安徽浍河南坪船闸电气与自动化系统组成与实施

陈华栋 刁长友 冯启文 陈正平 步晓俊

摘   要：文章介绍了安徽省浍河南坪船闸工程电气系统、控制系统的整体实施，发挥了电气与控制系统总包管理和系统深度结合实施的优势，其中控制系统采用南瑞自产计算机监控系统软件NC2000 V3.0，为船闸运行与管理提供安全、可靠的技术保障。

关键词：船闸;电气系统;控制系统;NC2000 V3.0

安徽浍河南坪船闸工程位于淮北市濉溪县南坪镇，按500 t标准设计，满足千吨级船舶通航，是安徽省重点工程建设项目，上距临涣闸30.5 km，下距蕲县闸18 km，是浍河航道5个枢纽工程的第二级船闸，也是沱浍河航道开发建设工程重点工程之一。自古以来，浍河就是腹地运输的主要通道，沟通豫、皖两省，通过淮河、京杭运河与长江航道衔接，航运历史悠久，为豫皖两省经济发展和保障沿河人民生活发挥了巨大作用。

该项目包含船闸计算机监控系统、收费调度系统、工业电视系统、广播指挥系统、照明、市电接入、高低压供配电设备、电线电缆、防雷接地等，是一个典型的船闸电气与控制系统总包项目。

1    电气一次系统

船闸上的用电负荷有船闸上下闸首工作闸门、输水阀门启闭机、船闸照明、船闸控制系统、船闸消防系统、船闸管理区办公生活用电等。船闸上、下闸首工作闸门和输水廊道阀门启闭机采用液压操作，共设有4套液压泵站，每套设有两台液压油泵，单台电机功率为18.5 kW，采用软启动器降压启动方式。

船闸主要用电负荷为二级负荷，采用两路电源供电，一路T接自附近10 kV架空线路，另一路来自备用柴油发电机组。船闸范围内共设两座变配电所：在船闸管理区设主变配电所，变压器采用SCB11户内干式，变压器安装容量为250 kVA，柴油发电机组安装容量为220 kW。在补水泵站设备房设分变配电所，专供补水泵房负荷用电，变压器也采用SCB11户内干式，变压器安装容量为250 kVA，不设柴油发电机组。10 kV开关柜选用KYN口-12型中置式开关柜，0.4 kV开关柜选用MNS型抽出式开关柜。无功补偿采用变压器低压侧集中自动补偿方式，补偿后的功率因数不低于0.95。高压10 kV配电系统如图1所示，低压配电系统如图2所示。

高低压供配电系统在各主要开关及设备节点位置均配置了智能电力仪表，将供配电实时数据接入后台电力监控系统，在船闸中控室对船闸及管理区供配电系统统一管理。在船闸建立一套安全可靠、功能齐全的电气系统对于船闸的运维管理非常重要，是自动化控制的基础，本项目在建设可靠的电气系统同时，将电气运行数据统一接入后台管理，方便了运维管理的需要。

2    计算机监控系统

2.1  系统组成与结构

计算机监控系统采用分层分布式结构，工作方式分为二级：一级采用现地可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制屏现场手动控制，二级采用中控室计算机远程集中控制，可实现远方控制和现地控制转换，控制方式优先顺序为现地控制优于集中控制。主要设备包括：两台操作员工作站;上、下闸首左右岸现地控制室、补水泵站设备房各设置一套PLC控制屏;配套一套大屏幕电子显示屏、一套UPS、一套控制台等。

2.2  监控系统上位机与现地LCU集成方式与实施总结

船闸计算机监控系统主要由上位机和现地控制逻辑控制单元（Logic Control Unit，LCU）两部分组成，闸阀门液压启闭机现地控制LCU目前有两种配置方式，一种是现地控制系统由启闭机厂家配套提供，另一种是由监控系统厂家统一提供。南坪项目采用的是第二种方式，即由上位机系统一提供与集成，此方式在液压系统动力控制回路、現地控制LCU及上位机的对接上更为合理与紧密，由自动化系统二次深化设计过程中统一细化系统结构与信号测点等，此方式对现地控制LCU的设计和联调过程中，需要与启闭机厂家对接液压系统本身的电磁阀控制逻辑及反馈信号的传感器类型及参数，在项目联调过程中，需双方配合对液压系统的控制下发与反馈信号的准确性进行细致核对，保证接入现地控制LCU的信号准确，而不会出现计算机监控系统上位机与现地控制LCU之间的通信接口、信号测点及控制功能对接方面的问题，便于优化中控室上位机与现地控制LCU系统的一致性，相比第一种方式减少了现地控制LCU与上位机实施单位之间的协调配合工作，使控制系统面向用户界面更协调统一。

2.3  监控系统上位机监控软件功能与开发成果

南坪船闸计算机监控软件选用南瑞集团第3代计算机监控系统软件NC2000 V3.0。该软件是具有自主版权、真正具有跨平台能力、全面支持异构平台的多层分布式面向对象的计算机监控系统软件，包含了分布式对象架构，全面支持异构平台的特性，系统提供了高效安全可靠的监控内核、功能强大的组态工具、精细美观的图形界面、实用方便的应用界面、多种符合国际标准的接口以及紧贴水利水电、水运交通和梯级集控调度应用需求的各种常规及高级功能。

（1）采用面向对象的数据库设计，使数据更加贴近现实，提供对象组态工具，简化数据库生成，特别是一些具有共性的事件处理，综合量、二次量计算。

（2）采用Java 2D技术开发，支持三维动画、多层图形显示。

（3）采用电子表格、棒图、饼图等方式组织显示报表，兼容Excel。

（4）完善的分布式智能报警，更适合于“无人值班”。

（5）采用高效的数据存储与检索机制，提供面向对象的多种查询方法，既可按对象，也可按事件类型查询。

（6）预编译顺控流程，支持流程执行异常陷阱处理、在线修改、离线仿真，确保流程正确、高效执行。

（7）在动态规划算法的基础上结合遗传算法、蚁群算法及粒子群算法等人工智能算法实现梯级集控的经济调度控制。

（8）基于Internet技术的系统集成和信息共享，在广域范围提供对实时信息的查询和使用，同时支持远程服务功能。

3   其他自动化系统

工业电视系统包括在上下闸首启闭机房、闸室、上下游导航墩、管理区等设有43套网络高清摄像机，对整个船闸进行全方位监视，在中控室设有1套6×3×46寸拼接电视墙对各摄像机图像进行集中显示，同时兼顾安防管理需要，在管理区门卫值班室设1台55寸液晶电视进行主要出入口及管理区视频图像显示。

广播指挥系统则在上下闸首两侧分别设有2只扬声器，在上下游导航墩上分别设有1只扬声器，在中控室设有1套广播控制设备，分别控制上下闸首及上下游的广播。

室外闸门系统包括上下闸首、闸室、上下游导航墙、上下游靠船墩、管理区的中杆灯、闸室灯、庭院灯、靠船墩灯、警示灯及交通信号灯，除太阳能灯具直接由本身控制器控制外，其余灯具控制回路均接入现地控制单元PLC，在中控室实现远程控制。

4    实施成效

浍河南坪船闸电气与控制系统能够实现船闸安全、稳定运行控制和高效的调度管理。在项目实施过程中，发挥南瑞公司电气工程与自动化控制专业优势及总包协调优势，结合设计图纸，进一步细化和完善电气设备与控制系统的信号对接，使最终呈现给用户的是一套完整的自动化系统。

系统主要实现了如下功能：（1）船闸人字门、输水廊道门，船闸照明及交通信号灯、电气开关等设备的远程集中监控;中控室拼接大屏幕集中显示。（2）船闸人字门、输水廊道门的自动控制。（3）船闸、引航道、配电房及管理区的视频监控。（4）船闸语音广播调度、室外引导LED大屏幕显示。（5）船闸过闸船舶报到、缴费管理、船舶调度等业务处理。（6）高、低压供配电及消防系统运行监控等。

5    结语

船闸工程的土建是基础，而电气、照明、控制、调度及视频广播系统是最终呈现给船闸运营用户，且日常使用最密切的系统，本船闸电气设备及自动化系统采用总包模式，南瑞充分发挥项目管理经验丰富、技术实力强的优势，各子系统间技术上对接规范有序、现场实施衔接有序，将整个项目作为一个整体实施高效、高质管理，为整个工程的按期完成提供了坚强保障，为业主、监理、设计的高效管理提供了有力支撑。整个项目的完工使船闸整体的自动化控制与相关机电、电气设备的配合更加合理，更加贴合电气设计意图，满足船闸运行管理单位对日常运营系统的需求。本項目在调度运维管理的信息化程度上还有较大的提升空间，随着新产品、新技术的不断发展，南瑞公司在船闸自动化、信息化系统上，借鉴“智能电网、智慧水务及智慧城市”等技术与经验，采用管控一体化的设计理念，以船闸的业务应用为核心，以机电设施及自动化控制为基础，充分融合信息化的技术手段，不断提高航闸管理单位管控能力及为船民服务水平，促进安全高效、和谐绿色发展。

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