摘要：船闸，是“通航建筑物”的一种。在天然河流中，由于调节流量、渠化通航以及在运河上因地形条件及水面坡度的限制，必须具有阶梯形的纵断面形成集中水面落差。所以必须借助专门的通航建筑物使船舶直接通过落差。现代通航建筑物应用最多的是船闸。本文对船闸电力与控制系统设计应用进行分析，以供参考。
关键词：船闸电力；控制系统；设计应用
1概况
京杭运河微山一线船闸为二级航道，设计最大船舶吨级为2000吨级。船闸规模为23×234×5（m）（口门宽×闸室长×门槛水深），上、下游主导航墙各长128.6m，上、下游靠船段各长340m，上、下游停泊锚地靠泊长度为1000m。上闸首按一级水工建筑物设计；下闸首、闸室按二级水工建筑物设计；导航墙、靠船墩、停泊锚地靠船墩均按三级水工建筑物设计，临时工程按四级水工建筑物设计。按公路二级改建过坝公路桥一座，从上游导航墙跨越，公路桥中心线距离上闸首上游面13.5m，与船闸中心线交角85.298°，桥梁全长157米，宽12.5米。
微山一线船闸的运行，可为二级坝水运枢纽货物通过能力增加5000万吨/年，缓解微山二线船闸的通航压力，改善二级坝在济宁水路运输中的瓶颈问题，缩短船舶待闸时间，降低船舶运营成本，提高水运企业效率，为济宁“港产城”一体化发展提供通道保障。
2电力系统设计
2.1用电负荷
10kv电源由接近开关连接到室外安装的变压器，电源线连接到0.4kv低压配电装置。柴油发电机在变压器断电或断电时供电。确保闸道、工作阀、控制、通信系统和生产照明的主要负荷是二级负荷，视闸道等级、运输和船舶电力线的重要性而定，其他电力负荷包括三级负荷。
2.2变电所的设置
根据电气负荷和负荷计算结果，分别建立了S11-100/10变压器，由用户和IOKV开关概述。低压配电装置分为四种低压配电装置。电源开关装置从在封闭机房内设置燃油箱开始，打开机柜的设备和照明，从低压配电室的开关柜到机柜中的动力装置，然后通过电源箱将电流分配给各个电源开关电机。此外，80kw柴油发电厂作为备用电源运行在低压配电侧柴油发电厂内部，以确保闸道不间断供电。
3功能结构优化设计
3.1冗余结构
对于计算机监控系统，通常上下闸首各配置一套主PLC和远程IO子站，动力柜同自控柜分开组柜，相互可以独立使用。此结构原考虑在自动系统有问题或一侧有问题时，船闸系统可以继续使用，但从以往类似项目实际运行过程中发现，随着自控电子设备的发展，可靠性增强，另现场液压设备自动程度依赖性高，但系统不能正常自动运行时，一般都会优先排除故障再使用，最多会用一下纯手动操作，一般半自动很少使用。因此设计使用一个主冗余PLC并带四个分远程冗余总线IO站，以达到集中自动控制，并在网络和主PLC上提高安全可靠性，并将动力柜同远程IO站合并，提供应急手动控制模式。
3.2数字IP广播
一般船闸应用模拟广播系统，主要在上、下闸首室内、室外布设广播喇叭，联接到语音功放上，操作人员通过话筒进行喊话播放；此种方式简单，但使用时容易对周边百姓产生影响，不能灵活使用，一播上下都能听到；设计使用数字IP广播，可以同上位机组态软件系统进行联动，当进行闸门操作前，自动播放语音提示；并通过数字分区，当进行上游操作时，只有上游广播播放，可以对每个喇叭进行独立控制。
4智能化集中控制在“智慧船闸”建设中的应用
运行集中控制，船闸集中运行需要有效集成以下几个方面：船闸自动控制、调度广播、照明系统，在结合传感器等内容让船闸设备实现智能化和自动化。在船闸自控系统里面能够看到交通信号灯、电机电压电流、水位等状态信息。以船闸正常运行为例，输水闸门在自动开启完成之后，系统会根据水位传感器感知到闸门两侧水文的差值，之后在和系统预设的数值进行对比，只有两侧的水位差值和时间都满足条件之后才能在进行以下步骤，船闸自动运行之后不仅能够保证运行的安全，还能减少一定的等待时间，提高运行的效能。在闸门启闭过程中，根据提前设定好的时间就可以自动向船上船员提示相应信息，减少工作人员的工作量，这样工作人员就可以有更多时间进行安全监管。在船闸建设时把照明系统纳入到PLC控制中，在使用的时候就可以结合光传感器自动实现照明灯具开关，在节能减排的基础上改变传统开关形式。加入管控一体化系统就可以让调度人员及时了解船舶的信息，真正的做到实时监管。
5船闸液压启闭机同步控制系统硬件设计
作为闸门总控制的重要组成部分，要想实现闸门同步控制，应以可编程逻辑控制器作为闸门的控制主机。可编程逻辑控制器多用于工业大型设备控制，能够适应高温、低温、高湿度、强电磁干扰等复杂环境，且集成度高，可靠性更强，另外可编程逻辑控制器具有较强的逻辑控制功能，能够通过计算闸门开度、油缸行程等数据，对闸门启闭进行逻辑控制，可以说其自成一个硬件，无须过多的设计，可编程逻辑控制器内部包括主机、存储模块、输入模块、输出模块即可。硬件设计越简单越不易出现故障，更具有实用性，也利于后期的系统维护与检修。
6船闸液压启闭机同步控制系统软件设计
6.1船闸液压启闭机闸门控制
本文系统中的船闸液压启闭机闸门控制功能主要是为泄水时船闸上升、停止在预设位置以及船闸下降等阶段提供正常运行保障。首先对泄水时船闸的闸门进行控制，将系统初始化设置，并对系统中的各个液压元件及继电器的信号等进行初始化设置。待完成初始化设置后，根据实际运行情况选择不同船闸控制模式，即远程控制、手动控制和现地控制等。在启动控制之前，首先对船闸的启闭数值进行设定，保证启动船闸的预设开度值远远大于船闸的实际开度数值，在闭合船闸时的预设开度值远远小于船闸的实际开度数值，在船闸开始启动之前系统还需要保证系统硬件结构中的液压泵及液压电动机处于正常的运行状态。
6.2船闸同步纠偏控制
本文系统中的船闸同步纠偏控制功能主要是保证启闭机在运行过程中船闸两侧的同步，即运行过程中的船闸闸门开度偏差始终保持在系统设定的规定误差范围内。本文系统的船闸同步纠偏控制主要包括采集船闸闸门两侧开度信号，并将开度信号送入到可编程逻辑控制器中。开度的计算主要是根据闸门左右两端累积十次运行得到的开度平均值，由本文上述闸门开度转换计算得出。当计算结果小于最小纠偏值时，系统中的比例纠偏阀不反应，若计算结果大于最小纠偏值，系统中的比例纠偏阀开始进行纠偏操作。
7船闸网络安全需求及隐患
随着互联网技术的发展，现在船闸单位主要业务都要涉及互联网以及内部网络。随着智慧交通体系的建设，智慧船闸也已成为当下发展的主流趋势，因此构建健全的网络安全体系以满足智慧船闸对网络安全的需求是重中之重。
结束语
本文对船闸应用的分析和优化主要针对某流域液压船闸，对系统结构、控制流程和辅助运行的优化都基于其实际需求和现场情况而定；根据不同类型的船闸，使用的设备不同，船闸闸阀形式的不同，甚至需考虑使用操作人员技术能力和使用习惯等综合情况进行设计优化，而不能仅仅是照搬新技术、新应用，反而起不到好的效果，达不到设计优化的目的。
参考文献
[1]王志成.西津二线船闸工程砂石加工系统设计[J].红水河,2019,38(06):21-24.
[2]季强,李真健.北江流域船闸管理新模式探索[J].珠江水运,2018(24):32-33.
[3]廉顺,郑航.工器具模块化在船闸检修中的应用[J].设备管理与维修,2018(23):37-39.
[4]姜静.中低水头船闸引航道及输水系统水力特性研究[D].长江科学院,2017.
[5]孙凯明.船闸液压启闭系统的状态监测及仿真研究[D].海事大学,2017.