一种智能挡板防淹系统设计

江伟，黄玉萍

（广东交通职业技术学院，广东广州510650）

1 概述

近几年我国很多大城市经历汛期，地铁防汛也开始进入市民视线，此前北京遭遇特大暴雨，地铁被淹并发生倒灌情况，造成停运。很多地铁公司应对洪灾，均采用防汛沙袋或防淹挡板。防汛沙袋需要花费大量的时间和人力来装填、搬运[1-2]；防淹挡板相较传统的沙袋堵水，设计精巧，安装便捷[3]。

国内已经有部分地铁公司采用防淹挡板来防水。比如福州地铁一号线采用的防淹挡板，由福州轨道交通设计院自主研发设计。当水位较高时，地铁每个出入口都会放置铝合金防淹挡板（平时放置于出入口的扶梯下部通道一侧，以便于运营人员紧急使用）。由4 名工作人员在车站出入口架设防淹挡板，大约10 min 可以完成组装，形成地铁站的第一道防线。但由于各地铁出入口的规格不同，所以防淹挡板的规格并不统一，并且也需要人工安装防汛，没有智能化的措施。

国外比较有名的“防洪神器”是德国的Spundwand，通常情况下是由结构钢制成的防洪墙。这种墙壁由于具备一定密封功能，在特定环境下，它可被用于防洪或隔离被污染的土壤。该装置主要应用于城市防洪，同时这种墙也不是随便就能搭建的“可移动”装置，而是需要混凝土基座，推广上受客观条件局限。并且钢制防洪墙造价不菲，每平方米售价约为550 欧元。

本文介绍一种应用于地铁、地下车库、工厂等地势低洼，具有防淹作用的智能挡板，能根据水位的高度自动升降挡板。目前，该系统已经获得国家发明专利授权，其专利号为ZL201710131679.1。

2 系统组成

智能挡板防淹系统按功能划分为测速启动模块、高度调整模块、挡板主模块和主控模块4 个部分，如图1所示。

图1 智能挡板防淹系统结构图

2.1 测速启动模块

根据v=Q/s（其中v 代表流速，Q 代表流量，s 代表水箱底面积），而流量Q 跟水箱的高度h 成正比，因此可以通过测量水箱的高度h 来反映流速v。智能挡板防淹系统配套一无盖水箱，置于露天位置，水箱内部安装一组水位传感器（中西TRE1-PT500-601型），用于测量水箱内水位高度。传感器将箱内水位高度信号传输到主控模块；在水箱底部安装一阀门，由主控模块通过阀门限位开关进行控制。

2.2 高度调整模块

在地铁或地下车库的出入口某一位置垂直安装一组高度传感器和一组积水传感器。高度传感器用于测量挡板前积水与挡板顶端之间的高度差，积水传感器用于测量积水深度。通过这两组传感器将高度差信号和积水深度信号传输到主控部分。

2.3 挡板主模块

在地铁或地下车库的出入口两端安装固定滑道，挡板小部分置于滑道内，挡板大部分卷在卷轴上，卷轴连接电机。挡板主模块在未接到主控模块传来的启动信号时，全部处于地面以下；当接收到主控模块传输的启动信号时，电机第一次启动，带动挡板提升一定高度（初始高度不必太高）；当接收到主控模块传输的调整高度信号时，电机第二次启动，带动挡板调整到相应高度；当接收到主控模块传输的恢复信号时，电机第三次启动，带动挡板恢复到初始状态。

2.4 主控模块

主控模块采用西门子S7-1200PLC。主控模块接收两路信号：一路是测速启动模块传输过来的水位高度信号；另一路是高度调整模块传输过来的积水深度信号和高度差信号[4-6]。主控模块根据接收的信号来控制电机，从而控制挡板上升或下降；通过控制阀门限位开关可以排出无盖水箱里面的积水，排尽后关闭阀门。

3 工作流程

主控模块接收测速启动模块传输的水位高度信号，当此水位高度信号出现变化时，PLC定时控制启动。经过一段固定时间后，再次接收测速启动模块传输的水位高度信号，当且仅当此高度大于等于某一特定值时，主控模块发送信号控制电机第一次启动。否则，主控模块传输信号到水箱阀门，控制阀门进行排水，当接收到水箱内传感器水位高度接近于0 的信号时，控制阀门关闭。在电机第一次启动完成后，主控模块控制调整挡板高度模块的传感器启动，测量挡板前积水与挡板顶端之间的高度差并传输到主控模块，主控模块根据高度差信号控制电机第二次启动，将积水与挡板顶端之间的高度差控制在某一特定范围。当主控模块接收到调整挡板高度模块的传感器传输的积水深度接近于0 时，主控模块发送恢复信号控制电机第三次启动，并传输信号到水箱阀门，控制阀门打开进行排水。当接收到水箱内传感器水位高度接近于0 的信号时，主控模块传输信号到水箱阀门，控制阀门关闭。具体流程如图2 所示。

图2 智能挡板防淹系统工作流程图

4 结语

目前国内在防汛方面，采用的还是传统人工沙袋堆积方式，这种方式存在劳动强度大，工作效率低，挡水密封效果差，挡水高度调节有限等诸多问题。本研究根据目前实际的防汛情况，经过多次的实验和改造，设计出一种可自动升降挡板的智能化防淹系统。该系统可通过采集传感器的信号，根据水位深度自动调节挡板高度，能更迅速地应对紧急情况。