余 磊，屠慧林，陆乙君，杨 勇，白东东，胡正松

（1.平湖市水利局，浙江 平湖 314200；2.杭州智水工程咨询有限公司，浙江 杭州 310000；3.杭州定川信息技术有限公司，浙江 杭州 310020）

1 问题的提出

随着社会的发展，各行各业工业自动化的普及，水利工程自动化也在全国各地遍地开花，成为传统水利工程防汛抗旱、运行管理的利器。自动控制系统的应用高效解决人工观测数据误差大、现场环境恶劣、系统繁琐且维护难、防汛安全等问题，对水利工程的高效运行、降低人力、运维成本等起到重要作用。

水利工程自动控制的实现，主要在于第一时间获得各闸站的运行、检修、停运等状况及隐患，通过前置放水预警，运用实时数据进行分析决策并完成水闸及泵站的启停。根据浙江省《大中型水闸运行管理规程》的要求，水闸管理单位应根据批准的年度控制运用计划和有关防汛指挥机构、水闸主管部门的调度指令按规定流程操作运行，并按照水闸启闭放水预警方案进行预警工作。人工操作警报因其局限性而达不到预警方案要求，预警效果不佳；同时人工预警粗放式的管理也无法精细化符合闸站启闭的预警流程及时限要求，无法保证闸门启闭时上下游的安全。

鉴于此，基于水闸自动控制系统，为更加契合浙江省各地放水预警方案需要，以浙江省某平原地区某水闸为例，在原有电动预警警报的系统上，改造原预警控制柜，并相连闸门LCU柜，完成放水预警PLC程序及研发放水预警系统可视化界面编程及植入，最终建设一套符合各地市放水预警预案的水闸放水预警系统，满足水闸启闭前不同预警要求的警示效果，契合放水预警方案的流程化及标准化，保护水利设施设备安全和沿岸群众的财产生命安全。

2 放水预警系统结构

水闸放水预警系统主要由电动警报器、远程警报控制箱、原闸门LCU控制柜，PLC流程化预警程序及放水预警人机交互软件，中控室工控机、通讯网络等组成。

电动警报器：发放警报信号的器具，用于发放预报、警报和解除警报的信号。本系统采用JDW450-2，7.5 kW电动警报器。

远程预警控制箱：升级原预警控制箱，加装接触器、辅助触点、中间继电器、旋钮、按钮等，可输出电动警报器电源信号，远程/现地信号，启/停信号，并可通过控制回路控制电动警报器启/停，同时提供远程对接接口至原闸门LCU控制柜用于远程控制。

闸门放水预警系统通过远程预警控制箱采集电动警报器电源信号、远程/现地切换信号、警报开/关信号等，并通过放水预警人机交互软件及PLC预警程序按预设流程控制接触器吸合及断开，达到预警系统流程化及标准化，实现预警方案的预警要求。

闸门放水预警控制系统布置结构见图1。

图1 闸门放水预警控制系统布置结构图

3 放水预警控制流程

本文以浙江省某平原地区某市一水闸放水预警为例。为保证水闸工程运行安全，根据批准的放水预案以及水闸控制运行计划，水闸启闭前后用的警报预警应按标准化流程定制，主要由预备警报、启闸警报、闭闸警报、紧急启闭警报组成。具体各警报流程：

（1）预备警报：表示将要开启闸门泄洪。闸门开启时通过人机交互软件一键启动预备警报，启动后连续2长声，每长声60 s，间隔30 s，完成后可自动启动启闸警报，期间遇突发状态可用停止按钮将警报停止。

（2）启闸警报：表示即可开启闸门泄洪。预备警报发出15 min后自动启动启闭警报，发送1长声2短声，长声60 s，短声30 s，间隔30 s，完成后自动停止，期间遇突发状态可用停止按钮将警报停止。

（3）闭闸警报：表示泄洪结束进行关闸操作。闸门需关闭时一键启动闭闸警报，启动后1长声，60 s，完成后自动停止，期间遇突发状态可用停止按钮将警报停止。

（4）紧急启闭警报：表示险情或遇急需开启闸门。遇事需紧急启闭时一键启动紧急启闭警报，启动后连读短声，每短声15 s，间隔10 s，完成后自动停止，期间遇突发状态可用停止按钮将警报停止。

当水闸需实施开闸放水预备时间，一般情况下需提前30 min，紧急情况下提前15 min实施预警，如遇不可抗力灾害无法实施时例外。水闸管理单位可通过人机交互软件结合实际情况，有区别地进行拉响警报操作。

4 放水预警控制系统

现有放水预警控制系统以三相断路器直连电动警报器较多，以通断电源控制电动警报开断，可控性及可靠性均不高。通过加装交流接触器、辅助触点、中间继电器、旋钮及按钮、接线端子等，升级改造预警远程控制系统，构建可靠及安全的一次电气主接线及二次电气控制回路，提供远程控制的输入输出接口，完成现地及远程电动警报的开断。放水预警控制系统电气线路见图2。

图2 放水预警远程控制系统电气线路图

放水预警控制系统作为闸门启闭机控制前安全保障的关键系统，可采用现地控制和自动控制2种方式，现地控制优先级高于自动控制。放水预警控制系统现地控制主要是操作预警远程控制柜控制电动警报开关，目前现地控制单纯靠人工经验，无法实现流程化预警控制的时长和间隔要求。放水预警控制系统自动控制利用原闸门现地LCU柜，通过PLC逻辑控制器编辑植入预警流程化程序，用人机交互软件操作界面实现远程流程化及标准化控制。放水预警控制系统与闸门启闭控制系统配套使用，互为补充，又相对独立。

放水预警控制系统现地控制具体流程：将预警远程控制柜控制方式切换成现地模式，按下SB1电动警报开启按钮，电动警报启动，按下SB2关闭按钮，电动警报关闭。操作人员为契合流程化预警警报要求，需按掐计时器，控制时长及间隔，不易做到精准化控制。

放水预警控制系统远程自动控制实现使用中央控制器西门子S7300 PLC，由电源模块、CPU、通讯模块、数字量输入模块、数字量输出模块等组成。放水远程预警控制操作回路与数字量输入模块、数字量输出模块相连，点位分配：I0.5 现地/远程状态，I0.6 电源监视装填、Q24.4警报开启输出；M30.2预备警报启动按钮、M30.4闭门警报启动按钮、M30.6紧急启闭警报按钮；M32.4预备警报输出、M32.5启闸警报输出、M32.6闭闸警报输出、M32.7 紧急启闭警报输出；MW400预备警报时长、MW412启闸警报时长、MW404闭闸警报时长、MW408 紧急启闭警报时长；T37预备警报计时器，T40启闸警报计时器，T38闭闸警报计时器、T39 紧急启闭警报计时器。根据即定的警报方案流程化，控制过程：

首先切换至远程模式（I0.5），同时打开预警远程控制柜电源（I0.6）。

预备警报：按下预备警报按钮M30.2，预警警报流程启动，导通预备警报计时器器T37并开始计时，当MW400分别处于0～60，90～150 s内，预备警报输出M32.4导通，警报开启；当MW400处于60～90 s内时，预备警报输出M32.4断开，警报关系；预备警报整体流程总计时长150 s。

启闸警报：预备警报完毕后900 s（15 min）后，启闸警报自动启动，导通启闸警报定时器T40并开始计时，当MW412分别处于0～30，60～90，120～180 s内时，启闸警报输出M32.5导通，警报开启；当MW412处于30～60，90～120 s内时，启闸警报输出M32.5断开；启闸警报整体流程总计时长180 s。

闭闸警报：按下闭闸警报按钮M30.4，闭闸警报开启，导通闭闸警报定时器T38并开始计时，当MW404处于0～60 s内时，闭闸警报输出M32.6导通，警报开启；闭闸警报整体流程总计时长60 s。

紧急启闭警报：按下紧急启闭警报按钮M30.6紧急启闭警报开启，导通紧急启闭警报定时器T39并开始计时，当MW408处于0～15，25～40，50～65，75～90，100～115 s内时，紧急启闭警报输出M32.7导通，警报开启；当MW408处于15～25，40～50，65～75，90～100 s内时，紧急启闭警报输出M32.7断开，警报关闭。紧急启闭警报整体流程总计时长115 s；M32.4预备警报输出、M32.5启闸警报输出、M32.6闭闸警报输出、M32.7紧急启闭警报输出均直接导通Q24.4输出至预警远程控制柜控制警报启闭。

预备警报、启闸警报、闭闸警报、紧急启闭警报的PLC控制程序根据上述流程要求编辑。

5 放水预警人机交互软件

放水预警控制系统的人机交互软件（远程操控界面）以简洁、使用方便的原则研发。整个人机交互软件分为由信息监测模块、警报控制模块、时长展示模块3部分组成。信息监测模块包含：电源信号、控制方式、运行状态；警报控制模块包含普通警报控制、预备警报控制、启闸警报控制、闭闸警报控制、紧急启闭警报控制等；时长展示模块包含5类警报的控制时长及警报启停间隔等。

人机交互软件远程操控界面控制流程与PLC逻辑控制控制流程一致，不再赘述。

人机交互软件远程操控界面见图3。

图3 人机交互软件远程操控界面图

6 结 语

放水预警控制系统本着节省投资、结构简单、方便安装的原则，实现闸门启闭的流程化及标准化警报控制。系统的建立消除了人为控制的因素，放水预警控制系统与闸门自动启闭控制系统相互补充，实现一键启动不同警报要求的警报流程，大大减少人力控制警报的不精确性及不准确性，对沿岸居民及水上作业群众起到很好的预警效果。该系统的成功应用，对浙江省水库、水闸由人工预警警报操作方式改造为预警自动化控制提供了一个经典案例。