵房負(fù)荷用電，變壓器也采用SCB11戶(hù)內(nèi)干式，變壓器安裝容量為250 kVA，不設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組。10 kV開(kāi)關(guān)柜選用KYN口-12型中置式開(kāi)關(guān)柜，0.4 kV開(kāi)關(guān)柜選用MNS型抽出式開(kāi)關(guān)柜。無(wú)功補(bǔ)償采用變壓器低壓側(cè)集中自動(dòng)補(bǔ)償方式，補(bǔ)償后的功率因數(shù)不低于0.95。高壓10 kV配電系統(tǒng)如圖1所示，低壓配電系統(tǒng)如圖2所示。

高低壓供配電系統(tǒng)在各主要開(kāi)關(guān)及設(shè)備節(jié)點(diǎn)位置均配置了智能電力儀表，將供配電實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接入后臺(tái)電力監(jiān)控系統(tǒng)，在船閘中控室對(duì)船閘及管理區(qū)供配電系統(tǒng)統(tǒng)一管理。在船閘建立一套安全可靠、功能齊全的電氣系統(tǒng)對(duì)于船閘的運(yùn)維管理非常重要，是自動(dòng)化控制的基礎(chǔ)，本項(xiàng)目在建設(shè)可靠的電氣系統(tǒng)同時(shí)，將電氣運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入后臺(tái)管理，方便了運(yùn)維管理的需要。

2? ? 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

2.1? 系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，工作方式分為二級(jí)：一級(jí)采用現(xiàn)地可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制屏現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制，二級(jí)采用中控室計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程集中控制，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制和現(xiàn)地控制轉(zhuǎn)換，控制方式優(yōu)先順序?yàn)楝F(xiàn)地控制優(yōu)于集中控制。主要設(shè)備包括：兩臺(tái)操作員工作站;上、下閘首左右岸現(xiàn)地控制室、補(bǔ)水泵站設(shè)備房各設(shè)置一套PLC控制屏;配套一套大屏幕電子顯示屏、一套UPS、一套控制臺(tái)等。

2.2? 監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)與現(xiàn)地LCU集成方式與實(shí)施總結(jié)

船閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要由上位機(jī)和現(xiàn)地控制邏輯控制單元（Logic Control Unit，LCU）兩部分組成，閘閥門(mén)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)現(xiàn)地控制LCU目前有兩種配置方式，一種是現(xiàn)地控制系統(tǒng)由啟閉機(jī)廠家配套提供，另一種是由監(jiān)控系統(tǒng)廠家統(tǒng)一提供。南坪項(xiàng)目采用的是第二種方式，即由上位機(jī)系統(tǒng)一提供與集成，此方式在液壓系統(tǒng)動(dòng)力控制回路、現(xiàn)地控制LCU及上位機(jī)的對(duì)接上更為合理與緊密，由自動(dòng)化系統(tǒng)二次深化設(shè)計(jì)過(guò)程中統(tǒng)一細(xì)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與信號(hào)測(cè)點(diǎn)等，此方式對(duì)現(xiàn)地控制LCU的設(shè)計(jì)和聯(lián)調(diào)過(guò)程中，需要與啟閉機(jī)廠家對(duì)接液壓系統(tǒng)本身的電磁閥控制邏輯及反饋信號(hào)的傳感器類(lèi)型及參數(shù)，在項(xiàng)目聯(lián)調(diào)過(guò)程中，需雙方配合對(duì)液壓系統(tǒng)的控制下發(fā)與反饋信號(hào)的準(zhǔn)確性進(jìn)行細(xì)致核對(duì)，保證接入現(xiàn)地控制LCU的信號(hào)準(zhǔn)確，而不會(huì)出現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)與現(xiàn)地控制LCU之間的通信接口、信號(hào)測(cè)點(diǎn)及控制功能對(duì)接方面的問(wèn)題，便于優(yōu)化中控室上位機(jī)與現(xiàn)地控制LCU系統(tǒng)的一致性，相比第一種方式減少了現(xiàn)地控制LCU與上位機(jī)實(shí)施單位之間的協(xié)調(diào)配合工作，使控制系統(tǒng)面向用戶(hù)界面更協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

2.3? 監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控軟件功能與開(kāi)發(fā)成果

南坪船閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件選用南瑞集團(tuán)第3代計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件NC2000 V3.0。該軟件是具有自主版權(quán)、真正具有跨平臺(tái)能力、全面支持異構(gòu)平臺(tái)的多層分布式面向?qū)ο蟮挠?jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，包含了分布式對(duì)象架構(gòu)，全面支持異構(gòu)平臺(tái)的特性，系統(tǒng)提供了高效安全可靠的監(jiān)控內(nèi)核、功能強(qiáng)大的組態(tài)工具、精細(xì)美觀的圖形界面、實(shí)用方便的應(yīng)用界面、多種符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的接口以及緊貼水利水電、水運(yùn)交通和梯級(jí)集控調(diào)度應(yīng)用需求的各種常規(guī)及高級(jí)功能。

（1）采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，使數(shù)據(jù)更加貼近現(xiàn)實(shí)，提供對(duì)象組態(tài)工具，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)庫(kù)生成，特別是一些具有共性的事件處理，綜合量、二次量計(jì)算。

（2）采用Java 2D技術(shù)開(kāi)發(fā)，支持三維動(dòng)畫(huà)、多層圖形顯示。

（3）采用電子表格、棒圖、餅圖等方式組織顯示報(bào)表，兼容Excel。

（4）完善的分布式智能報(bào)警，更適合于“無(wú)人值班”。

（5）采用高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與檢索機(jī)制，提供面向?qū)ο蟮亩喾N查詢(xún)方法，既可按對(duì)象，也可按事件類(lèi)型查詢(xún)。

（6）預(yù)編譯順控流程，支持流程執(zhí)行異常陷阱處理、在線(xiàn)修改、離線(xiàn)仿真，確保流程正確、高效執(zhí)行。

（7）在動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的基礎(chǔ)上結(jié)合遺傳算法、蟻群算法及粒子群算法等人工智能算法實(shí)現(xiàn)梯級(jí)集控的經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制。

（8）基于Internet技術(shù)的系統(tǒng)集成和信息共享，在廣域范圍提供對(duì)實(shí)時(shí)信息的查詢(xún)和使用，同時(shí)支持遠(yuǎn)程服務(wù)功能。

3? ?其他自動(dòng)化系統(tǒng)

工業(yè)電視系統(tǒng)包括在上下閘首啟閉機(jī)房、閘室、上下游導(dǎo)航墩、管理區(qū)等設(shè)有43套網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)，對(duì)整個(gè)船閘進(jìn)行全方位監(jiān)視，在中控室設(shè)有1套6×3×46寸拼接電視墻對(duì)各攝像機(jī)圖像進(jìn)行集中顯示，同時(shí)兼顧安防管理需要，在管理區(qū)門(mén)衛(wèi)值班室設(shè)1臺(tái)55寸液晶電視進(jìn)行主要出入口及管理區(qū)視頻圖像顯示。

廣播指揮系統(tǒng)則在上下閘首兩側(cè)分別設(shè)有2只揚(yáng)聲器，在上下游導(dǎo)航墩上分別設(shè)有1只揚(yáng)聲器，在中控室設(shè)有1套廣播控制設(shè)備，分別控制上下閘首及上下游的廣播。

室外閘門(mén)系統(tǒng)包括上下閘首、閘室、上下游導(dǎo)航墻、上下游靠船墩、管理區(qū)的中桿燈、閘室燈、庭院燈、靠船墩燈、警示燈及交通信號(hào)燈，除太陽(yáng)能燈具直接由本身控制器控制外，其余燈具控制回路均接入現(xiàn)地控制單元PLC，在中控室實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

4? ? 實(shí)施成效

澮河南坪船閘電氣與控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)船閘安全、穩(wěn)定運(yùn)行控制和高效的調(diào)度管理。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，發(fā)揮南瑞公司電氣工程與自動(dòng)化控制專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢(shì)及總包協(xié)調(diào)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙，進(jìn)一步細(xì)化和完善電氣設(shè)備與控制系統(tǒng)的信號(hào)對(duì)接，使最終呈現(xiàn)給用戶(hù)的是一套完整的自動(dòng)化系統(tǒng)。

系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了如下功能：（1）船閘人字門(mén)、輸水廊道門(mén)，船閘照明及交通信號(hào)燈、電氣開(kāi)關(guān)等設(shè)備的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控;中控室拼接大屏幕集中顯示。（2）船閘人字門(mén)、輸水廊道門(mén)的自動(dòng)控制。（3）船閘、引航道、配電房及管理區(qū)的視頻監(jiān)控。（4）船閘語(yǔ)音廣播調(diào)度、室外引導(dǎo)LED大屏幕顯示。（5）船閘過(guò)閘船舶報(bào)到、繳費(fèi)管理、船舶調(diào)度等業(yè)務(wù)處理。（6）高、低壓供配電及消防系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控等。

5? ? 結(jié)語(yǔ)

船閘工程的土建是基礎(chǔ)，而電氣、照明、控制、調(diào)度及視頻廣播系統(tǒng)是最終呈現(xiàn)給船閘運(yùn)營(yíng)用戶(hù)，且日常使用最密切的系統(tǒng)，本船閘電氣設(shè)備及自動(dòng)化系統(tǒng)采用總包模式，南瑞充分發(fā)揮項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)豐富、技術(shù)實(shí)力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，各子系統(tǒng)間技術(shù)上對(duì)接規(guī)范有序、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施銜接有序，將整個(gè)項(xiàng)目作為一個(gè)整體實(shí)施高效、高質(zhì)管理，為整個(gè)工程的按期完成提供了堅(jiān)強(qiáng)保障，為業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)的高效管理提供了有力支撐。整個(gè)項(xiàng)目的完工使船閘整體的自動(dòng)化控制與相關(guān)機(jī)電、電氣設(shè)備的配合更加合理，更加貼合電氣設(shè)計(jì)意圖，滿(mǎn)足船閘運(yùn)行管理單位對(duì)日常運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的需求。本項(xiàng)目在調(diào)度運(yùn)維管理的信息化程度上還有較大的提升空間，隨著新產(chǎn)品、新技術(shù)的不斷發(fā)展，南瑞公司在船閘自動(dòng)化、信息化系統(tǒng)上，借鑒“智能電網(wǎng)、智慧水務(wù)及智慧城市”等技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，采用管控一體化的設(shè)計(jì)理念，以船閘的業(yè)務(wù)應(yīng)用為核心，以機(jī)電設(shè)施及自動(dòng)化控制為基礎(chǔ)，充分融合信息化的技術(shù)手段，不斷提高航閘管理單位管控能力及為船民服務(wù)水平，促進(jìn)安全高效、和諧綠色發(fā)展。

[參考文獻(xiàn)]

[1]朱正偉.望虞河船閘電氣控制系統(tǒng)[J].浙江水利科技，2001（1）：33-34.

[2]張園園.對(duì)船閘電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的革新與發(fā)展的思考[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2015（15）：1333.

[3]紀(jì)冰.電氣自動(dòng)化控制工業(yè)應(yīng)用發(fā)展探究[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2012（22）：103.

[4]俞凱.電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中的問(wèn)題與發(fā)展分析[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2016（3）：67.

[5]鮑曉冰.船閘自動(dòng)控制系統(tǒng)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2014（4）：162-163.

[6]顏廷雪.PLC控制系統(tǒng)在船閘自動(dòng)控制中的應(yīng)用[J].工業(yè)B，2015（46）：83-84.