水利是国民经济的基础和命脉，桥闸对大江大河及其流域起着防洪、排涝、抗旱、灌溉和航运的作用，是关系国计民生的重要设施。近些年来，由于气候异常、旱涝交替、水情复杂，全国各地每年都出现多起洪水灾害。虽然水利部门加强了水情监测，制定了严格的水利枢纽工程控制运行办法，以调度控制闸上蓄水位，但由于桥闸控制的自动化水平不高，导致经常出现险情甚至发生灾害。
1. 概述
浙大中自公司技术人员依靠其丰富的控制技术应用经验，利用自主研发的SunyPLC250模块式小型可编程逻辑控制器，对桥闸控制提出了自己独特的解决方案。方案的实施，使得水利能够实行统一调度和管理，确保坝上引水量和枯季下泄流量，发挥了巨大的工程效益，在实现水利现代化方面迈出了坚实的步伐。
某桥闸共包括8个拦河水闸和2座船闸。水闸为启闭式闸门，船闸为两扇人字门，原设计为人工操作。在经历了2004年的一次洪峰之后，水利部门决定按照高起点、高标准的要求，采用SunyPLC250模块式小型可编程逻辑控制器实现水闸的自动控制。根据桥闸的实际情况，提出如下监控要求。
1.1. 生产监视
模拟量：闸门位置、闸门上游水位以及电机的电流、电压等。
开关量：运行状态（上-下-停、就地-遥控）。
1.2. 设备操作
手动：可用鼠标和键盘在上位机对闸门进行远程点动或连动操作。
自动：闸门可根据设定值自动调整闸门位置，进而控制上游水位。
就地：具备就地/远程切换功能，一切操作均为现场优先。
1.3. 安全保护
当现场设备运行异常时，能够自动停止设备运行，达到保护设备安全的目的。
2. 系统构成
SunyPLC250模块式小型可编程逻辑控制器负责闸门有关参数（闸门位置、水位、电机状态等）进行采集并按照预定算法进行相关运算，一方面将运算结果输送给执行器使闸门或启闭机产生相应动作（开/关、启/停），另一方面将相关信息通过ModbusRTU总线发送到上位机进行显示，供操作员监视和管理。每台启闭机的I/O点如下表所示：
名称 类型 数量 备注
电机参数 AI 2 电流、电压
闸门位置 AI 1 位置
闸门状态 DI 2 上、下
控制状态 DI 1 就地/遥控
电机操作 DO 2 上、下
3. 控制方案
控制算法的设计采用SunyPRG编程软件完成，该软件支持IEC61131-3标准所规定的五种控制语言。需要强调的是，SunyPRG编程软件引进了实时数据库技术，使编程人员不再被枯燥乏味的地址所困扰。多种仿真手段大大方便了程序检查，使工程周期缩短30％以上。
3.1. 闸门操作
对启闭机的操作来说，点动、手动操作为非定量操作，而定位操则为定量操作。由于闸门运行时的惯性及刹车性能不一样，所以编程时，要考虑定位控制的补偿问题。下图为简化的启闭机控制组态梯形图。
根据水闸操作规程，对闸门的启闭顺序是：“开闸时先中间后两边，关闸时先两边后中间”，所以程序设计中应注意顺序操作编程的处理。
3.2. 水位调节
为了使上游水位控制在设定范围内，构建一个由SunyPLC250、水位测量和启闭机组成的单回路PID闭环控制器
在实际运行中，无论手动还是自动，只允许同时开启两孔闸门，且每次开度不允许超过三十厘米，因此设计本控制方案时，必须考虑八孔闸门的相互关联。
3.3. 联锁保护
远程监控的实现减少了操作人员的现场操作时间，只需定期巡检。但在巡检间隔期间，如果闸门故障了发生，需要及时停止启闭机，否则将发生严重事故。一般启闭机有以下几种故障类型：
闸门卡死：闸门下降时，被水闸下的杂物顶住，无法继续下降。
闸门超限：闸门不能超过导槽高度，否则闸门出槽。
电机过载：正常启闭时如果电流过大，说明电机过载。
超时运行：每次闸门操作不能连续运行超过某一设定时间，否则表示闸门失控。
超距运行：每次闸门开度不能超过30厘米。
由于测量点数和手段的限制，用SunyPLC250可编程逻辑控制器实现上述故障的检测存在一定难度。在工程实施中，我们通过与闸门操作工的深入探讨和现场检视，总结引起闸门故障的原因和条件，设计出了“智能软测量”故障判定算法。该算法能够根据现有测量结果、计时器和操作等信息总结出闸门运行状态，向操作工提供参考。
4. 人机界面
上位机人机界面采用浙大中自公司的SunyTech工业控制应用软件平台绘制，该软件内置多种通讯协议，可以通过ModbusRTU与SunyPLC250进行数据交互。另外，该软件支持的OPC功能也为将来水利统一调度和管理的实现提供了条件。
下图示出了一号闸门监控流程图。
5. 结束语
在2005年的雨季，该控制系统的应用对流域泄洪防灾起到了至关重要的作用。
SunyPLC250模块式可编程逻辑控制器水闸监控系统的应用，大大提高了闸门自动化程度，改善了工人的劳动条件，减轻了操作人员的劳动强度。联锁保护功能使设备发生故障时，能够立即停止闸门的运行，同时在监控计算机中显示报警信息，提醒操作人员采取应对措施。