DB32/T 3823-2020 船闸PLC控制系统设计规范

ICS93.140

P67

DB32

江苏省地方标准

DB32/T3823—2020

船闸PLC控制系统设计规范

DesignspecificationofPLCcontrolsystemforshiplocks

2020-07-14发布2020-08-14实施

江苏省市场监督管理局发布

DB32/T3823—2020

目次

目次.................................................................................I

前言.................................................................................I

1范围...............................................................................1

2规范性引用文件.....................................................................1

3术语和定义.........................................................................1

4总则...............................................................................2

4.1总体要求.......................................................................2

4.2功能要求.......................................................................2

5硬件设计...........................................................................2

5.1一般规定.......................................................................3

5.2硬件配置.......................................................................3

5.3变频器.........................................................................3

5.4水位计.........................................................................3

5.5限位开关.......................................................................3

5.6通航信号灯.....................................................................4

5.7通讯光纤、控制电缆.............................................................4

5.8电气控制柜.....................................................................4

6软件设计...........................................................................4

6.1一般规定.......................................................................4

6.2过闸流程.......................................................................4

6.3程序设计.......................................................................6

7控制网络...........................................................................6

附录A（规范性附录）硬件模块配置原则................................................7

附录B（资料性附录）数据库表结构....................................................9

附录C（规范性附录）程序变量名命名规则及点位配置原则...............................14

附录D（资料性附录）程序主要变量名.................................................15

附录E（资料性附录）常见控制网络拓扑结构...........................................31

I

DB32/T3823—2020

前言

本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。

本标准由江苏省交通运输厅提出并归口。

本标准起草单位：中设设计集团股份有限公司、京杭运河江苏省交通运输厅苏北航务管理处。

本标准主要起草人：高杰、余向阳、马洪亮、牛恩斌、朱岱明、刘轰、东培华、袁媛、颜廷雪、曲

红玲。

I

DB32/T3823—2020

船闸PLC控制系统设计规范

1范围

本标准规定了船闸PLC控制系统硬件、软件、控制网络的设计要求与内容。

本标准适用于交通船闸PLC控制系统设计、维护工作，其他船闸可参考本标准执行。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB4208外壳防护等级（IP代码）

GB/T5023额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆

GB/T9771通信用单模光纤

GB/T22239信息安全技术信息系统安全等级保护基本要求

GB/T25070信息安全技术信息系统安全等级安全设计技术要求

JTJ310船闸电气设计规范

3术语和定义

下列术语和定义适用于本标准。

3.1

船闸PLC控制系统PLCcontrolsystemforshiplocks

一种用于船闸运行环境的数字式操作电子系统。用可编程的存储器作面向用户指令的内部寄存器，

完成船闸特定的运行功能，如逻辑、顺序、定时、计数、运算等，通过数字或模拟的输入/输出，控制

船闸闸门、阀门启闭等过程。

3.2

程序控制模式proceduralcontrolmode

船闸闸门（阀门）主要依靠PLC控制系统按照过闸流程实现自动循环运行（开闸与关闸需人工确认）。

3.3

分散控制模式dispersedcontrolmode

船闸闸门（阀门）依靠人工确认实现手动单步操作运行。

1

DB32/T3823—2020

3.4

集中操作模式concentratedoperatingmode

对船闸上、下游闸门（阀门）进行远程集中控制。

3.5

现地操作模式localoperatingmode

仅对本闸首闸门（阀门）进行控制。

3.6

套闸通航模式sluicenavigationmode

船闸上、下游闸门（阀门）依次循环启闭的运行模式。

3.7

通闸通航模式opennavigationmode

船闸上、下游闸门（阀门）同时保持完全开启状态下的运行模式。

3.8

船闸控制网络shiplockcontrolnetwork

用于传输船闸运行控制信号的网络。

4总则

4.1总体要求

4.1.1硬件应可靠耐用，软件宜基于成熟平台进行开发。

4.1.2PLC控制系统的模块、底板、现场设备、软件功能等应具备一定的可扩展性。

4.1.3网络架构应具有开放性。

4.1.4主要硬件及现场设备应具备通用性。

4.1.5PLC控制系统设计应积极引进及应用新技术、新材料和新设备。

4.1.6PLC控制系统投入运行前应进行功能性验证测试。

4.2功能要求

4.2.1PLC控制系统应具备程序控制与分散控制、集中操作与分散操作等模式。有平水位的船闸应具

备套闸通航与通闸通航等模式。

4.2.2PLC控制系统除应满足过闸流程的要求外，还应具有JTJ310规定的互锁、容错、检测、自诊

断与应急处理等功能。

5硬件设计

2

DB32/T3823—2020

5.1一般规定

5.1.1核心控制器应选用市场先进可靠产品及型号。

5.1.2关键硬件单元或部件应冗余配置。条件允许时宜配备一定的备品备件。

5.1.3硬件布置应满足方便养护和维修的要求。

5.1.4输入、输出模块应优先考虑采用直流24V电压供电。

5.1.5现场设备外壳防护等级应达到IP65及以上。

5.2硬件配置

5.2.1PLC控制系统硬件一般包括底板、电源模块、CPU模块、通讯模块、光纤模块、离散量输入模

块、离散量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块等，应根据实际功能需求合理配置相应模块。

各功能模块的配置原则参见附录A。

5.2.2应根据船闸控制对象合理确定各功能模块输入、输出点数，并预留不低于10%的可扩展容量。

5.2.3模块驱动能力应满足外部负载的要求，并带有隔离功能。

5.2.4供电电源应与动力电源完全隔离，并具有防浪涌保护功能。供电电源应进行精密净化稳压，经

在线式UPS输入。PLC控制系统应单独接地，接地电阻应小于1Ω。

5.2.5多线多梯级流域船闸或统一管理的区域船闸PLC控制系统硬件配置应相对统一，核心控制器宜

选用同类型产品。

5.3变频器

5.3.1变频器功率应在现场驱动电机功率的基础上预留不低于15%的富裕量。

5.3.2变频器宜选配网络接口、电抗器、滤波器。

5.3.3变频器安装不应对PLC控制系统正常运行造成影响和干扰，应安装于柜式结构，避免振动与电

磁干扰，并保证通风，接地良好。

5.4水位计

5.4.1水位计选择应考虑可靠性好、维护方便，根据实际情况可采用压阻式、超声波式、激光式等类

型。

5.4.2测量量程应满足船闸上、下游设计最高、最低通航水位的要求，同时预留不低于10%的富裕量。

5.4.3测量精度不低于1mm。

5.4.4水位实时数据采集时间间隔不应大于5s。

5.4.5输出信号类型为4～20mA。

5.5限位开关

5.5.1限位开关选择应考虑可靠性好、维护方便，根据实际情况可选择机械结构接触式、光电开关等。

5.5.2同一功能的限位开关配置数量不低于2个。

5.5.3机械结构接触式限位开关预期使用寿命不低于10万次。

3

DB32/T3823—2020

5.6通航信号灯

5.6.1宜采用双色点阵式LED信号灯。

5.6.2中心光强应不低于400cd。

5.6.3应留有与PLC控制系统离散量通讯接口。

5.7通讯光纤、控制电缆

5.7.1通讯光纤宜选用铠装单模光纤，光纤芯数应满足使用要求，备芯数应不低于总芯数的30%，且不

低于8芯。

5.7.2其余参照GB/T9771与GB/T5023执行。

5.8电气控制柜

5.8.1控制柜安装位置应考虑方便维护及检修。

5.8.2控制柜体应采用标准柜体，柜门面板开孔布置合理，柜体表面宜采用热镀锌加喷塑防腐，字体

采用宋体，颜色采用RAL7035。

5.8.3柜内设备布置应遵循“强弱分开、间隙合理、便于维护”的原则，符合人体工程学原理，摆放

整齐，标识清晰。

6软件设计

6.1一般规定

6.1.1软件设计应符合船闸安全运行的需要，满足不同通航模式过闸流程要求。

6.1.2软件宜分功能块进行设计，并具有动作互锁功能。

6.1.3软件变量数据应根据船闸运行和动作的关联性进行分类存储，数据库表结构参见附录B。

6.1.4PLC控制系统应为其他系统预留数据接口。

6.1.5多线多梯级流域船闸或统一管理的区域船闸PLC控制系统软件宜基于相同的平台进行开发。

6.1.6软件应有非易失电子介质和纸质介质同时存档。

6.2过闸流程

6.2.1无特殊要求时，套闸模式运行流程如图1，通闸模式运行流程如图2。

4

DB32/T3823—2020

00.初始状态

上、下游闸/阀门全部关闭

上游开阀门允许信号有效

上游水位与闸室水位平

01.上游开阀门02.上游开闸门

闸室船舶按序出闸后，上游

进闸绿灯转换，上游引航道

船舶按序进闸停靠

04.上游关闸门03.上游落阀门

下游水位与闸室水位平

05.下游开阀门06.下游开闸门

闸室船舶按序出闸后，下游

进闸绿灯转换，下游引航道

船舶按序进闸停靠

08.下游关闸门07.下游落阀门

图1套闸运行流程图

00.初始状态

上游闸外、下游闸外水位水平

上、下游闸门（闸门与阀门）全部开启

01.上游进闸绿灯转换，上游引航道船

舶按序进闸

闸室船舶按序出闸

后，驶入下游航道

广播通知被调度船舶，同时上、

上游闸外、下游闸外水位差N

下游闸门（闸门与阀门）同时关

是否满足通闸设计标准？

闭，系统进入套闸流程

Y

02.下游进闸绿灯转换，下游引航道船

舶按序进闸

闸室船舶按序出闸

后，驶入上游航道

上游闸外、下游闸外水位差N

是否满足通闸设计标准？

Y

图2通闸运行流程图

6.2.2暂停、停机、急停、强落阀等应急处理操作应具有较高的操作权限等级。现地模式权限高于集

中模式，分散模式权限高于程序模式。

5

DB32/T3823—2020

6.3程序设计

6.3.1程序设计应充分考虑船闸运行的流程及工作特点，熟悉液压启闭系统、机械启闭系统、信号灯、

照明等技术参数及逻辑关系。

6.3.2功能块设计宜包含开闸功能块、关闸功能块、开阀功能块、自落功能块、强落功能块、运转计

数功能块、滤波功能块、模拟量处理功能块、变频器处理功能块、进出闸功能块、故障报警功能块等。

6.3.3程序设计必须遵守编程语言中的语法规定，并应简洁、便于阅读与修改。

6.3.4程序变量命名应遵循唯一性及见名知义原则。变量名应包括单位编码、闸号、功能、位置等主

要信息，各信息之间采用下划线分隔。变量名命名规则参见附录C。

6.3.5程序变量地址应做统一规划，远程传输的变量宜集中部署，主要变量命名具体参见附录D。

6.3.6故障宜分为停机类故障和非停机类故障两个等级。停机类故障应禁止系统运行，非停机类故障

仅做报警显示。故障类别参见附录B。

7控制网络

7.1控制网络拓扑结构应依据系统功能需求、投资费用、模拟量数量、维修便捷性等合理选择，可采

用星型或环型架构，具体参见附录E。

7.2网络通讯应采用实时性强和可靠性高的工业级网络设备，在PLC控制系统通讯设备、现地监控主机、

中心服务器之间形成环网通讯链路，并具备冗余环网功能。

7.3交换机宜选用单模、带工业级环网控制与冗余电源功能，光口和电口数量应满足现场使用要求且

各保留不低于2个的富裕量，带宽应不低于100M/s。

7.4控制网络安全应符合GB/T22239与GB/T25070的相关规定。

7.5控制网络应遵循“专网专用”原则，一般禁止外挂集成系统直接与PLC控制系统进行通讯，确有需

要的应在主机终端、网络边界、区域隔离等方面做好安全防护。

7.6网络安全设备应与系统功能设计同步规划、安装、调试、验收。

_________________________________

6

DB32/T3823—2020

附录A

（规范性附录）

硬件模块配置原则

A.1底板

A.1.1底板应具备通用性，每个底板槽位的电气特性应相同，各模块理论上可被安装在底板任意槽位上，

但应相对固定。

A.1.2底板槽位数应视控制系统模式及输入、输出点位数确定，空槽位数应不低于1个，并安装空槽位

盖板。

A.2电源模块

A.2.1电源模块应具有过电流和过电压保护功能，发生意外掉电，电源模块应有足够时间来保证系统完

成有序停机。

A2.2CPU主站宜采用两个型号相同的累加型电源模块且在背板的两端槽位上安装。远程站可采用一块

累加型电源模块并安装在底板的第一个槽位上。

A.3CPU模块

A.3.1CPU模块是PLC控制系统的核心部件，运算速度应大于40K指令/毫秒，内存应大于16MB，应集成

MODBUS/TCPIP和USB外部通讯接口。根据船闸控制系统CPU的历史使用情况，并结合船闸电气控制系统的

特点选择CPU模块。

A.3.2CPU模块宜配置在底板的第2个槽位上。

A.4通讯模块

A.4.1通讯模块应结合船闸电气控制系统和航道信息化需求进行选择，具备与上位机、远程站通讯的功

能。

A.4.2通讯模块应根据CPU型号具体配置，一般宜配置在底板的第3个槽位上。

A.5光纤模块

A.5.1光纤模块是主站和远程站光链路通讯的端口部件，具备环网链路功能。

A.5.2光纤通讯模块宜配置在底板的第4个槽位上。

A.6离散量输入模块

7

DB32/T3823—2020

A.6.1宜采用直流24V作为离散量输入模块标准化工作电压。

A.6.2离散量输入模块宜根据现场离散量信号的输入设备数量具体配置，同类的离散量输入模块宜连续

安装。

A.6.3离散量输入模块位于底板的槽位应相对固定，每个离散量输入模块的输入信号位置应相对固定。

A.7离散量输出模块

A.7.1离散量输出模块应根据信号的电压类型、负载大小及船闸电气控制系统离散量输出点位进行选

择。

A.7.2小功率直流24V负载（直流指示灯、24V直流继电器等）宜采用直流24V晶体管输出模块；大功率

流交流220V负载（交流信号灯、接触器线圈、电磁阀件等）宜采用继电器输出模块。

A.7.3离散量输出模块宜根据现场离散量信号的输出点位具体配置，同类的离散量输出模块宜连续安

装。

A.7.4离散量输出模块位于底板的槽位应相对固定，每个离散量输出模块的输出信号位置应相对固定。

A.8模拟量输入模块

A.8.1模拟量输入模块应按照输入信号的类型（电流型/电压型）及电压、电流量程等级进行选择。（电

流型输入信号量程等级有0～20mA、0～25mA与4～20mA；电压型输入信号量程等级有1～5V、0～10V、

-10V～10V与-5V～5V）

A.8.2模拟量输入模块宜根据现场模拟量信号的输入设备数量具体配置，同类的模拟量输入模块宜连续

安装。

A.8.3模拟量输入模块位于底板的槽位应相对固定，每个模拟量输入模块的输入信号位置应相对固定。

A.9模拟量输出模块

A.9.1模拟量输出模块应按照输出信号的类型（电流型/电压型）及电压电流量程等级进行选择。（电

流型输出信号量程等级有0～20mA与4～20mA；电压型输出信号量程等级有-10V～10V）

A.9.2模拟量输出模块宜根据现场模拟量信号的输出点位具体配置，同类的模拟量输出模块宜连续安

装。

A.9.3模拟量输出模块位于底板的槽位应相对固定，每个模拟量输出模块的输出信号位置应相对固定。

8

DB32/T3823—2020

附录B

（资料性附录）

数据库表结构

B.1数据库表索引

表B.1数据库表索引

序号表标识中文解释

1T_Login人员登录记录表

2T_Button按钮操作记录表

3T_Switch限位开关记录表

4T_PumpWorking泵站工作记录表

5T_PowerSupply电源工作记录表

6T_CircuitState控制回路状态记录表

7T_NumberOfLockages运行闸次记录表

8T_Time启闭时间记录表

9T_WaterLevel水位数据记录表

10T_StopFaults停机类故障记录表

11T_NonStopFaults非停机类故障记录表

12T_OutOfRange船舶越界记录表

注：本表所列索引可随信息化推进更新表结构。

B.2人员登录记录表

表B.2人员登录记录表

序号列名数据类型

1时间nchar(30)

2用户nchar(30)

B.3按钮操作记录表

表B.3按钮操作记录表

序号列名数据类型

1时间nchar(30)

2操作记录nchar(30)

3用户nchar(30)

9

DB32/T3823—2020

注：操作记录分操作站点的组态操作记录和按钮操作记录。

B.4限位开关记录表

表B.4限位开关记录表

序号列名数据类型

1时间nchar(30)

2限位记录nchar(30)

B.5泵站工作记录表

表B.5泵站工作记录表

序号列名数据类型

1时间nchar(30)

2运行步骤nchar(30)

3左电机1电流real

4左电机2电流real

5右电机1电流real

6右电机2电流real

7左泵站流量real

8左泵站温度real

9左泵站液位real

10右泵站流量real

11右泵站温度real

12右泵站液位real

13左侧系统工作压力real

14左侧油缸有杆腔工作压力real

15左侧油缸无杆腔工作压力real

16右侧系统工作压力real

17右侧油缸有杆腔工作压力real

18右侧油缸无杆腔工作压力real

注：该写库操作在闸门与阀门运行过程中可（建议20s）重复进行，其中阀门自落时电机不工作，可直接写

0；电机1和电机2无传感器可直接写0；泵站流量、油温、油位传感器存在有损坏或缺少的情况，建议写0；

有杆腔压力或无杆腔压力在没有硬件传感器的情况下，可直接写0。

B.6电源工作记录表

10

DB32/T3823—2020

表B.6电源工作记录表

序号列名数据类型

1时间nchar(30)

2位置nchar(30)

3A相电压real

4B相电压real

5C相电压