CN116466647A - 一种适用于髙水头大型船闸现地安全应急设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于髙水头大型船闸现地安全应急设备及方法，通过现有船闸现地控制系统实现船闸正常控制流程基础上，通过设置一套独立的、专用的单独现地安全应急子站设备系统，实现对船闸运行保护功能中，紧急停机和紧急关阀的功能条件；能够独立检测和干预所在机房的启闭机动作，并能通过组网方式形成系统，根据输入的不同工艺保护策略，实现对高水头船闸工艺故障失效后的保护。减少船闸运行过程中存在的工艺安全隐患，降低维修人员的工作强度，降低设备安全风险，提高船闸运行的安全保障。

Description

一种适用于髙水头大型船闸现地安全应急设备及方法

技术领域

本发明属于船闸安全运行技术领域，具体涉及一种适用于髙水头大型船闸现地安全应急设备及方法。

背景技术

根据相关数据统计，船闸控制系统采用“硬件冗余，软件容错”、“集中管理、分散控制”、“适当的控制功能与管理功能分配”设计思想，利用计算机技术、网络技术、控制技术，将“控制”与“管理”相结合，构建分层分布式监控系统;该系统分为集中控管中心控制层和现地PLC设备控制层;但随着航运通货量的不断增加，设备动机频率和故障率的增多，现地控制层存在缺少船闸工艺失效后的典型风险的一种判断和干预方法；现有技术的大部分船闸现地控制层，由动力控制设备、各类现场传感器、开关设备、通航信号设备和PLC远程设备构成，但在传感器异常或其他原因造成船闸运行过程中关键安全工艺信号误判时，控制系统存在不能可靠实现自动应急保护的功能，特别是高水头船闸输水过程中关键工艺安全的应急保护对操作人员的依赖程度高，造成操作人员工作压力大。

因此，除正常的船闸工业控制保护功能外，需要设计一种适用于髙水头大型船闸现地安全应急设备及方法来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于髙水头大型船闸现地安全应急设备及方法，本发明旨在现有船闸现地控制系统实现船闸正常控制流程基础上，通过设置一套独立的、专用的单独现地安全应急子站设备系统，实现对船闸运行保护功能中，紧急停机和紧急关阀的功能条件；能够独立检测和干预所在机房的启闭机动作，并能通过组网方式形成系统，根据输入的不同工艺保护策略，实现对高水头船闸工艺故障失效后的保护。减少船闸运行过程中存在的工艺安全隐患，降低维修人员的工作强度，降低设备安全风险，提高船闸运行的安全保障。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种适用于髙水头大型船闸现地安全应急设备，包括多个设备子站，设备子站包括工艺安全监控信息处理基础模块和现地数据备份模块，工艺安全监控信息处理基础模块和现地数据备份模块之间通过单向网闸通信连接；工艺安全监控信息处理基础模块通过接口模块与船闸拖动系统电性连接；船闸拖动系统与系统PLC电性连接，系统PLC通过接口模块与现地数据备份模块电性连接，系统PLC与人机交互模块电性连接。

优选地，工艺安全监控信息处理基础模块通过接口模块与相邻设备子站的工艺安全监控信息处理基础模块电性连接。

进一步地，工艺安全监控信息处理基础模块的功能如下：通过多、单级船闸工艺安全保护策略，结合检测的信号，实现多风险同时发生时干预自动优先级判断和输出。并能够对外传递自定义的信息；处理单元为单片机来对各项船闸运行数据进行分析、逻辑判断，满足电气设备的电磁防护要求，数据采集周期<500ms，响应时间<500ms，多个模块之间能够传递闭锁信息。

优选地，多个设备子站的现地数据备份模块之间均通过接口模块电性连接。

进一步地，现地数据备份模块以只读方式采集所在启闭机房PLC数据，自成系统，能够独立设备外运行也可组网；和工艺安全监控信息处理基础模块以单向网闸隔离；单独存储装置采用固态硬盘，快速读取和保存数据，可以实时查询各项船闸正常和异常数据，实时数据能够储存至少一年的数据，超过时间自动覆盖。

优选地，接口模块外部为集成电源、IO信号的航空接头以及信号传输所需要的TCP/IP接口和BNC接口；内部信号采用电路模式，通过TCP/IP或同轴电缆连接向工艺安全监控信息处理基础模块推送不同的工作模式。

进一步地，接口模块及其外接硬件满足电气设备的电磁防护要求，具有良好的散热性，总电源为独立唯一接口防护等级IP64及以上，具有BNC接口，具有满足防护等级的外接功能，优选航空接头。

优选地，人机交互模块包括投切旋钮、电源指示灯以及显示界面。

进一步地，人机交互模块具有投切功能及电源、动作、输入输出显示功能；外置转换开关和按钮，硬线接入船闸动力柜中的主回路；按钮和转换开关为重载型，其额定值为：最高设计电压：AC500V和DC250V；最大持续电流：10A（AC和DC）；最大开断感应电流：AC220V，3A和DC220V，1.1A；最大关合感应电流：AC220V，30A和DC220V，15A。

优选地，一种适用于髙水头大型船闸现地安全应急设备的方法包括以下步骤：

S1，在船闸运行时，多个设备子站组成的现地安全应急子站设备系统，通过系统PLC采取接收船闸运行过程中的门体位置、门头合拢、水平传感器、船闸上/下游以及闸室水位计的运行数据；

S2，设备子站中的工艺安全监控信息处理基础模块对步骤S1中获取的船闸各项运行数据进行分析，然后进行信号数据处理和一致性对比并按工艺流程计算船闸正确响应工况；

S3，对步骤S2中的数据信息，采用预设的逻辑判断法筛选出疑似故障信息；

S4，通过设备子站中的数据备份模块，根据S3中的疑似故障信息对应的工艺流程特征数据，按照预设的逻辑判定步骤判定相关运行数据故障等级；

S5，根据步骤S4得到故障信息位置和故障程度等级，在控制系统动作响应不在本系统允许工况时，控制船闸运行控制系统紧急停机或紧急关阀并进行报警输出。

优选地，步骤S3中，筛选出疑似故障信息的预设逻辑判断法步骤如下：

S301，将步骤S2获得各项运行数据曲线化，得到数据曲线图；

S302，设定门体位置、门头合拢、水平传感器、船闸上/下游HE 闸室水位计运行数据的正常数据，使用对比法，将原有记录的正常运行数据曲线与S301中的数据曲线相对比；利用的是S301中的数据曲线减去原有记录的正常运行数据曲线后取绝对值。得到数据后拟合，查看该组数据的均值及方差

S303，对步骤S302中获得数据的均值及方差，若该值大于设定范围内正常值，即认为该区域有故障，判断为故障信息，进行信号数据处理和一致性对比并按工艺流程计算船闸正确响应工况，在控制系统动作响应不在本系统允许工况时，控制船闸运行控制系统紧急关阀或紧急停机并进行报警输出，反之则判断正常，将判断为正常的设备数据继续投入下一步船闸设备运行。

优选地，步骤S5中，控制船闸运行控制系统紧急停机或紧急关阀的过程如下：

S501，适用于阀门紧急关阀，工艺安全应急保护系统接收船闸阀门开关终信号和船闸阀门开度仪信号，进行信号数据处理和一致性对比并按工艺流程计算船闸正确响应工况，在控制系统动作响应不在本系统允许工况时，控制船闸运行控制系统紧急关阀并进行报警输出；

S502，适用于闸门紧急停机，工艺安全应急保护系统接收船闸闸门开关终信号和船闸闸门开度仪信号，进行信号数据处理和一致性对比并按工艺流程计算船闸正确响应工况，在控制系统动作响应不在本系统允许工况时，控制船闸运行控制系统紧急停机并进行报警输出。

本发明提供的基于角度标定和斜率校核的GCB分合闸时间在线测量方法的有益效果如下：

1、本发明实现了船闸运行控制系统和船闸故障安全控制设备的双重保护；

2、本发明根据船闸工艺安全应急保护要求，定制故障安全控制保护策略，实现预警、报警、保护等不同等级的干预措施；通过设置一套独立的、专用的单独现地安全应急子站设备系统，实现对船闸运行保护功能中，紧急停机和紧急关阀的功能条件。能够独立检测和干预所在机房的启闭机动作，并能通过组网方式形成系统，根据输入的不同工艺保护策略，实现对高水头船闸工艺故障失效后的保护。减少船闸运行过程中存在的工艺安全隐患，降低维修人员的工作强度，降低设备安全风险，提高船闸运行的安全保障。

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为本发明的系统网络结构示意图；

图2为本发明的实体结构示意图；

图3为本发明的流程示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图1~图2中，一种适用于髙水头大型船闸现地安全应急设备，包括多个设备子站，设备子站包括工艺安全监控信息处理基础模块和现地数据备份模块，工艺安全监控信息处理基础模块和现地数据备份模块之间通过单向网闸通信连接；工艺安全监控信息处理基础模块通过接口模块与船闸拖动系统电性连接；船闸拖动系统与系统PLC电性连接，系统PLC通过接口模块与现地数据备份模块电性连接，系统PLC与人机交互模块电性连接。

优选地，工艺安全监控信息处理基础模块通过接口模块与相邻设备子站的工艺安全监控信息处理基础模块电性连接。

进一步地，工艺安全监控信息处理基础模块的功能如下：通过多、单级船闸工艺安全保护策略，结合检测的信号，实现多风险同时发生时干预自动优先级判断和输出。并能够对外传递自定义的信息；处理单元为单片机来对各项船闸运行数据进行分析、逻辑判断，满足电气设备的电磁防护要求，数据采集周期<500ms，响应时间<500ms，多个模块之间能够传递闭锁信息。

优选地，多个设备子站的现地数据备份模块之间均通过接口模块电性连接。

进一步地，现地数据备份模块以只读方式采集所在启闭机房PLC数据，自成系统，能够独立设备外运行也可组网；和工艺安全监控信息处理基础模块以单向网闸隔离；单独存储装置采用固态硬盘，快速读取和保存数据，可以实时查询各项船闸正常和异常数据，实时数据能够储存至少一年的数据，超过时间自动覆盖。

优选地，接口模块外部为集成电源、IO信号的航空接头以及信号传输所需要的TCP/IP接口和BNC接口；内部信号采用电路模式，通过TCP/IP或同轴电缆连接向工艺安全监控信息处理基础模块推送不同的工作模式。

进一步地，接口模块及其外接硬件满足电气设备的电磁防护要求，具有良好的散热性，总电源为独立唯一接口防护等级IP64及以上，具有BNC接口，具有满足防护等级的外接功能，优选航空接头。

优选地，人机交互模块包括投切旋钮、电源指示灯以及显示界面。

进一步地，人机交互模块具有投切功能及电源、动作、输入输出显示功能；外置转换开关和按钮，硬线接入船闸动力柜中的主回路；按钮和转换开关为重载型，其额定值为：最高设计电压：AC500V和DC250V；最大持续电流：10A（AC和DC）；最大开断感应电流：AC220V，3A和DC220V，1.1A；最大关合感应电流：AC220V，30A和DC220V，15A。

实施例2：

如图3所示，一种适用于髙水头大型船闸现地安全应急设备的方法，包括以下步骤：

S1，在船闸运行时，多个设备子站组成的现地安全应急子站设备系统，通过系统PLC采取接收船闸运行过程中的门体位置、门头合拢、水平传感器、船闸上/下游以及闸室水位计的运行数据；

S2，设备子站中的工艺安全监控信息处理基础模块对步骤S1中获取的船闸各项运行数据进行分析，然后进行信号数据处理和一致性对比并按工艺流程计算船闸正确响应工况；

S3，对步骤S2中的数据信息，采用预设的逻辑判断法筛选出疑似故障信息；

S4，通过设备子站中的数据备份模块，根据S3中的疑似故障信息对应的工艺流程特征数据，按照预设的逻辑判定步骤判定相关运行数据故障等级；

S5，根据步骤S4得到故障信息位置和故障程度等级，在控制系统动作响应不在本系统允许工况时，控制船闸运行控制系统紧急停机或紧急关阀并进行报警输出。

优选地，步骤S3中，筛选出疑似故障信息的预设逻辑判断法步骤如下：

S301，将步骤S2获得各项运行数据曲线化，得到数据曲线图；

S302，设定门体位置、门头合拢、水平传感器、船闸上/下游HE 闸室水位计运行数据的正常数据，使用对比法，将原有记录的正常运行数据曲线与S301中的数据曲线相对比；利用的是S301中的数据曲线减去原有记录的正常运行数据曲线后取绝对值。得到数据后拟合，查看该组数据的均值及方差

S303，对步骤S302中获得数据的均值及方差，若该值大于设定范围内正常值，即认为该区域有故障，判断为故障信息，进行信号数据处理和一致性对比并按工艺流程计算船闸正确响应工况，在控制系统动作响应不在本系统允许工况时，控制船闸运行控制系统紧急关阀或紧急停机并进行报警输出，反之则判断正常，将判断为正常的设备数据继续投入下一步船闸设备运行。

优选地，步骤S5中，控制船闸运行控制系统紧急停机或紧急关阀的过程如下：

S501，适用于阀门紧急关阀，工艺安全应急保护系统接收船闸阀门开关终信号和船闸阀门开度仪信号，进行信号数据处理和一致性对比并按工艺流程计算船闸正确响应工况，在控制系统动作响应不在本系统允许工况时，控制船闸运行控制系统紧急关阀并进行报警输出；

S502，适用于闸门紧急停机，工艺安全应急保护系统接收船闸闸门开关终信号和船闸闸门开度仪信号，进行信号数据处理和一致性对比并按工艺流程计算船闸正确响应工况，在控制系统动作响应不在本系统允许工况时，控制船闸运行控制系统紧急停机并进行报警输出。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于髙水头大型船闸现地安全应急设备，其特征在于，包括多个设备子站，设备子站包括工艺安全监控信息处理基础模块和现地数据备份模块，工艺安全监控信息处理基础模块和现地数据备份模块之间通过单向网闸通信连接；工艺安全监控信息处理基础模块通过接口模块与船闸拖动系统电性连接；船闸拖动系统与系统PLC电性连接，系统PLC通过接口模块与现地数据备份模块电性连接，系统PLC与人机交互模块电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于髙水头大型船闸现地安全应急设备，其特征在于：所述工艺安全监控信息处理基础模块通过接口模块与相邻设备子站的工艺安全监控信息处理基础模块电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种适用于髙水头大型船闸现地安全应急设备，其特征在于：所述多个设备子站的现地数据备份模块之间均通过接口模块电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种适用于髙水头大型船闸现地安全应急设备，其特征在于：所述接口模块外部为集成电源、IO信号的航空接头以及信号传输所需要的TCP/IP接口和BNC接口；内部信号采用电路模式，通过TCP/IP或同轴电缆连接向工艺安全监控信息处理基础模块推送不同的工作模式。

5.根据权利要求1所述的一种适用于髙水头大型船闸现地安全应急设备，其特征在于：所述人机交互模块包括投切旋钮、电源指示灯以及显示界面。

6.根据权利要求1~5任意一项所述的一种适用于髙水头大型船闸现地安全应急设备的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在船闸运行时，多个设备子站组成的现地安全应急子站设备系统，通过系统PLC采取接收船闸运行过程中的门体位置、门头合拢、水平传感器、船闸上/下游以及闸室水位计的运行数据；

S2，设备子站中的工艺安全监控信息处理基础模块对步骤S1中获取的船闸各项运行数据进行分析，然后进行信号数据处理和一致性对比并按工艺流程计算船闸正确响应工况；

S3，对步骤S2中的数据信息，采用预设的逻辑判断法筛选出疑似故障信息；

S4，通过设备子站中的数据备份模块，根据S3中的疑似故障信息对应的工艺流程特征数据，按照预设的逻辑判定步骤判定相关运行数据故障等级；

S5，根据步骤S4得到故障信息位置和故障程度等级，在控制系统动作响应不在本系统允许工况时，控制船闸运行控制系统紧急停机或紧急关阀并进行报警输出。

7.根据权利要求6所述的一种适用于髙水头大型船闸现地安全应急设备的方法，其特征在于：步骤S3中，筛选出疑似故障信息的预设逻辑判断法步骤如下：

S301，将步骤S2获得各项运行数据曲线化，得到数据曲线图；

S302，设定门体位置、门头合拢、水平传感器、船闸上/下游HE 闸室水位计运行数据的正常数据，使用对比法，将原有记录的正常运行数据曲线与S301中的数据曲线相对比；利用的是S301中的数据曲线减去原有记录的正常运行数据曲线后取绝对值；得到数据后拟合，查看该组数据的均值及方差；

S303，对步骤S302中获得数据的均值及方差，若该值大于设定范围内正常值，即认为该区域有故障，判断为故障信息，进行信号数据处理和一致性对比并按工艺流程计算船闸正确响应工况，在控制系统动作响应不在本系统允许工况时，控制船闸运行控制系统紧急关阀或紧急停机并进行报警输出，反之则判断正常，将判断为正常的设备数据继续投入下一步船闸设备运行。

8.根据权利要求6所述的一种适用于髙水头大型船闸现地安全应急设备的方法，其特征在于：步骤S5中，控制船闸运行控制系统紧急停机或紧急关阀的过程如下：

S501，适用于阀门紧急关阀，工艺安全应急保护系统接收船闸阀门开关终信号和船闸阀门开度仪信号，进行信号数据处理和一致性对比并按工艺流程计算船闸正确响应工况，在控制系统动作响应不在本系统允许工况时，控制船闸运行控制系统紧急关阀并进行报警输出；

S502，适用于闸门紧急停机，工艺安全应急保护系统接收船闸闸门开关终信号和船闸闸门开度仪信号，进行信号数据处理和一致性对比并按工艺流程计算船闸正确响应工况，在控制系统动作响应不在本系统允许工况时，控制船闸运行控制系统紧急停机并进行报警输出。