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摘要：作为水运体系的关键基础设施，船闸工程已逐步实现从传统人工操作向自动化、信息化的转型升级。然而，当前国内船闸智能化建设仍缺乏跨区域、多站点的统一远程集中控制系统；现有船闸控制系统与调度系统之间尚未建立完善的数据交互与协同机制。本文以某航道船闸项目为研究对象，深入探讨统一调度与集中控制模式在自动化船闸建设中的创新应用，以期为同类项目提供实践参考和经验借鉴。

关键词：统一调度；集中控制；自动化船闸；

国内船闸信息化、自动化历经多年的建设，已完成了单个船闸的自动化和信息化的建设。近年来，随着北斗导航、5G、大数据、人工智能等高新技术的快速发展，对于水运行业和大数据运营融合也会成为未来发展的必然趋势。目前，船闸控制系统与调度系统也尚未实现完善的数据交互与联动，系统网络架构与网络信息安全还不能满足国家或行业的相关标准规范要求。本文借鉴三峡五级船闸、五强溪三级船闸等本地多级船闸的建设经验，以某航道船闸为例探讨一套统一调度和集中控制系统实现多个不同地点船闸的远程集中控制的运用，实现集视频监控、闸阀门操作、设备设施监测、语音广播等于一体，船舶过闸由原来的经过调度、上游值班亭、下游值班亭三点控制，变为集中控制室全程操作，实现由“多人协同工作”模式向“少人集中操作”模式的突破。

1.需求和现状分析

某航道全长62.1公里，设有IV级船闸2座（A船闸和B船闸）。船闸所处地区受化工产业影响，空气污染严重，对工作人员身心健康造成潜在危害。两座船闸已建立远程控制项目，但各船闸仍各司其职，单独管理控制，尚未实现统一调度、集中控制功能。随着新码头的建成，航道、船闸的船舶通行量将大幅提升，船闸运行时间将从原先的无夜班同行需求，逐步调整为24小时运行。通过船闸远程统一调度和集中控制系统的设计，满足船闸智能化提升的需求，船闸运行方式运行方式也将由套闸运行调整为：常规情况套闸模式，动态实施通闸模式的运行方式。

2.统一调度和集中控制的设计

2.1.管理模式的设计

两座船闸系统现有控制方式采用集散控制模式，结合现地分散控制与集中控制，通过PLC实现自动化运行。系统在上下游闸首机房操作室均设有现地分散控制单元，用于闸门阀门的本地操作，以及设备调试和维护工作。为进一步提升系统灵活性，新增"远程集中操作"功能，构建了多级控制权限管理体系。集控管理模式职责设计如下。

计划在两座船闸（A和B）中分别建立了不同层级的控制中心。在船闸A设置远程集中控制中心，该中心作为系统的核心控制单元，负责两座船闸的集中控制管理。通过建立统一的远程集中控制系统平台，对现有上位机系统进行改造和集成，实现了船闸运行数据的统一采集、处理、存储和应用。该系统具备以下功能：实时监测各船闸设备运行状态；远程控制闸阀门、交通信号灯及照明等设备；完整记录系统运行全过程数据；在确保网络安全的前提下，实现与统一调度系统的单向数据通信，为调度决策提供基础数据支持。

在船闸B设置了船闸监控调度中心，负责船闸层级的集中控制。各闸首机房操作室配备现地分散控制系统，采用主站-远程站结构的PLC系统，实现对闸阀门等机械设备的现地控制。同时，在闸首机房电机控制柜设置了应急控制按钮，用于紧急情况和维修调试。

2.2.功能设计与应用

2.2.1.数据采集

本控制系统对AB船闸的运行及资源数据进行采集。

1）采集的数据有：现地控制设备采集的数据：船闸上、下游及闸室内水位数据、机房各电机的电压、运行状态，电流、各泵站运行的油温、油压、闸阀门开度、闸阀门开关到位状态、各电机控制柜开关按钮状态以及其他各类传感器状态。

2）船闸集中监控操作信息：上/下行运行换向选择信号；集中控制/集中监视方式选择信号；各闸首单/双边输水方式选择；进闸、关闸、开闸、关阀、开阀、停机、紧急停机、紧急关阀等命令按钮信号；监视画面切换操作信号；信息管理命令操作信号；投入、退出集控系统操作信号等。

与各现地控制站之间的冗余双网诊断及切换信号；与视频监视系统、广播控制系统之间的信息交换数据及以太网络诊断信号；数据及通信服务器与通航集中调度系统之间的信息交换和网络诊断信号。

2.2.2.数据汇聚

本控制系统对所采集到的AB船闸数据进行统一的汇聚，汇聚的数据内容有船闸运行数据、机电设备（闸阀门、泵站、电气控制系统）运行数据等。通过AB船闸汇聚数据，即可在船闸本地实现数据查询和存储功能，从而进一步实现数据汇聚和统计分析功能。

2.2.3.智能化调试

通过视频监控等多种自动化手段对在船舶及船闸环境的动态监测与控制，系统获取过闸船舶的实时动态位置信息以及船舶相关静态信息，并对船舶过闸情况进行实时监控，并将上述动态信息和视频在可视化平台上进行综合展示。

在船舶进出闸过程方面，基于可视化平台，在线模拟仿真船闸运行调度，优化过闸排船，提高过闸效率。

2.2.4.统一设备管理

操作人员可通过操作台配备的工作站对核心监控目标实施精确调控。系统集成船闸闸首现地控制单元，严格遵循机电设备间的联锁保护逻辑，实现船闸运行全过程的智能化自动控制，确保操作安全可靠。当控制流程出现异常时，能够自动启动安全退出程序，并实时推送故障原因分析报告，以便运维人员及时进行问题排查与处置。

2.2.5.运行分析系统

系统根据实时数据及历史数据生成各类业务报表。通过输入专用的图形和函数公式，以表、文件、饼图、直方图等方式展示闸门的开度、水位、状态等历史数据和实时信息。管理人员针对船闸运行建立分析指标，开展过闸船舶分析、船闸调度分析、设备设施运行分析，建立过闸时间等预测模型，为船闸调度等业务提供决策支持。

2.2.6.系统自诊断

集中控制系统功能包括两个船闸的数据采集与处理、数据记录与存储、报表、监视与报警、控制、系统自诊断等功能，实现两座船闸的集中监视、设备远程控制操作及异常情况的报警、历史数据查询与报表统计。

2.3.性能设计与应用

2.3.1.系统接口的设计与应用

系统采用网络通信技术，通过标准通讯接口实现下属船闸自动控制系统与中央集控平台的数据互联。集控平台可实时获取各船闸运行状态信息，包括闸门开闭位置、实时水位数据、控制指令执行进度等关键参数。同时，系统整合视频监控、语音广播、对讲通讯等辅助功能，实现对船舶过闸作业流程的智能化管控与协同调度，确保过闸作业安全有序进行。

2.3.2.系统可靠性的设计与应用

物联网设备的可靠性是确保船闸智能化集中控制系统有效运行的关键。为提升系统可靠性，本项目采用传感器在线监测与设备冗余相结合的技术方案。在水位监测方面，于上下游闸首外侧各安装两套水位计进行实时数据采集，系统后台自动进行数据比对。当同一位置的两组数据偏差超出预设阈值时，系统将自动调用相应位置的监控摄像头进行人工复核，以确定后续控制策略。其中，数据偏差阈值基于实地测量数据进行科学分析确定，确保水位监测的精确性。

针对闸室内外水位平衡监测，在上下游闸门处安装门头水平开关，实时监测内外压力状态，为判断水位平衡提供可靠依据。为应对突发情况，系统设置了多重应急机制：在现场和监控中心均配置急停按钮，采用带防护盒的自锁式设计，防止误操作。该急停按钮具有最高控制优先级，一旦触发将立即中止所有闸门动作。监控中心的急停按钮作为计算机或上位机故障时的硬件应急措施，确保在任何情况下都能实现快速停机。

在网络通信方面，采用物理隔离的双运营商双通道冗余传输方案，确保通信网络的可靠性和稳定性。这一系列措施共同构成了船闸智能化集中控制系统的多重保障机制，有效提升了系统的安全性和可靠性。

2.3.3.系统安全性的设计与应用

（1）视频系统补盲

为确保船闸运行安全，提升运营管理效率和调度管理水平，使管理人员能够全面、精准地掌握船闸实时运行状况，拟对现有视频监控系统进行优化升级。具体措施包括：对监控盲区进行补点覆盖，升级部分老旧监控设备，选用高性能摄像机，以提供更高清、更流畅的视频画面，为船闸安全运行和精细化管理提供可靠的视频监控保障。

（2）网络安全

船闸本地采用专用的工业以太环网架构，自动控制系统的数据通过闸首机房和船闸现地中心的环形网络，最终汇聚至船闸监控调度中心的千兆工业以太网交换机。为确保工控系统的网络安全，现有防护体系包含防火墙、日志审计系统和单向网闸等基础设备。虽然两座船闸已建立稳定的远程通信网络，但为进一步提升网络安全防护等级，拟对现有系统进行升级改造。具体方案如下：

在现有控制传输网络的基础上，新增工业卫士系统和工业网络审计与入侵检测系统，与原有网络安全设备形成协同防护体系。在工程师站、操作员站及服务器端部署工业卫士软件，采用"白名单"机制对主机进程和接口状态进行实时监控，严格限制未经授权的软件和程序运行。同时，部署旁路式工控网络安全审计与监测系统，对工控业务操作进行全程记录，实时识别系统中的非法接入设备、异常操作指令及潜在网络攻击行为，构建多层次、全方位的网络安全防护体系。

3.小结

该航道船闸通过实施统一调度和集中控制模式，创新构建了"远程集控、统一调度、智能监测"三位一体的现代化船闸运行管理体系。这一模式有力推动了船闸运营向"自主运行、少人值守"的智能化方向转型，提升船闸运营、运维的智能化水平与船闸服务水平，促进数据资源的整合与共享，积极响应了全国航运智慧船闸的发展趋势。

在实现多船闸集中控制调度后，调度人员可同步管理多个船闸的运行状态。系统通过智能算法实时分析各船闸的船舶进出闸动态，为调度人员提供精准的调度建议，显著提升了调度效率。相对于原先的单闸管理模式，在人员管理上进行了优化，将逐步实现船闸现场少人化及无人化管理，实现船闸现场管理减员增效。操作人员从原先的按四班三运转，到只保留运调中心操作人员，最终所需船闸运行人员减员60%左右。统一调度系统整合了闸门状态、信号灯指示、水位数据等实时信息，结合船舶调度数据，在集控平台上动态展示船闸运行全貌，为调度决策提供了全面的数据支撑。这一创新模式不仅优化了船闸运营管理流程，更为智慧航运发展提供了可复制的实践经验。

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