安徽澮河南坪船閘電氣與自動化系統(tǒng)組成與實施

陳華棟 刁長友 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)的整體實施，發(fā)揮了電氣與控制系統(tǒng)總包管理和系統(tǒng)深度結合實施的優(yōu)勢，其中控制系統(tǒng)采用南瑞自產計算機監(jiān)控系統(tǒng)軟件NC2000 V3.0，為船閘運行與管理提供安全、可靠的技術保障。

關鍵詞：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標準設計，滿足千噸級船舶通航，是安徽省重點工程建設項目，上距臨渙閘30.5 km，下距蘄縣閘18 km，是澮河航道5個樞紐工程的第二級船閘，也是沱澮河航道開發(fā)建設工程重點工程之一。自古以來，澮河就是腹地運輸?shù)闹饕ǖ溃瑴贤ㄔ?、皖兩省，通過淮河、京杭運河與長江航道銜接，航運歷史悠久，為豫皖兩省經(jīng)濟發(fā)展和保障沿河人民生活發(fā)揮了巨大作用。

該項目包含船閘計算機監(jiān)控系統(tǒng)、收費調度系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、廣播指揮系統(tǒng)、照明、市電接入、高低壓供配電設備、電線電纜、防雷接地等，是一個典型的船閘電氣與控制系統(tǒng)總包項目。

1? ? 電氣一次系統(tǒng)

船閘上的用電負荷有船閘上下閘首工作閘門、輸水閥門啟閉機、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、下閘首工作閘門和輸水廊道閥門啟閉機采用液壓操作，共設有4套液壓泵站，每套設有兩臺液壓油泵，單臺電機功率為18.5 kW，采用軟啟動器降壓啟動方式。

船閘主要用電負荷為二級負荷，采用兩路電源供電，一路T接自附近10 kV架空線路，另一路來自備用柴油發(fā)電機組。船閘范圍內共設兩座變配電所：在船閘管理區(qū)設主變配電所，變壓器采用SCB11戶內干式，變壓器安裝容量為250 kVA，柴油發(fā)電機組安裝容量為220 kW。在補水泵站設備房設分變配電所，專供補水泵房負荷用電，變壓器也采用SCB11戶內干式，變壓器安裝容量為250 kVA，不設柴油發(fā)電機組。10 kV開關柜選用KYN口-12型中置式開關柜，0.4 kV開關柜選用MNS型抽出式開關柜。無功補償采用變壓器低壓側集中自動補償方式，補償后的功率因數(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)在各主要開關及設備節(jié)點位置均配置了智能電力儀表，將供配電實時數(shù)據(jù)接入后臺電力監(jiān)控系統(tǒng)，在船閘中控室對船閘及管理區(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)對于船閘的運維管理非常重要，是自動化控制的基礎，本項目在建設可靠的電氣系統(tǒng)同時，將電氣運行數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入后臺管理，方便了運維管理的需要。

2? ? 計算機監(jiān)控系統(tǒng)

2.1? 系統(tǒng)組成與結構

計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結構，工作方式分為二級：一級采用現(xiàn)地可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制屏現(xiàn)場手動控制，二級采用中控室計算機遠程集中控制，可實現(xiàn)遠方控制和現(xiàn)地控制轉換，控制方式優(yōu)先順序為現(xiàn)地控制優(yōu)于集中控制。主要設備包括：兩臺操作員工作站;上、下閘首左右岸現(xiàn)地控制室、補水泵站設備房各設置一套PLC控制屏;配套一套大屏幕電子顯示屏、一套UPS、一套控制臺等。

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

船閘計算機監(jiān)控系統(tǒng)主要由上位機和現(xiàn)地控制邏輯控制單元（Logic Control Unit，LCU）兩部分組成，閘閥門液壓啟閉機現(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。南坪項目采用的是第二種方式，即由上位機系統(tǒng)一提供與集成，此方式在液壓系統(tǒng)動力控制回路、現(xiàn)地控制LCU及上位機的對接上更為合理與緊密，由自動化系統(tǒng)二次深化設計過程中統(tǒng)一細化系統(tǒng)結構與信號測點等，此方式對現(xiàn)地控制LCU的設計和聯(lián)調過程中，需要與啟閉機廠家對接液壓系統(tǒng)本身的電磁閥控制邏輯及反饋信號的傳感器類型及參數(shù)，在項目聯(lián)調過程中，需雙方配合對液壓系統(tǒng)的控制下發(fā)與反饋信號的準確性進行細致核對，保證接入現(xiàn)地控制LCU的信號準確，而不會出現(xiàn)計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位機與現(xiàn)地控制LCU之間的通信接口、信號測點及控制功能對接方面的問題，便于優(yōu)化中控室上位機與現(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與上位機實施單位之間的協(xié)調配合工作，使控制系統(tǒng)面向用戶界面更協(xié)調統(tǒng)一。

2.3? 監(jiān)控系統(tǒng)上位機監(jiān)控軟件功能與開發(fā)成果

南坪船閘計算機監(jiān)控軟件選用南瑞集團第3代計算機監(jiān)控系統(tǒng)軟件NC2000 V3.0。該軟件是具有自主版權、真正具有跨平臺能力、全面支持異構平臺的多層分布式面向對象的計算機監(jiān)控系統(tǒng)軟件，包含了分布式對象架構，全面支持異構平臺的特性，系統(tǒng)提供了高效安全可靠的監(jiān)控內核、功能強大的組態(tài)工具、精細美觀的圖形界面、實用方便的應用界面、多種符合國際標準的接口以及緊貼水利水電、水運交通和梯級集控調度應用需求的各種常規(guī)及高級功能。

（1）采用面向對象的數(shù)據(jù)庫設計，使數(shù)據(jù)更加貼近現(xiàn)實，提供對象組態(tài)工具，簡化數(shù)據(jù)庫生成，特別是一些具有共性的事件處理，綜合量、二次量計算。

（2）采用Java 2D技術開發(fā)，支持三維動畫、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表，兼容Excel。

（4）完善的分布式智能報警，更適合于“無人值班”。

（5）采用高效的數(shù)據(jù)存儲與檢索機制，提供面向對象的多種查詢方法，既可按對象，也可按事件類型查詢。

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

（7）在動態(tài)規(guī)劃算法的基礎上結合遺傳算法、蟻群算法及粒子群算法等人工智能算法實現(xiàn)梯級集控的經(jīng)濟調度控制。

（8）基于Internet技術的系統(tǒng)集成和信息共享，在廣域范圍提供對實時信息的查詢和使用，同時支持遠程服務功能。

3? ?其他自動化系統(tǒng)

工業(yè)電視系統(tǒng)包括在上下閘首啟閉機房、閘室、上下游導航墩、管理區(qū)等設有43套網(wǎng)絡高清攝像機，對整個船閘進行全方位監(jiān)視，在中控室設有1套6×3×46寸拼接電視墻對各攝像機圖像進行集中顯示，同時兼顧安防管理需要，在管理區(qū)門衛(wèi)值班室設1臺55寸液晶電視進行主要出入口及管理區(qū)視頻圖像顯示。

廣播指揮系統(tǒng)則在上下閘首兩側分別設有2只揚聲器，在上下游導航墩上分別設有1只揚聲器，在中控室設有1套廣播控制設備，分別控制上下閘首及上下游的廣播。

室外閘門系統(tǒng)包括上下閘首、閘室、上下游導航墻、上下游靠船墩、管理區(qū)的中桿燈、閘室燈、庭院燈、靠船墩燈、警示燈及交通信號燈，除太陽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，在中控室實現(xiàn)遠程控制。

4? ? 實施成效

澮河南坪船閘電氣與控制系統(tǒng)能夠實現(xiàn)船閘安全、穩(wěn)定運行控制和高效的調度管理。在項目實施過程中，發(fā)揮南瑞公司電氣工程與自動化控制專業(yè)優(yōu)勢及總包協(xié)調優(yōu)勢，結合設計圖紙，進一步細化和完善電氣設備與控制系統(tǒng)的信號對接，使最終呈現(xiàn)給用戶的是一套完整的自動化系統(tǒng)。

系統(tǒng)主要實現(xiàn)了如下功能：（1）船閘人字門、輸水廊道門，船閘照明及交通信號燈、電氣開關等設備的遠程集中監(jiān)控;中控室拼接大屏幕集中顯示。（2）船閘人字門、輸水廊道門的自動控制。（3）船閘、引航道、配電房及管理區(qū)的視頻監(jiān)控。（4）船閘語音廣播調度、室外引導LED大屏幕顯示。（5）船閘過閘船舶報到、繳費管理、船舶調度等業(yè)務處理。（6）高、低壓供配電及消防系統(tǒng)運行監(jiān)控等。

5? ? 結語

船閘工程的土建是基礎，而電氣、照明、控制、調度及視頻廣播系統(tǒng)是最終呈現(xiàn)給船閘運營用戶，且日常使用最密切的系統(tǒng)，本船閘電氣設備及自動化系統(tǒng)采用總包模式，南瑞充分發(fā)揮項目管理經(jīng)驗豐富、技術實力強的優(yōu)勢，各子系統(tǒng)間技術上對接規(guī)范有序、現(xiàn)場實施銜接有序，將整個項目作為一個整體實施高效、高質管理，為整個工程的按期完成提供了堅強保障，為業(yè)主、監(jiān)理、設計的高效管理提供了有力支撐。整個項目的完工使船閘整體的自動化控制與相關機電、電氣設備的配合更加合理，更加貼合電氣設計意圖，滿足船閘運行管理單位對日常運營系統(tǒng)的需求。本項目在調度運維管理的信息化程度上還有較大的提升空間，隨著新產品、新技術的不斷發(fā)展，南瑞公司在船閘自動化、信息化系統(tǒng)上，借鑒“智能電網(wǎng)、智慧水務及智慧城市”等技術與經(jīng)驗，采用管控一體化的設計理念，以船閘的業(yè)務應用為核心，以機電設施及自動化控制為基礎，充分融合信息化的技術手段，不斷提高航閘管理單位管控能力及為船民服務水平，促進安全高效、和諧綠色發(fā)展。

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