一种适用于连续多级船闸的集控双控操作装置及方法与流程

本发明属于水运交通技术领域，涉及一种船闸的集中监控装置及其控制方法，尤其是适用于连续多级船闸的集控双控装置及其操作方法。

背景技术：

船闸的集中监控系统设备的作用是按照多级过闸工艺流程和全部人字闸门、输水阀门间的闭锁保护条件，对现地控制站发布控制命令，完成连续多级船闸的运行过程。船舶过闸过程控制大体上是船舶航行、船舶调度指挥、船闸设备运行（含设备操作）、船闸输水（含充水和泄水）等动作的不断重复。船闸运行员根据收集到的船舶航行过程信息，通过调度指挥过程对其进行干预，同时通过操纵船闸控制系统转换船闸设施状态和干预船闸输水过程，最终达到船舶过闸航行过程符合交通组织的预期目标。船闸作为克服航道上集中水位落差的通航建筑物，促进了沿线地区航运发展，也为加快地方经济社会发展提供了重要保障，特别是在引导运输向低碳模式发展、引导产业向临江合理布局、为经济发展提供运输保障、促进库区就业和社会稳定以及保障国家安全等方面作用十分明显。

目前，大多数船闸均实现了船闸“集中远程控制”的半自动化控制，这种控制方式具有控制对象分散、控制线路长、控制安全性要求高、数字量处理要求多、模拟量处理要求相对较少、以逻辑顺序控制为主等特点。在引入计算机控制系统以来，大部分船闸的自动控制系统均采用集散式控制结构，船闸自动控制多采用分层分布式结构。但是对于采用上述方法进行连续多级船闸的运行控制存在以下几个方面的缺陷：（1）船闸运行员根据收集到的船舶航行过程信息，通过调度指挥过程对其进行干预，同时通过操纵船闸控制系统转换船闸设施状态和干预船闸输水过程，最终达到船舶过闸航行过程符合交通组织的预期目标，这一过程依赖于人员技能水平、精力、经验、情绪等因素影响，存在一定的波动性；（2）由于人员的不确定性或失误可能对船闸运行过程控制带来安全风险，由于单人的操作问题，操作时机不及时或不可控（失误），给船舶以及船闸设备设施带来安全风险，可能会对后续的船闸运行产生一定的安全隐患。

专利cn104123855a和207775857u分别公开了一种船舶过闸的安全导航辅助系统和多级船闸检修自动充排水控制系统，但是其适用场合以及所解决的技术问题是提供船舶过闸驾引辅助和导航，实现多级船闸检修时充排水的自动化控制，主要为保障船闸安全条件下提高通航速度，加快船闸自动化进程，在解决其痛点问题上具有一定的效果。但对于船闸领域的一般专业技术人员而言，采用的技术方案和所要解决的船闸运行操作安全风险的问题具有本质的区别，相比较而言，本发明建立了更加完整的涉及连续多级船闸集中控制、监测、反馈和监视的船闸操控系统，极大提高了多级船闸操控的安全性和稳定性。

因此，基于上述分析，需要通过技术手段对船闸运行员操作行为进行管控，防范化解风险，从而保证连续多级船闸的安全稳定运行。

技术实现要素：

本发明的目的是为了降低船闸运行员在根据收集到的船舶航行过程信息，通过调度指挥过程对其进行干预，同时通过操纵船闸控制系统转换船闸设施状态和干预船闸输水过程，最终达到船舶过闸航行过程符合交通组织的预期目标这一过程时，操作上的波动性、不确定性，降低船闸运行过程控制中的安全风险，而提供的一种适用于连续多级船闸的集控双控操作装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种适用于连续多级船闸的集控双控操作装置，它包括集中监控系统、至少一个现地控制子站，集中监控系统包括集中控制单元、操作员站，操作员站、现地控制子站均接入集中控制单元的数据口，还包括现地控制系统，现地控制系统可接收集中监控系统的信号并根据该信号控制人字闸门的动作。

上述集中控制单元包括第一控制按钮以及第二控制按钮，所述第一控制按钮固定设置于集控双控操作旋钮盒上，所述第二控制按钮包括各闸首“关闸”旋钮和“指令确认”按钮，设置于集控操作台面板上，第一控制按钮、第二控制按钮均进行同一动作可使集中控制单元控制现地控制系统以控制人字闸门的动作。

在对集中控制单元进行操作时，排挡员通知操作员可以使人字闸门执行动作后，排挡员操作第一控制按钮，操作员在确认闸室中和/或人字闸门附近船舶状态后再操作第二控制按钮以实现对人字闸门的控制。

还包括通航信号及广播指挥系统，通航信号及广播指挥系统可指挥船舶安全行驶和船舶过闸调度，集中监控系统和通航信号及广播指挥系统相互配合，实现对连续多级船闸各现地闸首控制子站进行船闸设备设施运行控制。

还包括工业电视监视系统，工业电视监视系统可监视船舶过闸情况及所有监视点的各种设备运转状态，为操作人员提供正确发送命令的图像依据，对历史图像进行完整的保存与再现，为设备故障或事故分析和处理提供准确、可靠的依据，协助操作人员进行间接目视判断，监视系统工作状态，从而保证集控系统的工作正常进行。

在船舶进入闸室的过程中，它包括以下步骤：

步骤1对集中监控系统进行启动前的检查并调试系统；

步骤2通过多人采用多重确认的方式对人字闸门进行关闭操作；

步骤3系统开启相应闸首阀门执行开阀联动运行，所述联动运行包括对船闸设备进行输水、动水关阀、水平开门、输水阀门关终；

步骤4连续多级船闸相隔闸首需要关闭人字闸门的操作过程重复步骤3，直至整个多级船闸的正常操作和运行；

在步骤1中包括以下步骤：

步骤1）集控系统投入前检视设备供电正常，集中监控系统运行正常并已进入主运行画面，通航信号及广播指挥系统、工业电视监视系统和现地控制子站工作正常；

步骤2）检视各闸首人字门、阀门闭锁关系满足要求，各闸室水位未超过最低、最高通航水位；

步骤3）分别开启集中监控系统中的各个设备，并选择合适的监控模式；

步骤4）集控系统运行前检查系统各控制站网络通讯正常、系统无影响运行故障，各闸首设备状态满足集控运行需要，各闸室水位满足船舶过闸的需要；

步骤5）集中半自动操作方式下，检查各现地子站全部置于“集控”状态；集中手动操作方式下，检查所要控制的现地子站置于“现地”状态，并且集控系统同一时间点只能出现一种操作状态，使得集控与现地闭锁；

步骤6）将控制方式调整转换至“集中半自动”或“集中手动”位置；

步骤7）操作操作台面使相应的操作员取的控制权限；

步骤8）将集控操作台面板上转换开关旋转至“集控单元”，集中控制单元获得控制权限。

步骤9）启动系统后，操作面板自动进入登录画面，正确登录后进行参数设置，参数主要包括运行级数、补水方式、补水厚度、防撞警戒装置投切、水位计投切、输水阀门投切。

在步骤2中，集中控制单元逐级连续操作在操作台面及双控操作旋钮盒上进行，在集中控制单元半自动逐级连续过闸操作方式下，排档员通知操作员可以关闭某闸首人字闸门后，旋转操作双控操作旋钮盒上该闸首的“关闸”旋钮不释放，操作员在确认闸室船舶正确靠泊完毕且人字闸门前无船舶移动情况时，同时旋转操作台面上同一闸首的“关闸”旋钮，再按下“指令确认”按钮，该闸首完成人字闸门“关闸”联动运行，“红色”信号灯亮，“绿色”信号灯灭。

在步骤3中，在人字闸门关终后，系统自动开启相应闸首阀门执行开阀联动运行，即满足开阀条件时，自动开启相应闸首输水阀门进行输水，两闸首两侧水位差达到指定高度时动水关阀，水平后自动开门，人字闸门开终后再将相应的输水阀门关终。

本发明有如下有益效果：

1、通过采用分体式的集控双控操作装置进行同一“关闸”指令双重确认，从而避免了单人操作同一装置，完成同一指令操作的不确定性风险和失误风险，很大程度上降低了多级船闸设备设施以及船舶的安全风险。

2、通过采用在两个相隔距离远的工作台面上分别设置关门旋钮，保证了人员在船闸控制运行过程中受到约束，不可能一人独自操作完成“关闸”指令，构成人员闭锁，保证了集控运行的安全性和可靠性，有效的防止了人为因素对船闸运行带来的潜在危险。

3、通过在连续多级船闸相邻闸首现地控制系统闸、阀门之间设置闭锁保护条件，使得相邻闸首不可能同时开闸或开阀，并且同一闸首“关人字闸门立即转开阀”的操作原则能防止人字闸门长时间在水平状态下处于关终位，因风浪等原因导致关终或合拢信号丢失，中断运行流程。并且在空间上，连续多级船闸运行过程的分级特性，各间隔闸室内水位变化呈现为“同步升降”趋势，相邻闸室水深呈现为深浅交错的状态，不会出现相邻闸室同时带载运行，且带载闸室间隔分布，闸室内保证了足够的应急移泊空间，保障运行安全。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明连续多级船闸集控双控操作系统原理图；

图2是本发明集控操作台结构示意图；

图3是本发明集中控制单元及其外围模块的结构框图；

图4是本发明的整体控制框图；

图5是本发明实施例的集控双控操作装置界面示意图。

具体实施方式

一种适用于连续多级船闸的集控双控操作装置，它包括集中监控系统1、至少一个现地控制子站2，集中监控系统1包括集中控制单元3、操作员站4，操作员站4、现地控制子站2均接入集中控制单元3的数据口，还包括现地控制系统，现地控制系统可接收集中监控系统1的信号并根据该信号控制人字闸门的动作。

集中控制单元3包括第一控制按钮以及第二控制按钮，所述第一控制按钮固定设置于所述集控双控操作旋钮盒上，所述第二控制按钮包括各闸首“关闸”旋钮和“指令确认”按钮，设置于集控操作台面板上，第一控制按钮、第二控制按钮均进行同一动作可使集中控制单元3控制现地控制系统以控制人字闸门的动作。

在对集中控制单元3进行操作时，排挡员通知操作员可以使人字闸门执行动作后，排挡员操作第一控制按钮，操作员在确认闸室中和/或人字闸门附近船舶状态后再操作第二控制按钮以实现对人字闸门的控制。

还包括通航信号及广播指挥系统2，通航信号及广播指挥系统5可指挥船舶安全行驶和船舶过闸调度，集中监控系统1和通航信号及广播指挥系统5相互配合，实现对连续多级船闸各现地闸首控制子站进行船闸设备设施运行控制。

还包括工业电视监控系统6，工业电视监控系统6可监视船舶过闸情况及所有监视点的各种设备运转状态，为操作人员提供正确发送命令的图像依据，对历史图像进行完整的保存与再现，为设备故障或事故分析和处理提供准确、可靠的依据，协助操作人员进行间接目视判断，监视系统工作状态，从而保证集控系统的工作正常进行。

更具体的，为了便于实施，现提供如下实施例：

如图1-2所示，一种适用于连续多级船闸的集控双控操作装置，它包括采用基于可编程逻辑控制器（plc）的分布式控制系统，包含计算机集中监控系统、通航信号及广播指挥系统、工业电视监视系统等组成。

优选的，所述集中监控系统由集中控制单元、操作员站、管理培训站7、数据及通讯服务器8、备用工作站、网络设备和其它外围设备组成；集中监控系统主要功能是严格按照多级过闸工艺流程和全线人字闸门、输水阀门间的闭锁保护条件，对现地控制站发布控制命令，完成多级船闸的运行过程。集中监控系统实时采集各现地控制站设备运行工况并作出相应处理，同时根据通航调度系统需求，将各子站设备信息和船闸运行工况、故障检修和操作等信息传送给通航调度系统，与调度系统进行信息交换。

优选的，所述通航信号设备由通航指挥信号灯及灯柱、中心灯、边界灯和船舶停靠信号等组成；广播指挥设备由广播多媒体站、扩音设备、扬声器等组成。通航信号及广播指挥系统的主要功能是指挥船舶安全行驶和船舶过闸调度。

优选的，所述工业电视监视系统6由电视多媒体柜、电视多媒体服务器、电视多媒体工作站、dlp大屏系统、硬盘录像机、传输设备及前端设备组成，主要功能是监视船舶过闸情况及所有监视点的各种设备运转状态。为操作人员提供正确发送“转步控制信号”命令的图像依据，对历史图像进行完整的保存与再现，为设备故障或事故分析和处理提供准确、可靠的依据。协助操作人员进行间接目视判断，监视系统工作状态，从而保证集中集控系统的工作正常进行。

进一步的，船闸自动控制系统由几个现地控制子站（lcu）和一个集中监控系统（ccu)组成。现地控制子站布置在多级船闸各个闸首的启闭机房内，集中监控系统布置在集中控制楼内，各站之间通过工业网络通讯。多级船闸的自动控制系统一般每个闸首都设置一套plc，各套plc之间通过工业网络通讯。各现地控制子站均采用plc远程扩展i/o的形式配置，现地控制系统6严格按照相邻现地控制站人字闸门、输水阀门之间的闭锁保护控制条件对本站现地机一电一液设备进行控制与保护。系统电源供电，集中监控系统和通航信号及广播指挥系统相互配合，实现对连续多级船闸各现地闸首控制子站进行船闸设备设施运行控制。

优选的，所述集中监控系统固定设置有数据转发站调度站、工业电视站、操作员站、集中控制单元、操作员站、大屏控制站、广播站、管理培训站和备用工作站；集中控制单元控制方式包含集中全自动、集中半自动、集中手动三种。因不同级数船闸上下游水位及相关条件选择和转换不同级数运行控制方式。

进一步的，所述现地控制系统相邻闸首闸阀门之间闭锁保护条件即执行某一闸首“关闸”指令前系统自动判断相邻闸首人字闸门、输水阀门状态、锁锭装置状态、防撞警戒装置状态、通航信号灯状态等；监视该闸首门区无船，所述闭锁保护条件构成船闸集控安全操作的内置程序。

一种适用于连续多级船闸的集控双控操作方法，在船舶进入闸室的过程中，它包括以下步骤：

步骤1对集中监控系统进行启动前的检查并调试系统；

步骤2通过多人采用多重确认的方式对人字闸门进行关闭操作；

步骤3系统开启相应闸首阀门执行开阀联动运行，所述联动运行包括对船闸设备进行输水、动水关阀、水平开门、输水阀门关终；

步骤4连续多级船闸相隔闸首需要关闭人字闸门的操作过程重复步骤3，直至整个多级船闸的正常操作和运行；

在步骤1中包括以下步骤：

步骤1）集控系统投入前检视设备供电正常，集中监控系统运行正常并已进入主运行画面，通航信号及广播指挥系统、工业电视监视系统和现地控制子站工作正常；

步骤2）检视各闸首人字门、阀门闭锁关系满足要求，各闸室水位未超过最低、最高通航水位；

步骤3）分别开启集中监控系统中的各个设备，并选择合适的监控模式；

步骤4）集控系统运行前检查系统各控制站网络通讯正常、系统无影响运行故障，各闸首设备状态满足集控运行需要，各闸室水位满足船舶过闸的需要；

步骤5）集中半自动操作方式下，检查各现地子站全部置于“集控”状态；集中手动操作方式下，检查所要控制的现地子站置于“现地”状态，并且集控系统同一时间点只能出现一种操作状态，使得集控与现地闭锁；

步骤6）将控制方式调整转换至“集中半自动”或“集中手动”位置；

步骤7）操作操作台面使相应的操作员取的控制权限；

步骤8）将集控操作台面板上转换开关旋转至“集控单元”，集中控制单元获得控制权限。

步骤9）启动系统后，操作面板自动进入登录画面，正确登录后进行参数设置，参数主要包括运行级数、补水方式、补水厚度、防撞警戒装置投切、水位计投切、输水阀门投切。

在步骤2中，集中控制单元3逐级连续操作在操作台面及双控操作旋钮盒上进行，在集中控制单元3半自动逐级连续过闸操作方式下，排档员通知操作员可以关闭人字闸门后，旋转操作双控操作旋钮盒上某闸首的“关闸”旋钮不释放，操作员在确认闸室船舶正确靠泊完毕且人字闸门前无船舶移动情况时，同时旋转操作台面上同一闸首的“关闸”旋钮，再按下“指令确认”按钮，该闸首完成人字闸门“关闸”联动运行，“红色”信号灯亮，“绿色”信号灯灭。

在步骤3中，在人字闸门关终后，系统自动开启相应闸首输水阀门执行开阀联动运行，即满足开阀条件时，自动开启相应闸首输水阀门进行输水，两闸首两侧水位差达到指定高度时自动动水关阀，水平后自动开门，人字闸门开终后再将相应的输水阀门关终。

更具体的，为了便于实施，现提供如下实施例：

根据附图3-5，详细的描述采用连续多级船闸的集控双控装置操作方法，它包括以下步骤：

a、集控系统投入前检视设备供电正常，集中监控系统运行正常并已进入主运行画面，通航信号及广播指挥系统、工业电视监视系统和现地控制子站工作正常。

b、检视各闸首人字门、阀门闭锁关系满足要求，各闸室水位未超过最低、最高通航水位。

c、分别开启两台操作员站、两台图形操作面板、广播多媒体站、管理培训站、dlp大屏控制计算机、数据通信服务器、多媒体服务器、两台工业电视工作站、调度系统终端、调度系统数据转发工作站，并运行相关应用软件。开启相关设备选择合适的监控模式。

d、集控系统运行前检查系统各控制站网络通讯正常、系统无影响运行故障，各闸首设备状态满足集控运行需要，各闸室水位满足船舶过闸的需要。

e、集中半自动操作方式下，应检查各现地子站全部置于“集控”状态；集中手动操作方式下，应检查所要控制的现地子站置于“现地”状态。并且集控系统同一时间点只能出现一种操作状态，使得集控与现地闭锁。

f、将控制方式调整转换至“集中半自动”或“集中手动”位置。

g、将操作台面板上转换开关旋转至“操作员站”，点击操作员站或操作员站显示屏上的“主站”按钮，相应操作员站取得控制权限。

h、将集控操作台面板上转换开关旋转至“集控单元”，集中控制单元获得控制权限。

i、启动系统后，操作面板自动进入登录画面，正确登录后进行参数设置。参数主要包括运行级数、补水方式、补水厚度、防撞警戒装置投切、水位计投切、输水阀门投切等。

j、参数在确认无误后，点击“设置确认”生效。直接点击“返回”按键可取消更改操作。

k、集中控制单元逐级连续操作在操作台面及双控操作旋钮盒上进行，在集中控制单元8半自动逐级连续过闸操作方式下，排档员通知操作员可以关闭人字闸门后，旋转操作双控操作旋钮盒上某闸首的“关闸”旋钮不释放，操作员在确认闸室船舶正确靠泊完毕且人字闸门前无船舶移动情况时，同时旋转操作台面上同一闸首的“关闸”旋钮，再按下“指令确认”按钮，该闸首完成人字闸门“关闸”联动运行，“红色”信号灯亮，“绿色”信号灯灭，广播自动播“关闸”提示。操作员应通过工业电视监视关人字门情况。应通过图形操作面板或操作员站4监视人字门开度、电流、油压等参数。

l、在人字门关终后，系统自动开启相应闸首输水阀门执行开阀联动运行。即满足开阀条件时，自动开启相应闸首输水阀门进行输水。两闸首两侧水位差达到指定高度时（该高度可调整）时动水关阀，水平后自动开门。人字闸门开终后再将相应的输水阀门关终。广播根据现地闸、阀门的动作情况自动播报提示语言。操作员应通过工业电视监视闸室船舶上下、开人字门情况。应通过图形操作面板或操作员站监视人字门、阀门开度、电流、油压等参数。

m、在“集中半自动逐级连续”运行方式下，连续多级船闸相隔闸首需要关闭人字闸门的操作过程重复步骤l，直至整个多级船闸的正常操作和运行。

进一步的，在步骤m前，排挡员下达指令前，必须与闸室尾船语音通话确认其靠泊系缆完毕，并且通过工业电视监视系统6的图像监控画面确认该闸室所有船舶均靠泊于禁停线以内，方可向负责设备操作的集控操作员下达关门指令；操作员接到关门指令后，必须开口复诵排挡员的指令内容，得到排挡员确认无误后，再通过工业电视监视系统6的监控大屏复核排挡员指挥操作的闸室船舶靠泊情况，确认安全后方可执行关门操作；排挡员在操作员操作期间，必须通过操作员站复核执行关闭动作的人字门与其发出的指令相符，方可确认本次操作监护有效，增加了集控操作的安全性。

进一步的，在步骤m前，在排档员和操作员工位台面前均设置有旋钮，只有当两个旋钮同时操作并且保持一定的时间（3s），相应闸首的“关门”指令方可执行，通过串联的两个旋钮将单人控制的操作转化为双人同步操作确认，控制一个“关门”指令，防止单人误操作造成船闸设备设施和船舶的安全风险，增加了集控运行操作的安全性。