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1、精选优质文档-倾情为你奉上说 明 书专心-专注-专业1 概述1.1 工程概述湘江土谷塘航电枢纽工程坝址位于湘江衡阳市上游39km的衡南县云集镇，是一个以航运为主、航电结合，并兼顾交通、灌溉、供水和 水产养殖等功能的水资源综合利用工程。工程主要建筑物包括设计年通过能力1500万吨的1000吨级船闸一座，闸室有效尺度180m23m4.0m（长宽门槛水深）；总装机容量9万千瓦，4台单机22.5兆瓦，年发电量3.6295亿千瓦时的灯泡贯流式机组电站；17孔泄水闸，单孔净宽20m，总泄流宽度340m；过鱼鱼道长728m，宽2.5m；以及相关设施；靠右岸预留二线船闸位置。并分别配套建设枢纽湘江大桥1座、衡
2、南云集港1000吨级件杂货泊位1个、常宁松柏港1000吨级综合泊位1个、湘江航电联合调度中心及航标改造工程。1.2 工程范围及内容本次设计包括：船闸人字门液压启闭机电气自动控制系统、光电缆工程、启闭机房布置、管线预留预埋工程、船闸工业电视外场监控设备布置及相关配套附属工程等内容。2 设计依据（1）国家发改委发改基础20123004号国家发展改革委关于湖南湘江土谷塘航电枢纽工程可行性研究报告的批复；（2）交通运输部交水发2012676号交通运输部关于湖南湘江土谷塘航电枢纽工程初步设计的批复；（3）湘江土谷塘航电枢纽工程勘察设计合同文件（A合同段）；（4）湖南省水利水电勘测设计研究总院完成的湘江土
3、谷塘航电枢纽工程勘察报告；（5）湘江土谷塘航电枢纽工程土建施工图及变更等资料；（6） 湘江土谷塘航电枢纽工程船闸、泄水闸控制与监控系统初步设计资料等；（7）XTIG 3合同：土谷塘航电枢纽工程液压启闭机及其附属设备 （8）湖南湘江土谷塘航电枢纽工程液压启闭机及其附属设备第一、二三次设计联络会会议纪要。（9）设计有关文件、规范及标准：湘江土谷塘航电枢土建施工图设计文件及变更湘江土谷塘航电枢纽建设单位有关工作联系单及传真等材料（见附件）水运工程施工图文件编制规定（JTS110-7-2013）渠化工程枢纽总体布置设计规范（JTS 182-1-2009）内河通航标准（GB 50139-2004）船闸总
4、体设计规范（JTJ 305-2001）船闸输水系统设计规范（JTJ 306-2001）船闸水工建筑物设计规范（JTJ 307-2001）水工混凝土结构设计规范（SL 191-2008）水运工程质量检验标准（JTS257-2008）船闸电气设计规范JTJ 310-2004湘江土谷塘航电枢纽船闸工程招标文件智能建筑设计标准（GB/T503142006）计算机场地通用规范（GB/T2887-2011）计算机场地安全要求（GB/T9361-2011）电子信息系统机房设计规范（GB50174-2008）安全防范系统供电技术要求（GBT 15408-2011）工业电视监控系统工程设计规范（GB50115-
5、2009）民用闭路监视电视监控系统工程技术规范(GB 50198-2011)安全防范工程技术规范（GB503482004）视频安防监控系统工程设计规范（GB503952007）安全防范工程程序及要求（GA/T7594）安全防范系统验收规范（GA/T3082001）视频安防监视系统技术要求（GA/T3672001）信息技术 系统及软件完整性级别GB/T 18492-2001软件工程 产品质量 GB/T 16260-2006计算机软件测试规范 GB/T 15532-2008计算机软件可靠性和可维护性管理GB/T 14394-2008建筑物电子信息系统防雷规范（GB50343-2012）建筑物防雷设
6、计规范（GB50057-2010）通信管道与通信工程设计规范（GB50373-2006） 综合布线工程设计规范（GB50311-2007）民用建筑电气设计规范（GBJ/T16-2008）电力工程电缆设计规范（GB50217-2007）低压配电设计规范（GB50054-2011）通用电气设备配电设计规范（GB50055-2011）色漆和清漆漆膜的划格试验（GB9286-1998）电气控制设备（GB/T 3797-2005）电站电气部分集中控制设备及系统通用技术条件（GB/T 11920-2008）外壳防护等级(IP代码) （GB 4208-2008）包装储运图示标志（GB/T 191-2008）
7、防锈包装（GB/T 4879-1999）涂覆涂料前钢材表面处理 表面清洁度的目视评定（GB/T 8923-2011）本次船闸、泄水闸工业电视监控系统中对所提供设备的选型、设计、制造、检验和安装严格按照以下标准和规程进行。所有标准都是最新版本，如标准间出现矛盾时，则按最高标准执行或按双方商定的标准执行。GB 中华人民共和国国家标准；ANSI 美国国家标准协会；NEMA 美国国家电气制造商协会；DIN 德国工业标准；IEC 国际电工技术委员会标准；ISO 国际标准化组织标准；IEEE 电气和电子工程师协会标准。3审查及咨询的主要意见执行情况依据2012年12月4日交通运输部关于湖南湘江土谷塘航电枢
8、纽工程初步设计的批复，以及初设专家咨询意见“基本同意船闸、泄水闸、电站的闸门及启闭设备的选型和设计。下阶段应进一步优化拦污排、拦污栅的清污机、鱼道金属结构及启闭系统的设计”。本次施工图设计：（1）细化船闸、泄水闸自动控制系统图及相关启闭机房、廊道、电缆沟等相关管线预留预埋；（2）整合船闸、泄水闸、电站工业电视监控系统；（3）细化船闸、泄水闸启闭机房及廊道火灾自动报警系统即相关线缆工程。4设计界面根据2014年1月10日土谷塘设计回访会议精神，保障船闸控制楼弱电控制与监控系统及相关预留预埋工程 “系统不缺失、项目不遗漏” ，按质保量完成业主要求，做到弱电控制与监控系统“经济、简约、合理、适用”。
9、船闸监控与控制专业特向船闸控制楼相关专业（电气及消防专业等）补充船闸控制楼弱电控制与监控技术界面及要求。1、船闸控制楼的弱电控制与监控技术界面：船闸控制楼布置于闸室靠河侧第一结构段上，控制楼负一层（作为发电机房及管线通道，地面高程65m）立柱坐落于实体式闸室墙上，控制楼平面范围内从高程65m起由控制楼设计单位负责（船闸设计单位负责65m高程地面层的机房埋件及管沟布置），其他部分由船闸设计单位负责，两家需注意衔接部位的沟通互提。具体界面划分要求如下:1）船闸监控与控制专业：负责船闸控制现地控制及集中控制系统设计及工程量量；负责船闸启闭机房至船闸控制室光电缆工程；负责“电站中控室-船闸控制室”光电
10、缆工程；负责船闸启闭机房设备布置设计；负责船闸控制楼监控大厅工业电视系统与船闸控制系统的布局设计及相关的设备采购和安装；并结合监控大厅及机房布局完成枢纽船闸控制楼 弱电控制与监控线槽平面布置图的设计；负责船闸控制楼的视频摄像机布点设计及设备的采购和安装；负责船闸上下游启闭机房及廊道火灾探测器、报警器及连接至船闸控制楼内的消防控制室火灾自动报警主机上线缆工程的设计；负责船闸控制楼监控大厅、船闸启闭机房部分通信终端的配置。2）船闸控制楼相关专业（电气及消防专业等）：a. 根据船闸控制楼规模、用电、荷载及消防等要求，负责完成船闸控制楼内强电照明、火灾自动报警系统、弱电控制与监控的综合布线（含网络宽带
11、、电话系统信息点的预留预埋）等楼宇内配套工程；负责为船闸控制楼监控大厅配置动力配电箱（容量6KVA，额定电流100A）、弱电控制与监控端子排及相关预留预埋工程；枢纽船闸控制楼 弱电控制与监控线槽平面布置图内的“监控中心弱电控制与监控系统综合布线工程数量表”及 枢纽船闸控制楼 屋顶摄像机平面布置图内的“控制楼顶工业电视线槽工程数量表”均计入船闸控制楼主体专业，便于统一招标。b.船闸上下游启闭机房及廊道火灾探测器、报警器点位40个，船闸控制楼内的消防控制室火灾自动报警主机应为船闸上下游启闭机房及廊道火灾自动报警系统终端设备预留40个点位的容量及接口。c.船闸控制楼主体设计相关专业（特指电气专业中弱
12、电控制与监控子系统）应做好弱电控制与监控垂直子系统及水平子系统配线架、管线、线槽及相关预留预埋工程，保证船闸监控与控制系统外场引入至控制楼内的光电缆能顺利经船闸控制楼弱电控制与监控垂直、水子系统进入船闸监控大厅上配线架及相关设备(垂直子系统金属线槽规格建议2501001.5mm)。d.依据GB50116-2008 火灾自动报警系统设计规范要求：监控大厅应配备火灾自动报警系统及相关电气灭火系统。e.为船闸控制楼内的监控摄像机预留必要的穿墙开孔及线槽。2、船闸光电缆预留预埋及其他工程相关界面：1）船闸土建专业：负责完成“泄水闸电缆廊道与电站侧电缆沟”、“泄水闸电缆廊道与船闸侧弱电控制与监控缆沟”对
13、接工程；负责船闸控制房负一层（即船闸河侧1#闸室墙高程约66m层），主电缆沟接至控制房竖井的对接工程；负责船闸外场监控设备立柱基础及管道互联互通的预留预埋工程。2）船闸强电（供配电、照明）专业：负责电缆沟强弱电控制与监控支架及金属线槽、照明及动力配电工程；负责船闸内路灯，并负责“船闸摄像机与路灯共杆设置”的结构形式，做好相关管道及基础的预留预埋工程。3）船闸消防及给排水专业：负责船闸启闭机房消防（灭火器等）及给排水设施。5 设计方案5.1船闸控制系统土谷塘航电枢纽船闸为单级船闸（靠右岸预留二线船闸位置），由上闸首、闸室和下闸首组成。每个闸首两侧各设1个液压启闭机房，共4个。在上、下闸首的左、右
14、两侧的液压启闭机房各设1个液压泵站，分别用于闸首本侧人字工作闸门和输水门的启闭运行。船闸控制系统主要对上、下闸首人字门及两侧输水门相应4套液压启闭机和液压泵站、通航信号灯、广播喇叭、工业电视等控制系统，共设有上闸首左、上闸首右、下闸首左、下闸首右4个现地控制站及中央集控系统等。5.1.1系统结构及基本组成船闸监控系统1）集中/分布式二层系统结构：第一层为现地控制层，即4个现地控制站；第二层为集中监控层，由操作员站、工程师站、通航指挥信号设备、通航广播指挥设备、广播设备等组成。控制系统另设有通讯工作站，实现与电站信息管理网的通讯。2）网络结构：4个现地控制站分别布置在上、下闸首左、右两侧，同闸首
15、左、右两侧现地站PLC具有硬件（CPU、网络通信模块、现场总线）热备功能。基本要求如下：a.各现地控制子站双机热备PLC之间通过工业以太网总线通讯。b.各现地控制子站PLC与集中监控层两台交换机之间通过100M单模光口组成双以太网。c.船闸控制室核心工业以太网交换机为上、下游锚地监控、调度子系统数据各预留100M接口。3）系统组成集中控制层布置在船闸集控室内，设置2台集控操作员站、1台工程师站、1台网络打印机、1套广播指挥设备、2台互为备用的在线式的UPS电源和1套操作台等，操作员站采用2套工作站冗余配置互为热备，工程师站、通讯工作站和多媒体信号处理站均采用1套工作站。操作员站、工程师站与现地
16、站（PLC）之间通过环型光纤工业以太网络（监控网）进行数据通讯。通讯工作站和多媒体信号处理站与操作员站和工程师站之间通过工业以太网络（信息网）进行数据通讯。通航指挥信号灯分别布置在上、下闸首，对船只通航进行指挥与控制。在现场相应位置布置有信号检测传感器，如限位开关、开度编码器、水位计等，用于对相应设备物理量的自动检测，其输出信号送到相应的现地控制单元，实现设备的自动控制。人字门及输水门开度通过编码器测量，采用SSI通讯方式送入PLC进行处理。PLC选用德国西门子公司产品。人字门、输水门开关限位考虑采用冗余检测方式。每套现地控制单元设置1台触摸式液晶显示屏，用于现地显示闸门开度、系统压力、油箱液
17、位、油箱温度、泵站设备运行状态、报警信息、船闸上、下游及闸室水位等参数。每套现地控制单元留有以太网通讯接口可与上位计算机进行数据通讯。根据合同文件要求，每套现地控制单元设置1套双电源自动切换装置，以实现二回动力主回路的自动切换。每回动力主回路设置1套软启动器用于电机的启停控制与保护。综合考虑合同文件要求，本方案现地PLC选德国西门子公司S7 400热备系列产品，人机界面选威纶通公司MT8100i，主要低压电气设备选用施耐德公司产品。4）系统基本功能现地控制子站作为集中监控系统的一个基本控制单元，除具有现地操作控制的功能外，还应能接受集中监控站的控制指令，自动对人字工作闸门、输水门及广播、信号灯
18、通航指挥信号设备、界限灯等现地设备进行操作和控制，并采集现场闸门开度和位置信息、通航指挥信号、水位测量数据以及上、下闸首保证安全运行的互锁信息，经预处理后输出操作控制指令，并向集中监控层反馈现场信息。集中监控层依据现场运行信息，发出控制指令，完成船闸整体运行的监控。5）船只过闸过程：a.上行过闸过程初始状态：下闸首闸门开终，上闸首闸门关终，上闸首阀门关终，下闸首阀门关终。过闸流程：发进闸令，船只进闸；关下闸首闸门；开上闸首阀门，上游向闸室充水；上游水位与闸室水位齐平时开上闸首闸门；船只出闸；同时关上闸首阀门。b.下行过闸过程初始状态：上闸首闸门开终，下闸首闸门关终，上闸首阀门关终，下闸首阀门关
19、终。过闸流程：发进闸令，船只进闸；关上闸首闸门；开下闸首阀门，闸室向下游泄水；下游水位与闸室水位齐平时开下闸首闸门；船只出闸；同时关下闸首阀门。在船闸控制流程中，应有避免超灌超泄过量和闸门合拢失败保护等措施，保证船闸和船只的安全运行。5.1.2控制系统技术方案1）控制对象本控制系统的控制对象为土谷塘航电枢纽单级船闸上、下闸首相应液压启闭机以及通航信号灯、广播系统等设备。上、下闸首左、右岸共设4套液压泵站。上、下闸首分别设置1套PLC控制系统，实现本闸首液压启闭机设备的集中、现地和手动控制及相应工作闸门启闭全过程控制以及液压泵站的自动启停、通航信号灯、界限灯等设备的控制，并具有闸门启闭过程中各种
20、工况参数的自动采集与监视，以及故障报警和事故处理等功能。中央集控系统具有通航信号灯、界限灯、广播系统的控制和监视功能，及闸门启闭过程中各种工况参数的自动采集与监视，故障报警等功能。2）控制方案PLC控制系统采用可编程控制器作为控制主机，实现启闭机等设备的监视与控制，并预留有以太网通通讯口，可与集中控制系统进行数据通讯，实现现场手动、自动操作以及远方集中操作。每套PLC控制系统设置1面启动柜和1面控制柜，启动柜内设有双电源自动切换装置、负荷开关、软启动器、数字电压电流表等设备，具有过流、短路、过载等保护功能；控制柜内设有PLC、操作开关、彩色液晶显示屏、中间继电器、开关电源、指示灯、按钮等设备，
21、实现闸门等设备的手、自动控制。3）控制方式船闸监控系统以控制室集中控制为主，现地PLC控制为辅，配以简单的手动控制功能，集控室集中控制主要由两台操作员工作站完成。集控室集中控制可分为自动控制方式、单步控制方式。集中自动控制方式：主要是指各现地LCU均处于“集中控制”方式下，集控站处在“全自动”控制方式下的一种控制模式，这种模式适合于对船闸按船舶经过每个闸室的过程进行控制，即集控系统通过操作员操作“上行”、“下行”、“船只进闸到位”、“ 船只出闸到位”等简单的指令使现地自动完成船舶经过一个闸室的过闸过程。集中单动控制方式：被操作的现地LCU处于“集中控制”方式，集控系统处于“单动控制”方式下的一
22、种模式。在这种模式下，集中监控系统对现地PLC的操作均采用单机操作，即对每个闸首人字门、输水门、交通指挥灯等分别进行分步操作。现地自动控制方式：被操作的现地LCU处于“现地自动”方式。在这种模式下，现地PLC的操作采用人机界面操作，即对每个闸首人字门、输水门及交通指挥灯等分别进行分步操作。手动控制方式：此方式属于硬接线由手动按钮完成。4）控制功能上、下闸首在左、右两侧的液压启闭机房各设1个液压泵站，分别用于上、下闸首本侧人字工作闸门和输水门的启闭运行。（1）每一现地站均能根据各现地设备之间的闭锁条件，独立操作相应的单、双边人字闸门和输水门，并能通过集控系统网络接受集中监控站的控制命令控制人字闸
23、门和输水门的启闭运行，实现船舶过闸过程的自动程序控制。（2）上闸首人字门启闭机同步运行，按给定的Vt变速特性曲线运行，变速运行方式由液压泵站在电气PLC控制下实现，Vt变速特性曲线控制参数可在现地调整或修改。（3）人字门全关状态按关门时序共设置三个特征位置：同步等待位、关终位和合拢位。在关终位前设同步等待位，同步等待位误差不大于10mm。当满足同步等待“误差值”且人字门导轮能顺利进入“导卡”后，启闭机运行至“关终位”停机，“关终位”两扇人字门斜接柱间隙不大于15mm。然后人字门在充泄水过程中形成的水头差作用下合拢。同步等待位、“关终位”和“合拢位”将在工地现场进行最终的调试和整定。现地站设置紧
24、急操作按钮，实现紧急停机，同时也可通过集控远方操作实现紧急停机。现地站设置紧急关“输水门”操作按钮，实现紧急关“输水门”，同时也可通过集控远方操作实现紧急关“输水门”。集控室操作台上设置紧急停机蘑菇头按钮SB0和紧急关输水门蘑菇头按钮SB1，通过硬接线方式将指令信号分别送到上闸首右岸控制单元，集控室紧急停机按钮SB0和紧急关输水门按钮SB1一对无源接点信号13-14送入上闸首右岸控制单元PLC作为信号检测，另一对无源接点信号23-24作为上闸首右岸控制单元继电器线圈得电控制信号，继电器常开接点6-10与上闸首左岸紧急停机按钮SB0和紧急关输水门按钮SB1：23-24信号（由上闸首左岸送过来）及
25、上闸首右岸紧急停机按钮SB0和紧急关输水门按钮SB1：23-24信号汇总作为上闸首右岸控制单元继电器线圈得电控制信号，继电器的无源接点即成为汇总了集控室、上闸首左、右岸紧急停机指令的指令信号，可作为上闸首右岸现地控制单元的指令信号，同时送入上闸首左岸作为紧急停机和紧急关输水门指令使用。上闸首右岸控制单元继电器作为集控室紧急停机按钮SB0和紧急关输水门按钮SB1信号的扩展继电器，将另一对无源接点7-11送入下闸首右岸现地控制单元，继电器常开接点7-11与下闸首左岸紧急停机按钮SB0和紧急关输水门按钮SB1：23-24信号（由下闸首左岸送过来）及下闸首右岸紧急停机按钮SB0和紧急关“输水门”按钮S
26、B1：23-24信号汇总作为下闸首右岸控制单元继电器线包得电控制信号，继电器的无源接点即成为汇总了集控室、下闸首左、右岸紧急停机指令的指令信号，可作为下闸首右岸现地控制单元的指令信号，同时送入下闸首左岸作为紧急停机指令使用。集控室紧急停机和紧急关输水门按钮SB1按钮指令对四个现地控制单元均起到控制作用，左、右岸现地紧急停机按钮和紧急关输水门按钮SB1仅对本闸首左、右岸现地控制单元起到控制作用。紧急关输水门按钮不受紧急停机指令影响，系统优先级别最高。船闸闸室充泄水在出现较大的超灌超泄或遇到短时较大荷载时，即在闸室出现反向水头直至0.4m，或下闸首出现反向水头直至0.6m时，上下闸首的人字门和输水
27、门启闭机以持住方式操纵闸门作开门退让运行，避免启闭机和闸门承受过大的反向荷载。系统通过控制充、泄水保护阀实现此功能。各现地控制站与集控站、现地控制站与现地控制站之间均可通过系统网络实现数据共享。根据过闸控制程序，发出船舶进出闸室的通航信号，人字门的开/关运行启动前发出语音预告信号。5）接口关系（1）数据采集及解析土谷塘航电枢纽船闸电气控制系统实时采集以下数据或信号，并能自动解析、判断和上送。a. 上游人字门开度数据、开终位、同步位、关终位和合拢位置信号；b. “输水门”开度数据、开终位、关终位位置信号；c. 人字门、输水门、交通指挥灯之间的“闭锁信号”；d. 上、下闸首的上、下游侧“水位信息”
28、。(在船闸上、下闸首的上、下游右岸及闸室内上、下游右岸各设有1套水位计，共4套)；e. 液压泵站液压系统压力（P）、温度（T）、液位等工作状态；电机运行状态（电流和短路保护、过负荷保护等）；f. 集控系统下达的控制指令和通航指挥信号等g. 传感器信号：l 水位计信号：对上、下游水位及闸室上、下游侧水位进行实时检测；l 闸门开度信号：通过闸门开度检测传感器对左右人字门和左右输水门 的开度及其偏差值进行监控；l 行程开关信号：所有人字门和输水门油缸均配置开到位、关到位双备份接近开关。h. 上下游报警信号l 上、下闸首人字门开/关超时信号；l 上、下闸首输水门开/关超时信号；l 油泵故障报警信号；l
29、 油压过高、油压过低报警信号；l 滤油器堵塞报警信号；l 油位过高、过低报警信号；l 油温过高、过低报警信号等i. 控制输出信号：土谷塘航电枢纽船闸电气控制系统输出的控制信号主要有：l 上、下闸首油泵电机启动控制；l 人字门启门阀、人字门闭门阀、输水门启门阀、输水门闭门阀、输水门强压闭门阀、比例放大器、交通指挥灯、广播系统喇叭等控制；l 液压泵站油箱加热器的控制；l 闸门全开、闸门全关、闸门运行等状态信号输出；l PLC故障、音响报警、电机故障、油箱系统故障、闸门开度采集传感器故障等信号的输出等。（2）用户接口设计用户通过集控系统上位机、广播系统和盘柜上的人机界面、按钮和开关设备实现对船闸的监
30、视和操作。通过交互式的图形界面，用户与船闸控制流程之间建立连接，使实时图形界面显示出反映现场情况的动态的画面及操作流程。上位机和显示界面主要由切换菜单、主画面和信息显示区等区域组成。（3）网络接口土谷塘航电枢纽船闸现地控制系统与集控系统通过工业以太环网实现通讯。6）控制程序设计（1）编程环境土谷塘航电枢纽船闸现地控制系统PLC编程选用step7 V5.5作为编程环境。（2）程序架构设计土谷塘航电枢纽船闸现地控制系统PLC程序采用模块化设计，程序由一个主程序段和多个子程序段组成。主程序段循环运行，过程中调用各子程序段。各子程序段中各项功能单元编制标准模块来实现。（3）控制流程船闸运行的集中控制包
31、含下列2个方面内容：上、下闸首人字门和输水门开门的单项程序控制；船只上行（或下行）进出闸全过程程序控制；交通信号灯控制。船舶上行或下行进出闸的全过程控制程序：船舶上行（程序）： 起始状态为闸室水位与下游水位齐平、下闸首人字门全开，下闸首“输水门”、上闸首人字门、上输水门关闭，进出闸信号亮红灯。其程序流程（详见图纸）； 船舶下行（程序）：船只下行程序: 起始状态为闸室水位与上游水位齐平，上闸首人字门全开，上输水阀门、下闸首人字门、下输水阀门关闭，进出闸信号亮红灯。其程序流程（详见图纸）。交通信号灯控制：交通信号分进闸和出闸信号，每一处信号灯由红、绿二色透镜灯组成。“红色灯”表示禁止通行信号，“绿
32、色灯”表示允许通行信号。二色信号灯应分别单独使用。上行进闸信号：设于下闸首下游侧左边人字门旁，面向下游。上行出闸信号：设于上闸首上游侧左边人字门旁，面向下游。下行进闸信号：设于上闸首上游侧右边人字门旁，面向上游。下行出闸信号：设于下闸首下游侧右边人字门旁，面向上游。现地控制方式能对每处信号灯实现单项控制，信号灯的工作状态在操作员站屏幕上有直观显示。集控室单步运行状态能对每处信号灯实现单项控制，信号灯的工作状态应在操作员站界面上有直观显示。在集控中心自动运行状态能对锁定装置和中心信号灯、边界信号灯实现单项控制，交通信号灯的红绿显示随流程的进行实行控制，每个信号灯的工作状态应在操作员站界面上有直观
33、显示。7）船闸控制程序功能要求船闸控制系统具有以下主要功能：（1）“集控”、“现地自动”、“手动”和“切除”四种工况的选择与互锁。（2）油泵控制功能自动或集控工作方式时，油泵受控于PLC，可以根据人字门、输水门的启/闭工况和油管压力情况自动启停，还可实现2台电机的自动切换。手动控制方式时，通过控制柜上油泵各自的“启动”、“停止”按钮实现油泵操作控制。（3）上、下闸首人字门自动控制功能a.上、下闸首人字门“开门”控制功能；PLC接受到人字门开门命令后（现地操作或远方命令），自动启动上、下闸首左右泵站，打开“系统阀和开门阀”，按人字门开门V-T曲线到全开位置时，自动关闭电磁阀，停止泵站电机。b.上
34、、下闸首人字门“闭门”控制功能PLC接受到上、下闸首“人门关闭”命令后（现地操作或远方命令），自动启动泵站，打开“系统阀和闭门阀”， 按人字门关门V-T曲线到合拢位置时，自动关闭电磁阀，停止泵站电机。c. 人字门同步控制功能控制系统设置有电气同步纠偏功能。PLC自动检测人字门左右油缸的行程，根据油缸不同步误差的大小和极性，经PLC进行运算后输出模拟量信号控制比例电磁阀，使相应油缸运行速度改变，实现油缸的同步控制。d. 人字门关门“等待位” 等待同步控制功能。控制系统设置人字门关门“等待位” 等待功能。当左右侧人字门在关门过程中，最先到达“等待位”的一扇人字门将会停止关门，当另一扇人字门到达等待
35、位时，两扇门再同时关闭直至到达合拢位。（4）上、下闸首的输水门自动控制功能a.上、下闸首的输水门“启门”控制功能；在人机或上位机上预先设置输水门全开目标值，PLC接受到输水门启门命令后（现地操作或远方命令），自动启动上、下闸首左右泵站，打开“系统阀和启门阀”， 启门到全开位置时，迅速下落到“动水关门位”以防止超灌超泄，到位后自动关闭电磁阀，停止泵站电机。b.上、下闸首的输水门“闭门”控制功能PLC接受到输水关闭命令后（现地操作或远方命令），自动启动泵站，打开“系统阀和闭门阀”， 闭门到位后，自动关闭电磁阀，停止泵站电机。（5） 船闸运行状态监控主要的状态信息和报警信息由上位机和控制柜人机界面面
36、板显示：包括：控制电源工作状态、油泵电机工作状态、人字门、输水门开度及全开、全关位状态等指示；PLC故障报警、系统压力报警、滤油器报警、油箱液位、油温报警、电动机回路故障报警、系统压力、油箱温度、上下游及闸室水位等。（6） 紧急停机控制功能开启或关闭过程中，在紧急情况下，通过现地“紧急停机”蘑菇头按钮和上位“紧急停止”按钮，可控制电磁阀、电机停止，将闸门停止在任意开度位置，确保设备及人员安全。（7） 紧急关“输水门”控制功能在紧急情况下，通过现地“紧急关输水门”蘑菇头按钮和上位“紧急关输水门”按钮，停止其余闸门的运行，控制输水门故障落门电磁阀、油泵电机，将输水门下落至“管关”位置。（8）输水门
37、“检修”功能控制系统能够通过上位机及人机界面“输水门检修”按钮实现单侧输水门出现故障时保证系统正常运行（9） 自诊断功能控制系统可诊断出CPU、I/O模块、接口和块故障，也对主要电源进行监视；一旦发生故障，自动闭锁控制出口，进行现地报警，并将故障信息上送集中控制系统。（10） 保护信号的处理在各种工况下对检测到的系统压力过高、系统压力过低、“有杆腔压力”过高、“有杆腔压力”过低、“无杆腔压力”过高、“无杆腔压力”过低、滤油器堵塞、油温过高、油温过低、油位过低及油位过高等信号做出正确的判断，并采取保护及报警处理。油泵电机的保护功能由空开和热继电器来实现，具有短路、过载等保护功能。同时设有故障信号
38、显示功能，并能通过PLC将故障信息传递给集中控制系统。11）参数整定控制系统能够通过上位机及人机界面实现例如上下游及闸室水位、输水门开门开度等需要在现场标定的参数的修正，实现在工地现场不通过编程器即可完成控制系统的修正工作。12）人性化提示功能通过人机界面实现操作人员与控制系统的友好交互，控制系统根据采集到的信息作出正确判断，给操作人员正确提示。13）广播功能上位机按钮与广播系统的链接使船闸系统在运行闸门前实现语音播报，同时，集控中心工作人员也可以通过麦克风由人工播报通知。8）故障分类及保护流程船闸控制系统根据严重程度将故障分为三个级别：一类故障、二类故障和三类故障。其中，一类故障最为严重，必
39、须马上紧急停机；二类故障可以按照工艺流程顺序停机；三类故障可以坚持运行完本次“启闭门流程”后再做维护处理。一类故障 紧急停机：电机、启门阀、闭门阀全部同时关闭；同时声光报警。二类故障正常停机：控制系统按照工艺流程控制闸门及启闭机系统顺序停机；同时声光报警。三类故障只声光报警，不停机。故障内容、判定方法及故障类如下表所示。表1 船闸故障分类表序号信号内容故障判定类别备注1UPS故障UPS电源异常（无电源输出）；2直流开关电源故障单电源故障；双电源故障；3油泵故障单电机电源空开未合闸或跳闸；过流保护控制器动作； 启动超时故障；双电机电源空开未合闸或跳闸；过流保护控制器动作；启动超时故障；4系统阀故
40、障开启超时故障；5启、闭电磁阀故障开启超时故障；6系统超压系统压力传感器开关量信号输入；系统压力传感器模拟量信号输入判定； 7系统失压系统压力传感器开关量信号输入；系统压力传感器模拟量信号输入判定； 8有杆腔超压有杆腔压力传感器开关量信号输入；有杆腔压力传感器模拟量信号输入判定9有杆腔失压有杆腔压力传感器开关量信号输入；有杆腔压力传感器模拟量信号输入判定； 10无杆腔超压无杆腔压力传感器开关量信号输入；无杆腔压力传感器模拟量信号输入判定； 11无杆腔失压无杆腔压力传感器开关量信号输入；无杆腔压力传感器模拟量信号输入判定；12系统油温过高油温传感器开关量信号输入；油温传感器模拟量信号输入判定；
41、13系统油温过低油温传感器开关量信号输入；油温传感器模拟量信号输入判定； 14系统油位过高油位传感器开关量信号输入；油位传感器模拟量信号输入判定； 15系统油位过低油位传感器开关量信号输入；油位传感器模拟量信号输入判定； 16系统油水分离器报警油水传感器开关量信号输入； 17系统滤油器堵塞系统滤油器开关量信号输入； 18上闸首人字门开启超时系统软件判断接收人字门传感器模拟量开到位信号超时； 19上闸首人字门关闭超时系统判断接收人字门合拢位信号超时； 20上下闸首单侧输水门开启超时系统软件判断接收输水门传感器模拟量开到位信号超时； 21上下闸首单侧输水门关闭超时系统软件判断接收输水门传感器模拟量
42、关到位信号超时； 22下闸首人字门开启超时系统软件判断接收人字门传感器模拟量开到位信号超时； 23下闸首人字门关闭超时系统软件判断接收人字门传感器模拟量关到位信号超时； 24网络故障系统软件判断对方脉冲信号丢失；25闸门行程传感器断线行程传感器信号输入超界； 26上下游水位传感器断线水位传感器信号输入超界； 27其他根据故障等级进行分类和处理9）人机界面程序设计（1）主界面设计土谷塘航电枢纽船闸现地控制系统人机界面初步规划设有以下十余幅主要画面：屏保画面、登录画面、监控主画面、报警信息查询画面、操作记录查询画面、I/O信号检查画面、参数修正画面、帮助画面、售后联系画面及切换菜单等。屏保画面：系
43、统长时间没有操作时切换至该画面，初步考虑选用公司宣传方面内容。登录画面：用户登录为主要功能，画面包含系统名称及登录说明等信息。监控主画面：至少包括闸门实际开度、交通灯信息、油缸位移、油泵状态、电磁阀状态、泵站油温、液位报警等信息。报警信息查询画面：当系统发生故障时，可以通过报警记录画面监视报警信息，包括报警内容、报警时间及确认状态等。操作记录查询画面：可以查询闸门开启、关闭等操作的时间、信息及操作人员等。I/0信号检查画面：列出所有采集的DI、AI信号，以方便检修、调试工作。参数修正画面：可以对输水门预设全开开度进行修正及检修操作等，但需要工程师专用密码登陆。帮助画面：对船闸控制系统的操作给予
44、帮助。售后联系画面：包含公司名称、地址、电话、传真和公司网址。用户可以方便联系承包单位（后期运营维护）。切换菜单：可以方便的实现各画面之间的切换，并具有隐藏和显示功能。零点整定人机界面的零点整定功能，可以实现不通过编程器完成现场闸门开度值零点等数值的整定，减少现场工作内容。用户管理土谷塘航电枢纽船闸现地控制系统用户划分为三个级别：维护人员、操作人员和浏览用户。其中，维护人员具有最高权限，可以进行运行操作和控制系统参数整定；操作人员具有运行操作权限，不能对控制系统参数进行整定；浏览用户只能通过人机界面了解系统相关状态和信息，不能进行运行操作和控制系统参数整定。其它按照水力发电厂计算机监控系统设计
45、规范（DLT 5065-2009）中关于人机界面的相关规定，报警信息具有最高显示权限，可以覆盖当前画面。设备状态颜色按照水电行业相关规范严格执行。5.1.3系统设备的技术要求5.1.3.1设备指标1）PLC系统配置现地控制系统以PLC为核心设备，PLC的选型确保各现地控制单元与集中控制系统之间信息交换可靠快捷、控制系统运行稳定可靠。综合考虑合同文件要求，结合系统的网络性能、CPU运算速度及存储容量、CPU时钟频率、CPU控制功能、主要模块的性能指标，确定选用德国西门子公司S7 400热备系列PLC做为核心控制器。1）上闸首右岸现地控制单元I/O点统计表2 开关量输入点统计表项 目检测元件DI点数备注系统压力压力继电器8滤油器堵塞滤油器检测开关1泵站液位信号液位开关2泵站油温信号温度开关4闸门位置位置检测开关4控制方式转换旋柄开关3互投装置工作状态辅助触点2空开工作状态及故障报警辅助触点6电机工作状态辅助触点3电机故障状态热继电器3加热器状态接触器1闸门操作旋柄开关4故