水利是國民經濟的基礎和命脈，橋閘對大江大河及其流域起著防洪、排澇、抗旱、灌溉和航運的作用，是關系國計民生的重要設施。近些年來，由于氣候異常、旱澇交替、水情復雜，全國各地每年都出現多起洪水災害。雖然水利部門加強了水情監測，制定了嚴格的水利樞紐工程控制運行辦法，以調度控制閘上蓄水位，但由于橋閘控制的自動化水平不高，導致經常出現險情甚至發生災害。

1. 概述

浙大中自公司技術人員依靠其豐富的控制技術應用經驗，利用自主研發的SunyPLC250模塊式小型可編程邏輯控制器，對橋閘控制提出了自己獨特的解決方案。方案的實施，使得水利能夠實行統一調度和管理，確保壩上引水量和枯季下泄流量，發揮了巨大的工程效益，在實現水利現代化方面邁出了堅實的步伐。

某橋閘共包括8個攔河水閘和2座船閘。水閘為啟閉式閘門，船閘為兩扇人字門，原設計為人工操作。在經歷了2004年的一次洪峰之后，水利部門決定按照高起點、高標準的要求，采用SunyPLC250模塊式小型可編程邏輯控制器實現水閘的自動控制。根據橋閘的實際情況，提出如下監控要求。

1.1. 生產監視
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模擬量：閘門位置、閘門上游水位以及電機的電流、電壓等。
開關量：運行狀態（上-下-停、就地-遙控）。

1.2. 設備操作

手動：可用鼠標和鍵盤在上位機對閘門進行遠程點動或連動操作。
自動：閘門可根據設定值自動調整閘門位置，進而控制上游水位。
就地：具備就地/遠程切換功能，一切操作均為現場優先。

1.3. 安全保護
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當現場設備運行異常時，能夠自動停止設備運行，達到保護設備安全的目的。

2. 系統構成

SunyPLC250模塊式小型可編程邏輯控制器負責閘門有關參數（閘門位置、水位、電機狀態等）進行采集并按照預定算法進行相關運算，一方面將運算結果輸送給執行器使閘門或啟閉機產生相應動作（開/關、啟/停），另一方面將相關信息通過ModbusRTU總線發送到上位機進行顯示，供操作員監視和管理。每臺啟閉機的I/O點如下表所示：

名稱 類型 數量 備注
電機參數 AI 2 電流、電壓
閘門位置 AI 1 位置
閘門狀態 DI 2 上、下
控制狀態 DI 1 就地/遙控
電機操作 DO 2 上、下

3. 控制方案

控制算法的設計采用SunyPRG編程軟件完成，該軟件支持IEC61131-3標準所規定的五種控制語言。需要強調的是，SunyPRG編程軟件引進了實時數據庫技術，使編程人員不再被枯燥乏味的地址所困擾。多種仿真手段大大方便了程序檢查，使工程周期縮短30％以上。

3.1. 閘門操作

對啟閉機的操作來說，點動、手動操作為非定量操作，而定位操則為定量操作。由于閘門運行時的慣性及剎車性能不一樣，所以編程時，要考慮定位控制的補償問題。下圖為簡化的啟閉機控制組態梯形圖。

根據水閘操作規程，對閘門的啟閉順序是：“開閘時先中間后兩邊，關閘時先兩邊后中間”，所以程序設計中應注意順序操作編程的處理。

3.2. 水位調節

為了使上游水位控制在設定范圍內，構建一個由SunyPLC250、水位測量和啟閉機組成的單回路PID閉環控制器

在實際運行中，無論手動還是自動，只允許同時開啟兩孔閘門，且每次開度不允許超過三十厘米，因此設計本控制方案時，必須考慮八孔閘門的相互關聯。

3.3. 聯鎖保護

遠程監控的實現減少了操作人員的現場操作時間，只需定期巡檢。但在巡檢間隔期間，如果閘門故障了發生，需要及時停止啟閉機，否則將發生嚴重事故。一般啟閉機有以下幾種故障類型：

閘門卡死：閘門下降時，被水閘下的雜物頂住，無法繼續下降。
閘門超限：閘門不能超過導槽高度，否則閘門出槽。
電機過載：正常啟閉時如果電流過大，說明電機過載。
超時運行：每次閘門操作不能連續運行超過某一設定時間，否則表示閘門失控。
超距運行：每次閘門開度不能超過30厘米。

由于測量點數和手段的限制，用SunyPLC250可編程邏輯控制器實現上述故障的檢測存在一定難度。在工程實施中，我們通過與閘門操作工的深入探討和現場檢視，總結引起閘門故障的原因和條件，設計出了“智能軟測量”故障判定算法。該算法能夠根據現有測量結果、計時器和操作等信息總結出閘門運行狀態，向操作工提供參考。

4. 人機界面

上位機人機界面采用浙大中自公司的SunyTech工業控制應用軟件平臺繪制，該軟件內置多種通訊協議，可以通過ModbusRTU與SunyPLC250進行數據交互。另外，該軟件支持的OPC功能也為將來水利統一調度和管理的實現提供了條件。

下圖示出了一號閘門監控流程圖。

5. 結束語

在2005年的雨季，該控制系統的應用對流域泄洪防災起到了至關重要的作用。

SunyPLC250模塊式可編程邏輯控制器水閘監控系統的應用，大大提高了閘門自動化程度，改善了工人的勞動條件，減輕了操作人員的勞動強度。聯鎖保護功能使設備發生故障時，能夠立即停止閘門的運行，同時在監控計算機中顯示報警信息，提醒操作人員采取應對措施。