基于iP9000 船闸管控一体化的设计与实现

艾志华，李雪强，谈洋洋，邓小刚，张宏艳

（1.江西省信江船闸通航中心，江西 鹰潭 335000；2.北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038；3.江西省港航建设投资集团有限公司，江西 南昌 330000）

利用现代化的通信、自动控制、人工智能和数据库技术将现地感知、集中控制、船舶调度管理和信息系统有机的结合在一起，并可通过数据接口接收联合调度计划、并上传船闸生产系统的运行数据，形成智慧船闸调度、运维、管理和控制的管控一体化平台。iP9000 作为新一代智能对象国产化监控系统将原来分散的电调、水调监视、控制、预警和作业系统进行统一平台的整合，采用面向服务的软件架构（SOA），利用先进的面向对象的方法对数据库组态，对监视、报警和预警进行智能的优化，提供强大的高级应用功能。充分发挥流域集中管控的优势，探索和实现安全防护、信息通信、视频监控、经济运行、梯级集控、水库调度、状态监测、专家决策等船闸生产运行管理的各个环节的智能一体化功能[1]。

基于iP9000 的船闸管控一体化系统，充分挖掘了iP9000 统一、开放等特色架构的潜力，设计了包括船闸监控系统、通航管理系统、数据交互中间库、网络通信隔离和数据同步工具在内各个服务模块；通过各个服务模块将分别建设的船闸监控系统和通航管理系统的数据进行自动有机交互，实现了航运枢纽通行船舶排档信息的自动下达到船闸监控系统，同时船闸监控系统将船舶通行信息自动实时上送给通航管理系统，避免人为干预通航流程带来的风险，同时也提高了船闸运行效率。

1 系统整体结构

图1 系统结构图

1.1 船闸监控系统

船闸监控系统用于集中监视阀门、闸门状态及闸室水位信息等，及进行船闸的阀门、闸门及船闸辅助设备的启闭等控制操作，以完成船舶实际过闸航行的目标。

1.2 通航管理系统

通航管理系统主要用于航运通行、船舶过闸的信息管理，包括船闸联合调度、船舶过闸登记、船舶智能排档、水位及气象数据记录及其他辅助通行管理功能。

1.3 数据交互中间库

数据交互中间库用于通航管理系统和船闸监控系统之间的数据交换的中间件。比如通航管理系统根据所有登记过闸的船舶，按一定规则将新编排生成的船舶排档信息写入到中间库，船闸监控系统定时读取该中间库，发现有新的船舶排档信息则进行读取操作，并设置已读取标志。根据两个系统数据信息交互的实际需要，中间数据库内设计了船舶排档信息表、排档锁定信息表、船舶过闸信息表、设备状态信息表等，用于双方写入或读取相应交互数据。数据交互中间库部署在通航管理系统侧。

1.4 网络通信隔离装置

通常船闸自动化监控系统作为生成现场系统部署在安全一区，而通航管理系统作为信息管理系统部署在安全三区，为了两个系统间数据交互的安全性，需要引入网络通信隔离装置。即船闸监控系统通过反向隔离装置，获取部署在安全三区的数据交互中间库内通航管理系统生成的船舶排档等信息；再通过正向隔离装置将排档锁定信息、闸门等设备状态、船舶实际过闸过程等实时操作情况提交到通航管理系统。

1.5 数据同步工具

数据同步工具用于检测数据交互中间库及跨网络通信隔离装置的数据传输，即定时监视中间数据库的变化，读取通航管理系统排档信息等变化数据后写入监控系统部署在安全三区的专用数据库表中，再利用监控系统内置的跨隔离反向数据传输功能，同步该变化数据到监控系统安全一区数据库，供人机界面程序查询并展示排档信息。

同时对于监控系统锁定排档、操作控制船闸设备的动作结果数据，监控系统先写入安全一区数据库，再利用监控系统内置的跨隔离正向数据传输功能，同步该数据到监控系统安全三区数据库，最后由数据同步工具将数据由监控系统安全三区数据库同步到数据交互中间库，供通航管理系统查询并动态展示船舶过闸情况。

2 数据交互方案

2.1 iP9000 系统数据组织

iP9000 系统采用了彻底的面向对象思维进行设计，数据、报警等均采用面向对象的组织形式。数据建模采用设备对象树的形式进行构建，同时采用面向对象的方法组织整合实时数据、历史数据、报警、调节与控制操作，通过对象可索引得到该对象的数据属性、操作属性和报警状态等。实时数据库和历史数据库也均支持对象类型数据的存储与访问[2]。

iP9000 平台实时库常驻内存，保存所有对象当前的实时值。包含模拟量采集对象比较关心的值，更新时间等；开关量采集对象比较关心的单点状态，综合状态，更新时间等（以上更新时间均为采集对象上送时标）。

iP9000 平台历史库为第三方商业数据库，支持MongoDB、Oracle、MySQL、达梦等多种数据库。存储的历史数据包括秒级数据、统计数据（分钟数据、小时数据、日数据）、历史事件等。所有历史数据均支持通过对象名进行数据的访问。

2.2 数据交互过程

基于iP9000 的船闸管控一体化系统其数据交互分为以下6 个步骤：

（1）首先通过通航管理系统，进行船舶智能排档；船舶排档信息写入数据交互中间库，生成排档信息表；

（2）数据同步工具定时监视数据交互中间库的变化，读取通航管理系统排档信息等变化数据；

（3）当步骤（2）监视到有新排档信息时，通过网络通信隔离装置，进行一三区反向隔离，写入船闸监控系统部署在安全三区的专用数据库表中，读取数据，监控系统先写入安全一区数据库，读取排档信息表后，供人机界面程序查询并展示当前排档信息；

（4）根据选择的过闸排档信息，开启闸门，调整水位，监视闸门及水位状态，等待船舶通过后关闭闸门；

（5）将步骤（4）的排档锁定信息、闸门等设备状态、船舶实际过闸过程等实时操作情况通过网络通信隔离装置，进行一三区正向隔离，写入监视三区隔离单元中，读取是否产生新数据；若未产生新数据，则继续读取正向隔离数据；若产生新数据，提交选择的过闸排档，生成排档锁定信息表；提交过闸开始、结束时间，生成船舶过闸信息表；提交闸门及水位状态，生成设备状态信息表；

（6）读取中间库数据并存储及展示，包括排档锁定信息表、船舶过闸信息表、设备状态信息表；得到船舶过闸状态、设备运行状态、水位计数据；实现船闸管控一体化功能。

3 功能实现

3.1 iP9000 人机界面开发

图2 系统数据交互方案

iP9000 系统平台软件引入了全新的交互式组态控件，打破了传统监控系统画面中仅有静态图形元素和模拟量、状态量、设备图元等动态元素的现状，增加了编辑框、复选框、列表框、下拉框、时间选择器、二维表格、ECharts 图表等交互式控件，并无缝集成了JavaScript 脚本功能；极大地丰富了监控画面的展示效果、增强了交互操作功能。

图3 iP9000 人机界面开发

3.2 交互接口定义

船闸监控系统和船闸通航管理系统[3，4]作为两个独立的系统，其数据交互需要遵循一定的规则。根据实际的业务流程，通航管理系统提供船舶过闸排档信息给控制系统，相应的操作人员选择排档计划操作闸门、控制船的进入，闸门打开后操作人员可以通过视频或其他方式对比进入船闸的船舶数量及船舶信息等。

同时船舶过闸后控制系统将该排档计划过闸时间和状态反馈到管理系统，以便使得整个排档计划形成一个闭环。

控制系统需要提交导助航设施、启闭机、水位计和闸门信息到通航管理系统进行记录展示；也将除水位计、导助航设施、启闭机外的故障报警信息提交到管理系统。

另外，船闸监控系统在操作排档过闸时，须发送指令到通航管理系统，管理系统据此锁定排档信息不允许再进行编辑修改，以防止发生数据信息不一致情况。

3.3 系统整体效果

基于iP9000 的船闸管控一体化系统成功应用于江西省信江八字嘴航运枢纽，成为江西省信江八字嘴智慧枢纽监控运维一体化管理平台的关键组成部分。

4 结语

基于iP9000 的船闸管控一体化设计及实现方法，成功将分别建设的船闸监控系统和通航管理系统的数据进行自动有机交互，实现了航运枢纽通行船舶排档信息的自动下达到船闸监控系统，同时船闸监控系统将船舶通行信息自动实时上送给通航管理系统。基于iP9000 实现的船闸管控一体化系统，将相关数据自动有机交互，避免人为干预通航流程带来的风险，同时也提高了航运枢纽船闸运行效率。