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三峽雙線五級(jí)船閘——人類歷史上的又一個(gè)奇跡
長江橫貫我國東、中、西部，是世界第三大河流，其干流有3000 多公里可以通航，占全國內(nèi)河通航里程的70％，貨運(yùn)量占全國河運(yùn)量的80％，向有"黃金水道"之譽(yù)。三峽工程全稱為長江三峽水利樞紐工程，工程分三期，總工期17 年。一期工程5 年(1993―1997 年)，除準(zhǔn)備工程外，主要進(jìn)行一期圍堰填筑，導(dǎo)流明渠開挖等；二期工程6 年(1997―2003 年)，主要任務(wù)是修筑二期圍堰，左岸大壩的電站設(shè)施建設(shè)及機(jī)組安裝等；三期工程6 年(2003―2009 年)，進(jìn)行右岸大壩和電站的施工，并繼續(xù)完成全部機(jī)組安裝。屆時(shí)，三峽水庫將是一座長達(dá)600 公里，最寬處達(dá)2000 米，面積達(dá)10000 平方公里，水面平靜的峽谷型水庫。
三峽工程是中國，也是世界上最大的水利樞紐工程，是治理和開發(fā)長江的關(guān)鍵性骨干工程，是座具有防洪、發(fā)電、航運(yùn)、養(yǎng)殖、旅游、保護(hù)生態(tài)、凈化環(huán)境、開發(fā)性移民、南水北調(diào)、供水灌溉等巨大綜合效益的宏偉工程。樞紐主要建筑物由大壩、水電站、通航建筑物三大部分組成,三峽工程完成后,每年約有４臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)。三峽每臺(tái)機(jī)組年平均發(fā)電32 億度，一臺(tái)機(jī)組就可以滿足一座百萬人口城市全部供電需求。未來６年，共有24 臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行發(fā)電。其中通航建筑物包括永久船閘和升船機(jī)，船閘系統(tǒng)是三峽項(xiàng)目中難度最大的系統(tǒng)。

西門子公司為三峽永久船閘系統(tǒng)提供安全、可靠和先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)，確保了船閘于2003 年6 月順利通航。
建設(shè)三峽工程雙線五級(jí)連續(xù)梯級(jí)船閘有一系列的重大技術(shù)難題，諸如泥沙淤積礙航問題、高水頭船閘水力學(xué)、高陡邊坡穩(wěn)定問題、超大型人字閘門和高水頭輸水閥門及其啟閉機(jī)械的制造及安裝問題、極為復(fù)雜的運(yùn)行工藝與極高的安全可靠性運(yùn)行要求等等，尤其是人字門的安全可靠控制系統(tǒng)及無擾動(dòng)故障切換問題。
基于上述眾多難題和高控制要求，三峽雙線五級(jí)連續(xù)船閘，在每線船閘兩側(cè)各布置1 條輸水廊道，各閘首閥門豎井內(nèi)設(shè)置反向弧形工作閥門；在每線船閘的每個(gè)閘首兩側(cè)各設(shè)1 個(gè)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)房，每個(gè)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)房設(shè)1 個(gè)液壓站，用于相應(yīng)的人字形閘門和輸水廊道工作閥門的啟閉操作。每線船閘各6 個(gè)閘首,每個(gè)閘首兩側(cè)各設(shè)一個(gè)套現(xiàn)地電氣控制站（簡(jiǎn)稱現(xiàn)地站）, 共12 套現(xiàn)地站。兩線共設(shè)24 套現(xiàn)地站，主要功能是控制操作本閘首的液壓泵站、人字形閘門、輸水工作閥門、防撞裝置和通航信號(hào)指揮等設(shè)備。
船閘控制系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的控制系統(tǒng), 在系統(tǒng)的安全性, 穩(wěn)定性和可靠性方面有特別高的要求,任何故障都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)航運(yùn)系統(tǒng)的中斷。尤其是現(xiàn)地控制站, 因?yàn)楝F(xiàn)地控制系統(tǒng)在永久船閘系統(tǒng)中的重要地位主要體現(xiàn)在：
1、在通訊網(wǎng)絡(luò)中斷的情況下，船閘的運(yùn)行必須靠現(xiàn)地來操作完成；
2、在現(xiàn)地與集控的控制權(quán)上，現(xiàn)地具有控制優(yōu)先權(quán)，這就保證了在緊急情況下現(xiàn)地處理故障的強(qiáng)制性；
3、從現(xiàn)地系統(tǒng)自身而言，其工作性能的好壞，將直接影響到船閘整個(gè)控制系統(tǒng)能否安全、可靠運(yùn)行，所以在整個(gè)永久船閘控制系統(tǒng)中它的地位意義是決定性的。同時(shí)，通過永船無水和有水調(diào)試運(yùn)行，PLC 的實(shí)用性在三峽永船中也得到了很好的驗(yàn)證。


針對(duì)這些特點(diǎn),西門子全集成自動(dòng)化解決方案極好地滿足了此控制系統(tǒng)的要求, 西門子PLC 作為三峽永久船閘現(xiàn)地系統(tǒng)的控制核心，它的最大的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，編程方便，控制器冗余,網(wǎng)絡(luò)冗余,I/O 冗余,可靠性高等。具體體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：
1、 現(xiàn)地控制系統(tǒng)采用西門子公司高級(jí)冗余控制器S7-417H 26 個(gè)，兩個(gè)互為熱備的13 對(duì)417 CPU 可分別安裝在閘首兩岸現(xiàn)地控制室及主控中心，現(xiàn)地控制站兩制器之間通過150m 長的光纖電纜連接，既實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)CPU 之間的數(shù)據(jù)和信息的快速同步，同時(shí)光纜能提供很高的抗干擾能力. 一旦主站CPU 發(fā)生故障，系統(tǒng)將自動(dòng)在0.1 秒內(nèi)無擾動(dòng)地切換到從站CPU，由從CPU 繼續(xù)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制，以確保系統(tǒng)在出現(xiàn)任何故障的情況下都不影響船閘的啟閉過程和正常通航。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：
2、現(xiàn)地控制站之間以及現(xiàn)地控制站與主控中心之間的通訊采用西門子100M 光纖雙環(huán)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的全冗余功能.通過在現(xiàn)地控制站S7-417H 的中央機(jī)架上分別安裝兩塊工業(yè)以太網(wǎng)卡CP443-1 和在主控中心的監(jiān)控服務(wù)器上也分別安裝兩塊工業(yè)
以太網(wǎng)卡CP1613，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)控制系統(tǒng)的高可靠性的冗余光纖雙環(huán)網(wǎng)。以確?，F(xiàn)地控制站之間及現(xiàn)地控制站與主控中心之間的通訊暢通,實(shí)現(xiàn)各站之間的連鎖互動(dòng),協(xié)調(diào)管理不住和船閘的安全通航。


3、現(xiàn)場(chǎng)控制器與現(xiàn)場(chǎng)I/O 之間以現(xiàn)場(chǎng)總線-Profibus 來實(shí)現(xiàn)冗余的通訊連接, 現(xiàn)場(chǎng)控制器與現(xiàn)場(chǎng)I/O 站ET200M 之間通過ET200M 機(jī)架上的雙IM153 模塊實(shí)現(xiàn)雙通道切換，除網(wǎng)絡(luò)冗余外,現(xiàn)場(chǎng)I/O 點(diǎn)的采集和控制也是冗余的,一旦某個(gè)I/O 點(diǎn)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)CPU 也會(huì)自動(dòng)切換到熱備的I/O 點(diǎn)上讀寫數(shù)據(jù)，以保證相關(guān)I/O 點(diǎn)和網(wǎng)卡及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的全冗余自動(dòng)切換，進(jìn)而保證對(duì)閘門的安全、穩(wěn)定控制。
4、高精度、高速定位功能是確保船閘安全運(yùn)行,準(zhǔn)確定位的關(guān)鍵,西門子公司的特殊功能模塊SM338 在此項(xiàng)目中的完美應(yīng)用體現(xiàn)了西門子自動(dòng)化產(chǎn)品的博大精深。SM338 模塊在此項(xiàng)目中用于快速精確定位，以確保閘門能安全到位，既不會(huì)因運(yùn)行距離過長而出現(xiàn)兩扇門相頂撞事故，也不會(huì)因不到位而使閘門關(guān)閉不嚴(yán)的事故。
5、WinCC 以其良好的穩(wěn)定性,有好的用戶界面,開放的數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議成為船閘控制系統(tǒng)的上位監(jiān)控軟件,實(shí)現(xiàn)了對(duì)船閘真正的遠(yuǎn)程快速監(jiān)控。


三峽大壩蓄水發(fā)電后，顯著改善了宜昌至重慶660 公里的長江航運(yùn)航道，航道,單向年通船能力由原來的約1000 萬噸提高到5000 萬噸，運(yùn)輸成本也降低了35-37%。永久船閘連通萬里長江、打通華夏大陸水上出海通道，使長江客貨運(yùn)能力提高了5 倍，萬噸級(jí)船隊(duì)可由上海經(jīng)永久船閘直抵重慶，客輪的運(yùn)輸能力相當(dāng)于20 條北京至廣州的鐵路干線。永久船閘也將成為世界上經(jīng)典的水上通航建筑物。
從三峽工程建設(shè)一開始， 西門子公司就致力為世界上這一巨大的水利水電項(xiàng)目作貢獻(xiàn)。至今，西門子公司已參與三峽工程中一些重要的子項(xiàng)目：如左岸發(fā)電站6 臺(tái)發(fā)電機(jī)和水輪機(jī)組勵(lì)磁調(diào)速裝置和50 萬伏主變壓器，其中自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)部與國內(nèi)系統(tǒng)集成商和設(shè)備制造商合作，參與了臨時(shí)船閘，“永久船閘、大壩和電站廠房二期工程”中的液壓?jiǎn)㈤]機(jī)現(xiàn)地控制站和部分門橋機(jī)以及左岸電站廠房、泄洪壩段和永久船閘低壓配電系統(tǒng)等項(xiàng)目在三峽雙線永久船閘的建設(shè)過程中，西門子公司提供了先進(jìn)、安全、可靠的技術(shù)和設(shè)備，特別是永久船閘系統(tǒng)自2003 年6 月運(yùn)行以來，一直運(yùn)行正常，從未發(fā)生過任何系統(tǒng)控制上的問題，保證了每天來往船只的正常通過，充分體現(xiàn)了西門子高級(jí)控制系統(tǒng)的高質(zhì)量、高可靠性和高穩(wěn)定性，為西門子可編程控制器今后在相關(guān)水利工程的應(yīng)用中奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，西門子公司將繼續(xù)為這一世界矚目的工程提供全面的技術(shù)支持，使工程在安全可靠無故障運(yùn)行的基礎(chǔ)上早日達(dá)到預(yù)期的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。