那一年，“數字”船閘比真實船閘還要忙
信物名稱：
三峽船閘工控系統中的可編程邏輯控制器（PLC）
信物年代：
2022年
信物印跡：
以科技創新守護三峽船閘本質安全
本網訊（王璐 平麗娜）三峽工程是長江航運的重要樞紐。長江作為一條巨大的交通動脈，其通暢與否，直接關系到沿江地區的經濟發展和社會安定。三峽工程早在設計之初，就對航運方面作了充分而科學的論證。三峽雙線五級船閘、三峽升船機，是三峽樞紐工程的重要組成部分。作為世界上連續級數最多、總水頭和級間輸水水頭最高、技術最復雜的內河船閘，三峽雙線五級船閘是長江大動脈上的“要津”。
三峽雙線五級船閘是全球最繁忙、技術最復雜的內河船閘。以2023年為例，當年三峽船閘運行11066閘次，通過量1.69億噸，創歷史紀錄。
船閘水頭差113米，閘室、水位、閥門緊密耦合。船隊過閘單程需操作500多道指令，涉及海量數據代碼。
船閘控制系統的核心組件是可編程邏輯控制器（PLC）。
▲三峽船閘控制系統的可編程邏輯控制器（PLC）部分組件 （三峽工程博物館供圖）
啥是PLC？簡單來說，它通過預先編寫程序，給機器“定規矩”，讓其自動運行。例如，智能家居可基于PLC實現“如果天黑且有人經過，就開燈”。
“航運‘要津’事關國計民生，一定要掌握在自己手中。”三峽集團所屬流域管理中心樞紐管理部副主任專業師朱華偉說。
為何要做自主可控改造？我們從兩扇門、一池水說起。
三峽船閘“人字閘門”，單扇門高38.5米、寬20.2米，左右門葉的錯位必須控制在幾個毫米內，否則水力沖擊極易引發設備故障。
研發團隊將20年數據經驗量化成算法，每個閘首由300多個測點增加到700多個，通過自動跟蹤動作、動態修正誤差，“指揮”兩扇閘門精準同步，將以前近10毫米的誤差，縮小至2—5毫米。
“以前數據一旦異常，只能靠人拿著筆記本電腦聯機逐點排查。改造后，控制系統實現自診斷，將故障定位時間從4小時縮短至15分鐘。”朱華偉介紹。
船過閘門，水面平穩。
這背后，單級閘室最大工作水頭45.2米，水位升降時，水面波動強烈，需等到水位平齊后，方能開啟閘門。
水位何時能平齊？
傳統測量誤差一度為10厘米。“水位測量不準，影響開門時長。對此，我們對波動特性進行分析，優化濾波算法，將誤差降至5厘米以內。”朱華偉說。
控制系統，復雜精細。改造之初，困難重重。
500多道控制流程需緊密銜接，操作頻率以秒級計。廠商沒有成熟方案可循，怎么辦？
“三峽特色是和世界級難度‘過招’。”朱華偉說。這一次，朱華偉牽頭的研發團隊想法超前：再造一個“三峽船閘”。
2022年末，經過一年的研發調試，國內首個船閘自主可控仿真平臺——三峽船閘工業控制系統自主可控仿真測試平臺應運而生，該平臺具有完全自主知識產權。
打開電腦、輕點鼠標，一座數字仿真船閘映入眼簾。小到充水特性，大到五級閘室聯動策略，一切都可以在線上“預演”。
2023年，三峽船閘貨運量再創歷史新高。“這一年，數字仿真船閘比真實船閘還要忙！”
在仿真平臺上，團隊模擬了諸多極端工況：兩倍于常規運行的強度、傳感器失靈……一邊測，一邊改，鍛造可靠系統。
以冗余熱備為例，該項功能是船閘安全的“基石”。簡單來說，如主控制系統宕機，備用系統可迅速補位。聽起來簡單，但這背后涉及海量數據和管理權限切換，哪些數據移交、哪些流程不變、哪個環節需人為確認？
團隊“死磕”一道道細節，最終實現兩套系統快速交接、無擾過渡。
整整一年，充分的“預演”讓船閘工控系統現場安裝調試打下“有準備之仗”。
2003年，三峽船閘首次運行前，安裝調試歷經9個月。
這一次，是45天。
“工控系統改造的研發團隊核心成員有20多名，跨越計算機、自動控制、水動力學等多學科。我們團隊里既有參與過當年船閘建設的‘老三峽’，也有剛畢業的博士。”朱華偉說。
在他看來，自己蹚出的路，才是最好的路。
憑著不循舊例、只求解法的決心，研發團隊從底層代碼、一線調研、單個廠家開始，一段段接起我國船閘工控系統供應鏈，實現船閘工控系統從“人有我用”走向“人有我優”。
“這是一個很垂直的行業，研發生態和場景底子薄，我們只有自力更生、共同成長，才能將創新之路走寬走長。”朱華偉說，“只有做到本質安全，我們才敢說把大國重器牢牢掌握在自己手里。”
在三峽工程博物館，記者有幸見到PLC部分組件。
那是幾十厘米見方的黑色立方體，樸實平常，過目即忘。可它見證了三峽人以千分位、萬分位為精度，攜手產業伙伴，求索航運安全與效率的創新征程。
編輯：李雷 任賢 盧西奧