水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計VIP

1、水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計摘要本文首先對我國水電站計算機(jī)系統(tǒng)的水平及發(fā)展趨勢做了介紹；其次重點(diǎn)介紹了S7-200/300PLC在水電站監(jiān)控系統(tǒng)LCU的應(yīng)用及在水電站技術(shù)供水系統(tǒng)的作用和在水電站油壓裝置中的應(yīng)用；再次用工程制圖畫了水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及硬件配置表；最后編了PLC控制系統(tǒng)程序。關(guān)鍵詞：水電站發(fā)展趨勢S7-200系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖PLC編程AbstractthePLCS7-200/300monitoringsysteminhydropowerstationLCUapplicationandtechnicalsystemofwatersupplyinhydropowerstationoft

2、hefunctionandapplicationinthehydropowerstationhydraulicdevice;Againwiththesystemofengineeringdrawinghydropowerstationcomputermonitoringsystemstructurediagramandthehardwareconfigurationtable;ThelastprogramthePLCcontrolsystem.KeyWords：Hydropowerdevelopmenttrend；S7-200；PLCprogramming；Systemstructureoft

3、hesystem3/49目錄第一章緒論41.1我國水電站計算機(jī)系統(tǒng)的水平及發(fā)展趨勢41.1.1水電站最新技術(shù)41.1.2水電站發(fā)展趨勢61.2國內(nèi)外水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式111.2.1根據(jù)計算機(jī)在水電站監(jiān)控系統(tǒng)中的作用分類111.2.2其次,按計算機(jī)控制方式結(jié)構(gòu)來分析下列幾種模式系統(tǒng)14第二章S7-200/300PLC在水電站監(jiān)控系統(tǒng)LCU的應(yīng)用152.1PLC現(xiàn)地控制器162.2控制系統(tǒng)的功能182.3水力發(fā)電站排水系統(tǒng)控制系統(tǒng)20第三章S7-200PLC在水電站技術(shù)供水系統(tǒng)的作用23第四章S7-200水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計2水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖PLC在水電站油壓裝置中的應(yīng)用

4、254.1油壓裝置自動化的必要性與控制要求254.2PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計254.3PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計27第五章水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及硬件配置表295.1硬件配置表295.2水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖30第六章PLC控制系統(tǒng)程序316.1.潤滑與冷卻PLC控制系統(tǒng)梯形圖316.2.調(diào)相壓水綜合控制子程序336.3.油壓裝置自動操作控制程序35附錄1PLC梯形圖參考文獻(xiàn)第一章緒論4/49水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計水電站計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)是一門新興的科學(xué)，它博采硬件工程、軟件工程、通信工程、系統(tǒng)論、信息論和控制論等諸多學(xué)科之長，并逐步形成具有自己特長的、多學(xué)科融合和交叉的一門新興的科學(xué)體系

5、。水電站計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展方興未艾，它必將隨著硬件技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動化監(jiān)控技術(shù)的不斷發(fā)展而不斷向前推進(jìn)。在后面的學(xué)習(xí)中，我們將了解到現(xiàn)地控制單元最新技術(shù)和發(fā)展趨勢、通信系統(tǒng)的最新技術(shù)和發(fā)展趨勢、數(shù)據(jù)庫與軟件的最新技術(shù)和發(fā)展趨勢以及水電站計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)的總體現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。1.1現(xiàn)地控制單元的最新技術(shù)與發(fā)展趨勢在水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中LCU直接與電站的生產(chǎn)過程連接，是系統(tǒng)中最具面向?qū)ο筇卣鞯目刂圃O(shè)備?，F(xiàn)地控制單元的控制對象主要包括以下幾個部分：（1）電站發(fā)電機(jī)組設(shè)備：主要有水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、輔機(jī)、變壓器等；（2）開關(guān)站：主要有母線、斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘等

6、；（3）公用設(shè)備：主要有廠用電系統(tǒng)、油系統(tǒng)、汽系統(tǒng)、水系統(tǒng)、直流系統(tǒng)等；（4）閘門：主要有進(jìn)水口閘門、泄洪閘門等。LCU一般布置在水電站生產(chǎn)設(shè)備附近，就地對被控對象的運(yùn)行工況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)視和控制，是水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的較底層控制部分。原始數(shù)據(jù)在此進(jìn)行采集和預(yù)處理，各種控制調(diào)節(jié)命令都通過它發(fā)出和完成控制，它是整個監(jiān)控系統(tǒng)中很重要、對可靠性要求很高的控制部分。用于水電站的LCU按監(jiān)控對象和安裝的位置可分為機(jī)組LCU、公用LCU、開關(guān)站LCU等。而按照LCU本身的結(jié)構(gòu)和配置來分，則可以分為基于單片機(jī)線型結(jié)構(gòu)的LCU、基于可編程控制器(PLC)的LCU、基于智能現(xiàn)地控制器的LCU等三種。第一種LCU多

7、為水電站自動化初期的產(chǎn)品，目前已基本不再在新系統(tǒng)中采用。另外尚有極少數(shù)的小型水電站采用基于工業(yè)PC機(jī)(乂稱工控機(jī))的控制系統(tǒng)。下面僅討論目前處于主流地位的基于PLC和基于智能現(xiàn)地控制器的LCU部分?；谥悄墁F(xiàn)地控制器的LCU乂包括基于PCC(ProgrammableComputerController)的LCU和基于PAC(Programmab1eAutomationController)的LCU。1.1.1最新技術(shù)1.基于可編程控制器(PLC)的LCUPLC的定義有許多種。國際電工委員會(IEC)對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用可

8、編程序存貯器，可以進(jìn)行內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時.，計數(shù)與算術(shù)操作等，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。最初，由于美國汽車工業(yè)的需要而產(chǎn)生了可以說是原始的PLC。雖然PLC問世時間不算太長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路制造技術(shù)和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，PLC的應(yīng)用和技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分三個階段：（1）早期的PLC（60年代末-70年代中期）：早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。（2）中期的PLC（70年代中期-80年

9、代中.后期）：在70年代開始采用微處理器作為PLC的中央處理單元（CPU）o這樣，使PLC6/49水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計得功能大大增強(qiáng)。在軟件方面，在原有的邏輯運(yùn)算、定時、計數(shù)等功能的基礎(chǔ)上增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)通訊、自診斷等功能。在硬件方面，開發(fā)了模擬量模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊以及各種特殊功能模塊，使PLC的應(yīng)用范圍得以迅速擴(kuò)大到需要自動控制的很多行業(yè)。（3）近期的PLC（80年代中、后期至今）進(jìn)入80年代中、后期，由于微處理器硬件制造技術(shù)迅速發(fā)展，同時市場價格大幅度下降，使得各PLC生產(chǎn)廠家可以采用更高檔次的微處理器。為了進(jìn)一步提高PLC的處理速度，很多制造廠商還研制開發(fā)了專用邏輯處

10、理芯片。后來PLC還融入了Ethernet、Webserver等技術(shù)，提供了功能豐富的配套軟件，使廣大用戶使用起來更加得心應(yīng)手。上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時,期，年增長率一直保持為30%40%。在這時期，PLC的數(shù)據(jù)采集處理能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口和網(wǎng)絡(luò)通信能力都得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，與部分工業(yè)控制設(shè)備相結(jié)合后在某些應(yīng)用上逐漸取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。由于PLC具有通用性強(qiáng)、可靠性高、使用方便、編程簡單、適應(yīng)面廣等特點(diǎn)，使它在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的得到了非常廣泛的應(yīng)用。我國將PLC應(yīng)用于水電站生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)控始于上世紀(jì)

11、80年代，由于PLC一般按照工業(yè)使用環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單實(shí)用、接插性能好很快被電站用戶和系統(tǒng)集成商接受，得到了較好的應(yīng)用。目前在我國水電站使用較廣泛的PLC有：GEFanuc公司的GEFanuc90系列,德國Siemens公司的S5、S7系列,法國Schneider公司的Modicon.PremiumAtrium和Quantum,美國Rockwell公司PLC5、ControlLogix,日本OMRON公司的SU-5、SU-6、SU-8,日本MITSUBISHI公司的FX2系列等。由于各種PLC的設(shè)計原理差異較大，產(chǎn)品的功能、性能以及可以構(gòu)成現(xiàn)地系統(tǒng)的規(guī)模有很大

12、的不同。一般來說，根據(jù)不同電站在安全性能（包括可靠性、可維護(hù)性等）、應(yīng)用功能、控制規(guī)模、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面的實(shí)際需求進(jìn)行選擇，還是可以找到合適的PLC的。目前我國很大一部分電站的自動化系統(tǒng)都是采用PLC構(gòu)成現(xiàn)地控制部分的，通過合理的配置和搭配，它們基本上都能在系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)起相應(yīng)責(zé)任，完成相應(yīng)的功能。但PLC作為一種通用的自動化裝置，并非是為水電站自動化而專門設(shè)計的,在水電自動化這一有著特殊要求的行業(yè)應(yīng)用中不可避免地也會有一些不適合的地方，現(xiàn)列出以下兒點(diǎn)：（1）PLC以“掃描”的方式工作，不能滿足事件分辨率和系統(tǒng)時鐘同步的要求。水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)都是多機(jī)系統(tǒng)，為了保證事件分辨率除了PLC本身應(yīng)具有一

13、定的事件響應(yīng)能力和高精度時鐘外，還要求整個系統(tǒng)內(nèi)各部分主要設(shè)備之間的時鐘綜合精度也必須保證在毫秒級以內(nèi)。而以PLC為基礎(chǔ)的現(xiàn)地控制裝置如果不采取特殊措施，就無法保證水電站安全運(yùn)行對事件分辨率和系統(tǒng)時鐘同步的要求。（2）通用型PLC的起源主要針對機(jī)械加工行業(yè)，以后逐步擴(kuò)展到各行各業(yè)?，F(xiàn)在的PLC雖然具有較強(qiáng)的自診斷功能，但對于輸入、輸出部分，它只自診斷到模件級。這對于我國電力生產(chǎn)這樣一個強(qiáng)調(diào)“安全第一”的行業(yè)來說，有一定的欠缺，往往需要另加特殊的安全措施。（3）通用型PLC一般都具有一定的浪涌抑制能力，基本上可以適合大部分行業(yè)應(yīng)用。但對于水電站自動化系統(tǒng)來講，由于設(shè)備工作環(huán)境的特殊性，通用型PL

14、C的浪涌抑制能力與技術(shù)規(guī)范所要求的三級浪涌抑制能力還有一些差距。2.基于智能現(xiàn)地控制器的LCU在我國水電站自動化系統(tǒng)中應(yīng)用較多的另一類現(xiàn)地控制單元應(yīng)該就是智能現(xiàn)地控制器，如ABB公司AC450,南瑞集團(tuán)的SJ-600系列，Elin公司的SAT1703等。其中AC450是ABB公司生產(chǎn)的適用于工業(yè)環(huán)境的AdvantController系列現(xiàn)地控制單元中的一種，主要應(yīng)用于其它行業(yè)的DCS中。它包括了以Motorola680406/49水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計為主處理器的CPU模件和I/O、MasterBus等多種可選的模件，支持集中的I/O和分布式I/O,可根據(jù)不同的應(yīng)用需求采用不同的模件來構(gòu)成適

15、用的現(xiàn)地子系統(tǒng)°SAT1703是奧地利Elin公司生產(chǎn)的多處理器系統(tǒng)，它包括3個裝有不同接口處理器的子系統(tǒng)AK1703、AME1703和AM1703o每個子系統(tǒng)由主處理器、接口模板（模塊）、通信模塊等構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、控制和通信功能，在LCU內(nèi)部采用SMI（SerialModulelnterconnector）進(jìn)行通信。SAT1703現(xiàn)地控制單元采用OS/2操作系統(tǒng),運(yùn)行的控制軟件為Toolbox。SJ-600系列是國電自動化研究院上世紀(jì)九十年代末為在惡劣工業(yè)環(huán)境下運(yùn)行而生產(chǎn)的國產(chǎn)智能分布式現(xiàn)地控制單元，由主控模件、智能I/O模件、電源模件以及連接各模件與主控模件的現(xiàn)場總線網(wǎng)組成

16、。已在全國數(shù)十個大中型水電站可靠地運(yùn)行。SJ-600具有以卜主要特點(diǎn)：（1）其中，主控模件采用符合IEEE1996.1的嵌入式模塊標(biāo)準(zhǔn)PC104,具有可靠性高、現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。使用低功耗嵌入式CPU,可選CPU型號從486至Pentium系列。（2）32位智能I/O模件。所有模件采用32位嵌入式CPU,該CPU專門為嵌入式控制而設(shè)計，軟件上采用板級實(shí)時操作系統(tǒng)和統(tǒng)一的程序代碼，只是按模件的不同而運(yùn)行相應(yīng)的任務(wù)。采用了大規(guī)模可編程邏輯芯片（EPLD）及Flash存儲器，簡化了系統(tǒng)設(shè)計，提高了可靠性。智能化的I/O模件除了可獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理，還具備很強(qiáng)的自診斷功能，提供了可靠的控制

17、安全性和方便的故障定位能力。（3）具有現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)采用兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，第一層是廠級控制網(wǎng)，連接LCU和廠級計算機(jī)，構(gòu)成分布式計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；第二層是I/O總線網(wǎng)絡(luò),連接主控模件和智能I/O模件（現(xiàn)地或遠(yuǎn)程），構(gòu)成分布式現(xiàn)地控制子系統(tǒng)。所有I/O模件均配備兩個現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)接口，這些模件都可以分散布置，形成高可靠性的分布式冗余系統(tǒng)。（4）LCU直接連接高速網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)已成為計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的重要部分，它涉及到電站控制策略和運(yùn)行方式。以前現(xiàn)地控制器多是使用專用網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行連接，而不是符合開放性標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)。如AC450采用MB300網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)系統(tǒng)連接，而與采用TCP/IP協(xié)議的系統(tǒng)

18、連接只能通過專用模件以VIP的方式進(jìn)行受限制的數(shù)據(jù)傳輸。（5）提供了直接的GPS同步時鐘接口，無需編程和設(shè)置。GPS對時可直達(dá)模件級，滿足了對時鐘有特殊要求的場合，如SOE等。（6）提供基于IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的控制語言，在保留了梯形圖、結(jié)構(gòu)文本、指令表等編程語言的基礎(chǔ)上，開發(fā)了采用“所見即所得”技術(shù)設(shè)計的可視化流程圖編程語言。支持控制流程的在線調(diào)試和回放，非常適合復(fù)雜的控制流程的生成和維護(hù)。（7）針對水電站自動化專業(yè)應(yīng)用開發(fā)的專用功能模塊。1.1.2發(fā)展趨勢在全球計算機(jī)工業(yè)控制領(lǐng)域圍繞著計算機(jī)和控制系統(tǒng)硬件/軟件、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(shù)等方面都在迅速地發(fā)展，同時，我國水電自動化

19、領(lǐng)域的技術(shù)也不斷取得長足的發(fā)展。隨著全國水電站“無人值班”（少人值守）工作的推進(jìn)，以及多個單機(jī)容量700MW的特大型水電站的建設(shè)，要求水電站自動化系統(tǒng)及其自動控制裝置應(yīng)具備高度可靠性、自治性、開放性，發(fā)展成為一個集計算機(jī)、控制、通信、網(wǎng)絡(luò)、電力電子等新技術(shù)為一體的綜合系統(tǒng)，LCU應(yīng)具備完備可靠的硬件結(jié)構(gòu)，開放的軟硬件平臺和強(qiáng)大的應(yīng)川系統(tǒng)。完成對電站生產(chǎn)設(shè)備有效的安全監(jiān)控和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。PLC和智能現(xiàn)地控制器都在朝著適應(yīng)新的應(yīng)用需求的方向發(fā)展，如PLC根據(jù)傳統(tǒng)PLC的不足，開發(fā)新的功能模件或者結(jié)合PLC技術(shù)和IPC#/49水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)開發(fā)出相當(dāng)于智能現(xiàn)地控制器的新產(chǎn)品。Schneid

20、er公司開發(fā)了ERT模件，GE公司融入了第三方的產(chǎn)品以滿足水電站自動化對SOE的要求，GEFanuc2003年推出了新產(chǎn)品PACSystem,分別為90-70的升級產(chǎn)品RX7i和90-30的升級產(chǎn)品RX3i兩個系列。與以前的GEPLC相比，最主要是CPU部分的徹底更換。RX7i系列仍然采用VME64總線機(jī)架方式安裝，CPU采用lntelPIII-700處理器，集成2個10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)卡，不需要另配以太網(wǎng)模件。主機(jī)架采用新型17槽VME機(jī)架，而擴(kuò)展機(jī)架、I/O模塊、Genius網(wǎng)絡(luò)仍采用原90-70產(chǎn)品。從而使其在兼容以前產(chǎn)品的同時，性能得到了很大地提高?？梢钥闯鲎詣踊O(shè)備生產(chǎn)商都在不

21、斷努力開發(fā)新的產(chǎn)品，但有些改進(jìn)并不是針對水電站自動化這個有一定特殊性的行業(yè)的，對水電站自動化來說重要的幾點(diǎn)是：（1）CPU模件宜采用符合IEEE1996.1的嵌入式模塊標(biāo)準(zhǔn)的低功耗CPU,或符合工業(yè)環(huán)境使用的通用型低功耗CPU。運(yùn)行實(shí)時多任務(wù)的操作系統(tǒng)，以利于提高現(xiàn)地控制單元對實(shí)時事件的即時響應(yīng)和處理能力，方便增加、集成水電行業(yè)的專用模塊和特殊需求的功能。傳統(tǒng)的PLC由于受其運(yùn)行模式的限制，在測點(diǎn)數(shù)量大量增加、邏輯任務(wù)處理量或任務(wù)數(shù)增加的時候，會對運(yùn)行處理周期產(chǎn)生較大影響；對現(xiàn)場的實(shí)時事件的響應(yīng)也不夠即時,。這對實(shí)現(xiàn)大容量的大型水輪發(fā)電機(jī)組的高質(zhì)量現(xiàn)地實(shí)時監(jiān)控有著一定的欠缺。（2）采用智能化的

22、I/O模件，它除了可獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理，方便分散布置，還可具備很強(qiáng)的自診斷功能，提供了可靠的控制安全性和方便的故障定位能力。（3）標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)連接，這里包括現(xiàn)場總線網(wǎng)和常用的以太網(wǎng)。LCU往往通過現(xiàn)場總線（常用的有CAN等）向下連接著各種智能儀表、智能傳感器和分級監(jiān)控的子系統(tǒng)（如大型機(jī)組的溫度、水系統(tǒng)等），通過高速網(wǎng)絡(luò)（TCP/IP、工業(yè)以太網(wǎng)）連接廠級計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。所以LCU必須遵循嚴(yán)格的國際開放標(biāo)準(zhǔn)（如IEC61158等），對這兩種網(wǎng)絡(luò)提供有效的支持，提高現(xiàn)場不同廠家設(shè)備的組網(wǎng)能力、方便性和可維護(hù)性。（4）提供對SOE既方便乂有良好性價比的支持，提高現(xiàn)場事件信號分辨率，以滿足水電站

23、“無人值班（少人值守）”管理模式下對故障的產(chǎn)生原因進(jìn)行準(zhǔn)確分析的需求。目前大部分傳統(tǒng)PLC對此需求還有所欠缺。（5）提高控制安全性，應(yīng)在LCU軟硬件故障或異常的任何情況下，都不會有錯誤的控制信號輸出。否則，就會造成電站生產(chǎn)設(shè)備損壞，甚至?xí)斐呻娏ο到y(tǒng)事故。這是至關(guān)重要的一點(diǎn)，一般LCU對此尚無足夠的重視。（6）網(wǎng)絡(luò)安全性，隨著對通過Ethernet進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的需求日益提高，很多LCU廠家已經(jīng)提供或正在開發(fā)LCU的Ethernet模件或者在LCU中內(nèi)嵌Ethernet功能和Web服務(wù)。無論外掛或內(nèi)嵌式的Ethernet功能和Web支持都為應(yīng)用提供了極大的便利，但是在用戶得到應(yīng)用便利的同時也受到

24、網(wǎng)絡(luò)安全的極大危險。攻擊、入侵、病毒等都可能對控制系統(tǒng)造成致命的危害，所以，必須按照國家相關(guān)部委關(guān)于“電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)”的規(guī)定認(rèn)真執(zhí)行。（7）提高可靠性和可用性，由于水電站的特殊應(yīng)用環(huán)境，要求LCU應(yīng)具有很強(qiáng)的抗電磁干擾能力、抗浪涌能力和一定的抗振動能力?？梢园匆蠼M成冗余的熱備系統(tǒng)，確保在監(jiān)控系統(tǒng)中，無論是不相同的單部件故障還是主機(jī)和備機(jī)的切換都不會對控制造成影響。部分廠家的LCU還無法滿足這些要求或指標(biāo)太低。（8）提高易用性，這也是用戶考慮的一個重要方面。例如，南瑞公司的SJ-600就提供了功能強(qiáng)大的可視化交換式組態(tài)工具軟件MBPro,可以幫助用戶方便地進(jìn)行生產(chǎn)控制應(yīng)用的生成、調(diào)試和維

25、護(hù)。Schneider公司也提供了完全重新設(shè)計的自動化軟件Unity,支持ModiconPremiumAtrium和QuantumPLC0其他LCU廠家也提供了或正在開發(fā)不同功能的非常有用工具軟件，用戶在使用LCU方面將越來越方便?，F(xiàn)在我們可以確信的是，在各LCU生產(chǎn)廠家全面透徹地理解我國水電自動化領(lǐng)域?qū)CU的真正需求以后，都會認(rèn)真的進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)。無論P(yáng)LC、智能現(xiàn)地控制器，還是PCC、PAC,盡管它們在硬件結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)構(gòu)成、工作原理、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用功能等方面都存在大大小小的差異，它們都可能在廣泛的水電站計算機(jī)監(jiān)控的應(yīng)用中找到不同的定位（如一些LCU可以在要求比較低的小水電中得到應(yīng)用）。但是

26、，要在大型、超大型電站得到很好的應(yīng)用，則必須結(jié)合計算機(jī)技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)、通信技術(shù)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面的發(fā)展，不斷進(jìn)行LCU軟硬件的技術(shù)更新。在未來幾年內(nèi)，對標(biāo)準(zhǔn)化、安全性、可靠性、開放性、可互操作性、可移植性的要求將是水電站用戶至為關(guān)心的。我們相信自動化產(chǎn)品生產(chǎn)商在最近幾年將會推出更多適合各領(lǐng)域個性化應(yīng)用的控制器及新的功能，以滿足不同用戶不斷增長的需求。1.2通信系統(tǒng)的最新技術(shù)與發(fā)展趨勢通信系統(tǒng)是水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的“神經(jīng)系統(tǒng)”，它直接關(guān)系到整個監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時性、可靠性和安全性等方面。通信技術(shù)的現(xiàn)代化，已被公認(rèn)為水電站電能生產(chǎn)現(xiàn)代化的重要條件和明顯標(biāo)志。隨著計算機(jī)技術(shù)、測控技術(shù)和電子技術(shù)的

27、K速發(fā)展，在現(xiàn)代通信領(lǐng)域中，各種先進(jìn)的通信技術(shù)、通信設(shè)備和通信手段層出不窮。如何提高通信系統(tǒng)的可靠性、準(zhǔn)確性和實(shí)時性，以及如何擴(kuò)大通信的距離，一直是通信系統(tǒng)設(shè)計和研究過程中必須考慮的一系列關(guān)鍵性的問題。本節(jié)通過分類列舉出以下兒種目前比較典型的通信系統(tǒng)，并對每種系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用的場合進(jìn)行了對比和分析，以了解目前通信系統(tǒng)的最新技術(shù)與發(fā)展趨勢。1.2.1 最新技術(shù)目前應(yīng)用比較廣泛、技術(shù)比較成熟的通信系統(tǒng)主要有以下幾大類。1 .應(yīng)用專線的通信系統(tǒng)對于測控距離較短、通信數(shù)據(jù)量大、通信頻繁且實(shí)時性、可靠性和保密性要求都很高的遠(yuǎn)程分布式計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，一般采用自行架設(shè)專線（如電纜）來作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ馈?/p>

28、系統(tǒng)主站（電站主控層的上位機(jī)）通過擴(kuò)展的多個串行口及MODEN,與各地的多個子站相連。子站（或主站）發(fā)送的數(shù)據(jù)通過串行口送給本地MODEN進(jìn)行調(diào)制之后,通過專線傳輸給遠(yuǎn)方MODEN,遠(yuǎn)方MODEN將收到的信號解調(diào)為數(shù)字信號，通過串行送給主站（或子站）的PC機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)集中管理。這種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的關(guān)鍵是如何建立主站和各個子站之間的通信協(xié)議，以保證整個系統(tǒng)的實(shí)時性和避免沖突的產(chǎn)生，可以采用快速巡查或“定點(diǎn)查詢的方法來解決這一問題。這種通信系統(tǒng)不但在水電站計算機(jī)監(jiān)控中應(yīng)用，而且在交通、工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用也十分廣泛，比如說鐵路沿線行車信號燈的監(jiān)控，就可以采用這種測控網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。2 .利用公用電話網(wǎng)的通信系統(tǒng)

29、在通信不是很頻繁、通信數(shù)據(jù)量較小、實(shí)時性和保密性要求不高的場合，可以租用公用電話網(wǎng)，采用撥號方式建立臨時連接的方式來實(shí)現(xiàn)通信。采用這種測控系統(tǒng)可以降低系統(tǒng)的硬件成本、縮短建網(wǎng)周期，實(shí)現(xiàn)高速高效的目的。該系統(tǒng)中的每個子站只需要定時采集被控對象的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并保存在自己的數(shù)據(jù)庫中；主站則只能在屏幕上面按狀態(tài)數(shù)據(jù)庫所保存的最新數(shù)據(jù)顯示各測控對象的狀態(tài)。當(dāng)需要檢測遠(yuǎn)方測控對象的狀態(tài)或?qū)ζ鋱?zhí)行操作時，主站從自己的數(shù)據(jù)庫中找到對應(yīng)子站的電話號碼，通過撥號方式向子站發(fā)出“握手信號”，相應(yīng)的子站接收到“握手信號”后執(zhí)行摘機(jī)命令，從而建立起主站和子站之間的通信渠道。由于這種測控系統(tǒng)的實(shí)時性和保密性都比較差，因此只

30、用在一些了解遠(yuǎn)方測控對象的運(yùn)行狀態(tài)和提前預(yù)防事故的場合。3 .采用光纖通道的通信系統(tǒng)利用光纜傳輸測量與控制數(shù)據(jù)，可以充分發(fā)揮光纜傳輸?shù)姆€(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸容量大等優(yōu)點(diǎn)。在這種系統(tǒng)中，光纖收發(fā)器是主要的設(shè)備，它的作用是進(jìn)行電光、光電轉(zhuǎn)換，并可以直接接收串行口的控制信號，有些光纖收發(fā)器還兼具有以太網(wǎng)接入功能?？紤]到系統(tǒng)的高穩(wěn)定性和高可靠性，在設(shè)計過程中必須慎重選擇串行接口和光纖收發(fā)器。這種通信系統(tǒng)的投資較高，但由于其抗干擾和抗雷擊能力強(qiáng)，并且通信質(zhì)量優(yōu)越，因此在水電站及電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離不間斷監(jiān)控中得到廣泛應(yīng)用。4 .基于Internet/lntranet的通信系統(tǒng)測控系統(tǒng)以計算機(jī)為中心、以

31、網(wǎng)絡(luò)為核心的特征日益明顯。使用Internet/lntranet的通信系統(tǒng)，使人們從任何地點(diǎn)、任何時刻獲取到測量信息（或數(shù)據(jù)）的愿望成為現(xiàn)實(shí)O實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)必須解決許多關(guān)鍵性問題，比如數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?zhǔn)確性和實(shí)時性;網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的連接和更新的動態(tài)性、實(shí)時性、有高的編程效率和很好的兼容性等；TCP/IP協(xié)議和現(xiàn)場總線協(xié)議的兼容性，真正達(dá)到數(shù)據(jù)暢通無阻；此外，網(wǎng)絡(luò)的安全性也是一個不容忽視的環(huán)節(jié)?；贗nternet/lntranet的網(wǎng)絡(luò)化通信系統(tǒng)適用于異地或者遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)采集、故障監(jiān)測、報警等等，其應(yīng)用范圍也十分廣泛。5 .基于無線通信的通信系統(tǒng)對于工作點(diǎn)多、通信距離遠(yuǎn)、環(huán)境惡劣且實(shí)時性和可靠性要

32、求比較高的場合，可以利用無線電波來實(shí)現(xiàn)主控站與各個子站之間的數(shù)據(jù)通信，采用這種通信方式有利于解決復(fù)雜連線，無需鋪設(shè)電纜或光纜，降低了環(huán)境成本。這種通信系統(tǒng)的關(guān)鍵是要使射頻模塊的接收靈敏度和發(fā)射功率足夠高（可以采用專業(yè)無線電臺來替代射頻模塊），以擴(kuò)大站點(diǎn)間的距離，同時還需要考慮無線電波波段的選擇；無線通信調(diào)制解調(diào)器已經(jīng)有許多比較成熟的產(chǎn)品，可以根據(jù)實(shí)際需要來選擇?；跓o線通信的通信技術(shù)，其缺點(diǎn)是抗干擾能力差，因此在水電站及電力系統(tǒng)中的應(yīng)用受到限制，目前僅應(yīng)用于距離相對較遠(yuǎn)的電網(wǎng)層計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。1.2.2發(fā)展趨勢通信技術(shù)是計算機(jī)監(jiān)控領(lǐng)域發(fā)展主要方向之一。各種新技術(shù)、新器件、新理論的出現(xiàn)和計算機(jī)網(wǎng)

33、絡(luò)的飛速發(fā)展，必將給通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供廣闊的天地。1 .數(shù)據(jù)傳輸方式朝復(fù)合式、多樣性發(fā)展隨著今后測控距離的不斷擴(kuò)大以及監(jiān)控系統(tǒng)復(fù)雜度的不斷增加，單一的數(shù)據(jù)傳輸方式往往不能勝任要求；在一個遠(yuǎn)程計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中采取多種數(shù)據(jù)傳輸方式相互配合使用，可以降低系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)難度，有利于整個系統(tǒng)的模塊化處理。2 .進(jìn)一步融合EMIT（嵌入式微型因特網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)）和ECS（嵌入系統(tǒng)）技術(shù)進(jìn)一步融合EMIT（嵌入式微型因特網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)）和ECS（嵌入系統(tǒng)）技術(shù)使現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和控制子系統(tǒng)的智能化程度得到提高，且能夠更方便的與通信中心建立起通信渠道。隨著微處理器和嵌入式技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)的10系統(tǒng)的智能化程度將進(jìn)一

34、步提高，這樣就可以大大減低主控機(jī)CPU的負(fù)擔(dān)，使整個系統(tǒng)的實(shí)時性和測控性能提高；同時，高智能化的數(shù)據(jù)采集和控制子系統(tǒng)可以很方便地通過Internet/lntranet將通信距離無限擴(kuò)展。3 .基于虛擬儀器的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)將是通信技術(shù)發(fā)展的一個方向隨著虛擬儀器技術(shù)的快速推廣和發(fā)展，實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)基于Internet/lntranet的通信能力大大提高，基于虛擬儀器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的通信網(wǎng)絡(luò)將成為科學(xué)研究和生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)的重要組成部分。9/49水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計在我國，通信技術(shù)的發(fā)展方興未艾?？梢灶A(yù)見，通信技術(shù)必將隨著我國相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而逐步完善和成熟，各種功能的通信系統(tǒng)在不遠(yuǎn)的將來會廣泛地使用在社會

35、的各個領(lǐng)域，通信技術(shù)的新發(fā)展也必將給水電站及電力系統(tǒng)的II算機(jī)監(jiān)控領(lǐng)域注入新的活力。1.3 數(shù)據(jù)庫與軟件的最新技術(shù)與發(fā)展趨勢1.3.1 數(shù)據(jù)庫最新技術(shù)與發(fā)展趨勢U前，水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫廣泛采用專用實(shí)時數(shù)據(jù)庫和商用歷史數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的形式，專用實(shí)時數(shù)據(jù)庫一般由監(jiān)控系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家自行開發(fā)，而商用歷史數(shù)據(jù)庫采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，如SQLServer、Oracle等。在本書的第4章專門介紹了數(shù)據(jù)庫應(yīng)用與開發(fā)的最新方案和技術(shù)，這些技術(shù)包括：數(shù)據(jù)庫的集成化技術(shù)、數(shù)據(jù)庫的面向?qū)ο箝_發(fā)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫的管理、安裝及維護(hù)技術(shù)等。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是水電站監(jiān)控系統(tǒng)的核心，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響到整個監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時性

36、、可靠性、安全性、可擴(kuò)性以及可維護(hù)性。目前.，在水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)還存在諸多不足：專用實(shí)時數(shù)據(jù)庫和商用歷史數(shù)據(jù)庫雖然可以集成在一起，但這種集成會帶來一些負(fù)面的影響，如集成的有縫性、集成化加大資源的開銷、集成化對實(shí)時性產(chǎn)生影響、集成化引起數(shù)據(jù)失真等；專用實(shí)時數(shù)據(jù)庫由生產(chǎn)廠家自行開發(fā)，缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不利于監(jiān)控系統(tǒng)的擴(kuò)展和維護(hù)；歷史數(shù)據(jù)庫采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫不支持可擴(kuò)展標(biāo)記語言（XML）數(shù)據(jù)的處理方式或支持非常生硬，而XML作為目前最流行的一種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，它能為不同應(yīng)用程序間的數(shù)據(jù)交換和不同系統(tǒng)間的集成提供了強(qiáng)大的機(jī)制；水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的分層分布式結(jié)構(gòu)使其比較合適采

37、用分布式數(shù)據(jù)庫，而采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)很難保障各分布點(diǎn)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)一致性；目前的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對事務(wù)處理能力較差，只能支持非嵌套事務(wù)，對長事務(wù)的響應(yīng)較慢，而且在長事務(wù)發(fā)生故障時恢復(fù)也比較困難。從數(shù)據(jù)庫的發(fā)展歷史來看，第一代數(shù)據(jù)庫為層次和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其代表是1969年IBM公司研制的層次化模型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)IMS（InformationManagementSystems）；第二代即為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它以關(guān)系模型為基礎(chǔ)，目前開發(fā)的系統(tǒng)大多是基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的；目前數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)正朝著第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)展，日前IBM公司推出的混合型數(shù)據(jù)庫已向第三代數(shù)據(jù)庫邁進(jìn)了一步，雖然第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是采用混合型

38、數(shù)據(jù)庫還是“純的XML數(shù)據(jù)庫”尚未定論，但人們對其基本特征已有了共識：（1）第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)除了現(xiàn)有的數(shù)據(jù)管理服務(wù)外，還應(yīng)支持更加豐富的對象結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)規(guī)范，應(yīng)集數(shù)據(jù)管理、對象管理和知識管理為一體，支持面向?qū)ο螅∣OP）數(shù)據(jù)模型，支持XML數(shù)據(jù)格式；（2）對XML的支持是第三代數(shù)據(jù)庫的重要特性，第三代數(shù)據(jù)庫必須在保持和繼承第二代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)上有新的突破，如能同時存儲和查詢XML數(shù)據(jù)和關(guān)系型數(shù)據(jù)，而不用進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。用戶不僅可以使用同一個數(shù)據(jù)庫對象同時管理傳統(tǒng)的SQL數(shù)據(jù)和XML文檔，甚至還可以編寫一個同時對這兩種數(shù)據(jù)形式進(jìn)行搜索和處理的查詢。（3）第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)必須是開發(fā)的，支持?jǐn)?shù)據(jù)庫

39、語言標(biāo)準(zhǔn)、支持標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、具有良好的可移植性、可連續(xù)性、可擴(kuò)展性和可互操作性等。1.3.2 軟件最新技術(shù)與發(fā)展趨勢水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件是整個監(jiān)控系統(tǒng)的“靈魂”，其形式豐富、層次復(fù)雜。從其作用方面劃分可分為智能化設(shè)備軟件、現(xiàn)地監(jiān)控軟件、網(wǎng)絡(luò)通信軟件、上位機(jī)軟件已經(jīng)人機(jī)接口軟件等；從層次上劃分有操作系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、應(yīng)用支持軟件、應(yīng)用軟件等。關(guān)于水電站計算機(jī)監(jiān)控的軟件系統(tǒng)在笫6章已作較為充分的介紹,其最新技術(shù)包括：軟件的層次化構(gòu)建技術(shù)、軟件的面向?qū)ο蠓治黾夹g(shù)、軟件的UML10 / 49水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計建模技術(shù)、軟件的開發(fā)技術(shù)、軟件的安裝和維護(hù)技術(shù)等。軟件是隨著硬件的發(fā)展而不斷向

40、前發(fā)展和推進(jìn)的，軟件的最終目標(biāo)是使硬件發(fā)揮其最大效能。軟件的發(fā)展主要有以下一些趨勢：自動化設(shè)備軟件的智能化趨勢，現(xiàn)地監(jiān)控軟件的組態(tài)化趨勢，通信軟件的標(biāo)準(zhǔn)化趨勢，上位機(jī)軟件的網(wǎng)絡(luò)化趨勢，人機(jī)接口軟件的多媒體化趨勢等。1.4 水電站計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)的總體現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢目前，對水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以理解為由水電站計算機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、水電站計算機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、水電站廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行系統(tǒng)、水電站微機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、水電站微機(jī)勵磁系統(tǒng)等構(gòu)成的一個集成化的綜合的自動化監(jiān)控系統(tǒng)。其范圍涉及到水電站水輪發(fā)電機(jī)組、水輪發(fā)電機(jī)組附屬設(shè)備、升壓站及公用設(shè)備、水輪機(jī)組輔助設(shè)備以及其他水工設(shè)施。水電站計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)作為一種綜合的技

41、術(shù)，它將伴隨著水電站硬件技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動化監(jiān)控技術(shù)的不斷發(fā)展而不斷向前推進(jìn)，各種子系統(tǒng)如水電站閘門監(jiān)控系統(tǒng)、水電站廠內(nèi)水資源綜合調(diào)度系統(tǒng)、水電站水情測報系統(tǒng)、水電站大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)以及水電站無線通信系統(tǒng)等將不斷集成到水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)之中，水電站全計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的概念將逐漸得到呈現(xiàn)和清晰。同時，水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)也將不斷融合進(jìn)梯級水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和電網(wǎng)級計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)之中，成為電力系統(tǒng)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的一個不可缺少的組成部分。水電站計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)是一門新興的學(xué)科，它能夠博采硬件工程、軟件工程、通信工程、系統(tǒng)論、信息論和控制論等諸多學(xué)科之長，并逐步形成

42、具有自己特長的、多學(xué)科融合和交叉的一門新興的科學(xué)體系。目前，許多水電站采用計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)提高了水電站的運(yùn)行和管理水平，并不斷地向“無人值班”（少人值守）的方向發(fā)展，但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，我們迫切需要繼續(xù)研究水電站綜合自動化系統(tǒng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，以進(jìn)一步提高水電站的運(yùn)行管理水平和綜合自動化水平。1.2國內(nèi)外水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式目前，各國水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)有各種不同的結(jié)構(gòu)模式,從控制方式上看,可分為集中式監(jiān)控系統(tǒng)、分散式監(jiān)控系統(tǒng)、分布式監(jiān)控系統(tǒng)和全開放、全分布式監(jiān)控系統(tǒng)等。從計算機(jī)在水電站監(jiān)控系統(tǒng)中的作用來看，乂可分為以常規(guī)自動化裝置為基礎(chǔ)的計算機(jī)輔助監(jiān)控系統(tǒng)（CASC系統(tǒng)）；以計算機(jī)為基礎(chǔ)的

43、監(jiān)控系統(tǒng)（CBSC系統(tǒng)夕以及il算機(jī)和常規(guī)裝置雙重化的監(jiān)控系統(tǒng)（CCSC系統(tǒng)）.1.2.1根據(jù)計算機(jī)在水電站監(jiān)控系統(tǒng)中的作用劃分的三種系統(tǒng)1計算機(jī)輔助監(jiān)控系統(tǒng)（CASC）這是最早采用的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)模式，目前仍有許多電站采用這種方式。采用這種模式，電站的控制操作主要仍由常規(guī)的自動裝置來完成，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理事件記錄、打印制表、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行計算等功能，可提高電站的安全運(yùn)行和自動化管理水平,并可取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。采用這模式,運(yùn)行中計算機(jī)監(jiān)控部分即使發(fā)生故障,水電站仍能維持正常運(yùn)行，只是部分功能暫不能實(shí)現(xiàn),這種模式對計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的性能要求可以低些,因而其投資也較低，

44、比較容易實(shí)現(xiàn)。采用這種系統(tǒng)國外的典型實(shí)例是巴西的依泰普電站,此電站只利用計算機(jī)對全廠進(jìn)行監(jiān)測而沒有包括控制功能。2以計算機(jī)為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)（CBSC）CBSC系統(tǒng)的特點(diǎn)是水電站的主要監(jiān)控功能均由計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)完成,常規(guī)的控制裝置可以取消，僅保留一小部分現(xiàn)地操作控制設(shè)備在特殊情況下備用。采用這種模式,對計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的性能有很高的要求,隨著計算機(jī)及電子技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用冗余技術(shù)，配置雙CPU多CPU的裝置均能滿足水電站監(jiān)控系統(tǒng)可靠性的要求，使監(jiān)控系統(tǒng)的利用率接近10機(jī)CBSC系統(tǒng)是水電站實(shí)現(xiàn)計算機(jī)監(jiān)控的主要發(fā)展方向，目前國內(nèi)外許多大、中型水電站均采用這種系統(tǒng),如美國大古力水電站,委內(nèi)瑞拉的古里水電

45、站、國內(nèi)的富春江水電站綜合自動化二期工程、丹江口水電站等。3計算機(jī)與常規(guī)裝置雙重監(jiān)控系統(tǒng)(CCSC)采用CCSC系統(tǒng)，水電站具有兩套各自獨(dú)立的監(jiān)控系統(tǒng)可以相互備用，這是一種由CASC方式向CBSC方式過渡的一種系統(tǒng)，隨著計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)日益豐富及裝置可靠性的提高,今后會有更多電站采用CBSC方式。國內(nèi)外采用這種系統(tǒng)的例子有美國的巴斯康泰抽水蓄能電站、龍羊峽水電站、葛洲壩二江電站、大江電站等。1.2.2根據(jù)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的控制方式劃分的系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)模式特點(diǎn)分述如下：1集中式監(jiān)控系統(tǒng)水電站早期應(yīng)用計算機(jī)，由于價格貴，一般設(shè)置一臺或二臺計算機(jī)對整個水電站進(jìn)行集中監(jiān)視、控制，構(gòu)成集中式監(jiān)控系統(tǒng)由

46、于水電站所有信息都要送到計算機(jī)進(jìn)行處理所有的操作、控制命令都由計算機(jī)發(fā)此因而計算機(jī)故障，將導(dǎo)致全系統(tǒng)癱瘓，其次.生產(chǎn)過程所需采集的狀態(tài)和參數(shù)均直接引入計算機(jī)，當(dāng)機(jī)組臺數(shù)較多時"現(xiàn)場敷設(shè)電纜過多過長，隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)價格日益降低，目前，大、中型水電站均不采用集中式監(jiān)控系統(tǒng)方式。在一些機(jī)組臺數(shù)不多、控制功能要求較簡單的中、小型水電站上仍然可采用這種方式。國內(nèi)采用這種控制方式的例子有石塘電站。2分散式監(jiān)控系統(tǒng)70年代以后，隨著水電站臺數(shù)的增多，裝機(jī)容量增大,主結(jié)線和輔助設(shè)備的復(fù)雜，提出了新的可靠性要求,集中式監(jiān)控系統(tǒng)模式的缺點(diǎn)越來越突出，促使控制系統(tǒng)走向分散化,同時隨著微型機(jī)技術(shù)

47、和通信技術(shù)的發(fā)展,特別是局部網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)負(fù)載分散,危險分散,功能分散,地域分散在技術(shù)上成為可能，分散式監(jiān)控系統(tǒng)是指以功能的分散為主要特征，就水電站生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)的功能而言主要是數(shù)據(jù)采集和控制調(diào)節(jié)、事件記錄等功能,因此可以按照這些功能設(shè)立多套相應(yīng)的設(shè)備,獨(dú)立完成各自的功能,如葛洲壩二江電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。功能分散式監(jiān)控系統(tǒng)并沒有解決信息過于集中的問題,某個單功能裝置計算機(jī)故障，則全廠這部分功能將全部喪失,影響較大近年來,多為分布式監(jiān)控系統(tǒng)所代替。3分布式監(jiān)控系統(tǒng)分布式系統(tǒng)是分散式監(jiān)控系統(tǒng)的一種方式，它是在克服分散式系統(tǒng)的缺點(diǎn)上提出來的,分布式監(jiān)控系統(tǒng)是指以控制對象分散為主要特

48、征，就水電站而言控制對象主要是水輪發(fā)電機(jī)組、開關(guān)站公用設(shè)備、閘門及船閘等，按控制對象為單元設(shè)置多套相應(yīng)的裝置，構(gòu)成水電站的現(xiàn)地控制單元，完成控制對象的數(shù)據(jù)采集和處理,機(jī)組等主要設(shè)備的控制和調(diào)節(jié),裝置的數(shù)據(jù)通信等功能。水電站采用分布式處理一般與電站分層控制結(jié)合起來,形成水電站分層分布控制系統(tǒng),這種模式在國內(nèi)外水電站得到日益廣泛地應(yīng)用O上述分散式系統(tǒng)和分布式系統(tǒng)都是在微型機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)，特別是在局部網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展的基礎(chǔ)上,逐漸發(fā)展起來的新型控制模式，因此從通信方式上來說不論分散式和分布式系統(tǒng)都可選擇三種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即星形網(wǎng)、環(huán)網(wǎng)、總線網(wǎng)。星形,環(huán)形和總線形網(wǎng)絡(luò)都屬于局部網(wǎng)，從采用的通道看主要有雙絞

49、線、多芯線、同軸電纜和光纜等，為提高可靠性，乂可構(gòu)成雙星形網(wǎng)絡(luò)，雙環(huán)網(wǎng)、雙總線網(wǎng)等。但這只屬于通信結(jié)構(gòu)方式的選擇,在此就不因通信方式的不同，乂劃分成各種不同的結(jié)構(gòu)模式進(jìn)行討論。水電站的生產(chǎn)過程和管理體制，都是一個垂直的調(diào)度系統(tǒng),層次分明，任務(wù)明確，關(guān)系清楚，為適應(yīng)這樣一種生產(chǎn)方式和分極管理體制，在分散式和分布式系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，推出一種目前國內(nèi)水電站都普遍采用的當(dāng)今最流行的一種計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式,即分層分布結(jié)構(gòu)模式，。此結(jié)構(gòu)模式集分散式、分布式的優(yōu)點(diǎn)于一身，另外還具有適合于水電站生產(chǎn)過程和管理體制的分層管理、集中控制的特點(diǎn),一般采用分層分布監(jiān)控系統(tǒng)的大中型水電站都分為兩層,設(shè)置全廠控制級與單元

50、控制級，單元控制級按被控對象(如水輪發(fā)電機(jī)、開關(guān)站、公用設(shè)備、閘門等)由多臺單元控制裝置組成,一般稱為現(xiàn)地控制單元(LCU),即機(jī)組單元LCU開關(guān)站單元LCU等,全廠控制級計算機(jī)控制各種信息通道的聯(lián)系,對各RTU送來的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)全廠的安全監(jiān)控經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和運(yùn)行管理自動化。為了提高監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性,全廠控制級根據(jù)要求可以配置成單機(jī)雙機(jī)甚至三機(jī)系統(tǒng),而環(huán)形,特別是總線形局部網(wǎng)為雙機(jī)、三機(jī)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了極大的方便。采用分層分布式結(jié)構(gòu)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的例子很多，國外的典型實(shí)例有美國的大古力水電站,委內(nèi)瑞拉的古里水電站，國內(nèi)的典型實(shí)例有葛洲壩大江水電站，魯布革電站，富春江水電站，丹江自水電站等等

51、。4全開放、全分布式監(jiān)控系統(tǒng)這是近年來發(fā)展并得到廣泛注意的一種工業(yè)控制監(jiān)控系統(tǒng),開放系統(tǒng)概念的形成經(jīng)歷過不少階段，八十年代中期以來，計算機(jī)硬件發(fā)展很快，特別是RISC技術(shù)的出現(xiàn),其發(fā)展更加迅速.高性能的硬件設(shè)備不斷問世,這使得廣大計算機(jī)用戶在選用最優(yōu)秀、最先進(jìn)硬件設(shè)備若干年后，該設(shè)備可能就落后了，甚至停產(chǎn)了，致使應(yīng)用系統(tǒng)面臨淘汰的危險。為此,廣大計算機(jī)用戶提出了全新的開放系統(tǒng)觀念，即應(yīng)用軟件可移值性;不同系統(tǒng)之間的相互操作性;用戶的可移值性。圍繞著應(yīng)用軟件接口標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)通信接口標(biāo)準(zhǔn)和用戶操作接口標(biāo)準(zhǔn)遵循國際組織IEEE、150、IEC等的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)組成一個開放式的總線網(wǎng)絡(luò),采用以UNIX操作系統(tǒng)

52、為基礎(chǔ)的操作系統(tǒng)。根據(jù)分布控制對象而設(shè)置的現(xiàn)地控制單元(LCU)也按標(biāo)準(zhǔn)通用規(guī)約接入總線網(wǎng)絡(luò)，這樣形成的系統(tǒng)除具有上述各類模式的優(yōu)點(diǎn)外,最大特點(diǎn)是全開放的系統(tǒng)擴(kuò)展、升級更新都非常方便。3水電站機(jī)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)模式的分析和建議首先，按計算機(jī)在監(jiān)控系統(tǒng)中的作用來分析下列三種模式系統(tǒng)：1以常規(guī)自動化裝置為基礎(chǔ)的計算機(jī)輔助監(jiān)控系統(tǒng)(CASC)：這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)為當(dāng)計算機(jī)系統(tǒng)發(fā)生故障時仍能維持電站的正常運(yùn)行，只是暫時失掉部分功能,缺點(diǎn)是整個系統(tǒng)的功能比較低,對整個電站自動化水平的提高有一定限制，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)性能日趨完善,可靠性不斷提高,價格不斷下降，計算機(jī)技術(shù)的運(yùn)用不斷深入水電廠自動化的各個

53、領(lǐng)域，這種系統(tǒng)只能是一種過渡模式，最終還是要向CBSC模式發(fā)展。2計算機(jī)與常規(guī)裝置雙重監(jiān)控系統(tǒng)(CCSC):CCSC系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是可靠性很高，由于保留著較完整的常規(guī)控制系統(tǒng),對缺乏計算機(jī)知識的運(yùn)行人員來說可以解除緊張心理，雙重系統(tǒng)的存在當(dāng)計算機(jī)系統(tǒng)檢修或試運(yùn)行初期,運(yùn)行人員可以將常規(guī)系統(tǒng)投入運(yùn)行,不影響整個電站的正常運(yùn)行，但采用雙重監(jiān)控系統(tǒng)，會使系統(tǒng)復(fù)雜，并增加設(shè)計、安裝調(diào)試等工作量及自動化系統(tǒng)的造價。同CASC系統(tǒng)一樣，著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及其在水電站自動化各領(lǐng)域的普遍應(yīng)用，運(yùn)行人員會逐步掌握計算機(jī)知識，因此CCSC系統(tǒng)也會逐漸向CBSC系統(tǒng)轉(zhuǎn)化。3以計算機(jī)為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)(CBSC)：CB

54、SC系統(tǒng)的特點(diǎn)在前面已經(jīng)概述，是今后水電站實(shí)現(xiàn)計算機(jī)監(jiān)控和主要發(fā)展方向，目前，國內(nèi)外大、中型水電站基本上都采用這種模式，這種系統(tǒng)要求計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有極高的可靠性，以保證在系統(tǒng)某一個單元或某個局部環(huán)節(jié)故障時不影響整個系統(tǒng)的正常工作的電站的運(yùn)行.并要求系統(tǒng)各部分能分別進(jìn)行檢查、維護(hù)或更換部件,在實(shí)際運(yùn)行中，具有極高的可利用率綜上所述,今后我國大、中型水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)就其在監(jiān)控中的作用分類而言、推薦采用以計算機(jī)為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)(CBSC)。尤其是新建的大中型水電站，可以取消機(jī)組常規(guī)控制裝置，簡化常規(guī)控制設(shè)計或僅保留部分現(xiàn)地控制功能作為計算機(jī)系統(tǒng)的備用，采用這種模式可以取得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效

55、益。對于一些已經(jīng)投入運(yùn)行的水電站，常規(guī)控制回路或裝置已經(jīng)配置，則可據(jù)各自不同的情況和功能要求等選擇CBSC、CCSC或CASC三種模式中的一利I不一定強(qiáng)求一致。1. 2.2其次,按計算機(jī)控制方式結(jié)構(gòu)來分析下列幾種模式系統(tǒng)：1 .集中式監(jiān)控系統(tǒng):這種結(jié)構(gòu)模式的優(yōu)缺點(diǎn)在前面已經(jīng)作過分析,在機(jī)組臺數(shù)少,機(jī)組容量小和主結(jié)線簡單,送變電站設(shè)備較少的小型水電站，采用這種結(jié)構(gòu)模式可以節(jié)省投資，是小型水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的一種參考模式。分散式監(jiān)控系統(tǒng):這種結(jié)構(gòu)模式是在水電站計算機(jī)控制應(yīng)用的過程發(fā)展中形成的，在當(dāng)時采用多臺專用功能裝置將全廠控制、調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集等各類要求通過負(fù)載分散、危險分散、功能分散、地域分散

56、等而得以實(shí)現(xiàn)。確實(shí)可以克服集中式監(jiān)控系統(tǒng)的弊病,但由于水電站生產(chǎn)過程特點(diǎn),許多功能不可能截然分開,與分布式監(jiān)控系統(tǒng)比較,其缺點(diǎn)尤為明顯,我們建議今后在我國大、中型水電站監(jiān)控系統(tǒng)中不宜采用這種模式。2 .分布式監(jiān)控系統(tǒng)：這種結(jié)構(gòu)模式是在克服分散式系統(tǒng)的缺點(diǎn)而發(fā)展起來的,其特點(diǎn)是按控制對象進(jìn)行分散，由于控制對象如水輪發(fā)電機(jī)組開關(guān)站閘門船閘等分布在不同地理位置,所以一般稱為分布式監(jiān)控系統(tǒng)。為適應(yīng)水電站的生產(chǎn)和管理方式,在分布式的基礎(chǔ)上乂發(fā)展形成分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式,隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，為分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式的推廣應(yīng)用開辟了美好的前景,隨著水電事業(yè)的發(fā)展,一般大中型水電站機(jī)組臺數(shù)

57、多,機(jī)組容量大,主結(jié)線復(fù)雜，在網(wǎng)絡(luò)通信支持下的分層分布式水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是較好的選擇。采用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有如下優(yōu)點(diǎn)：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有很高的通信速度,而且具有很強(qiáng)的差錯檢查能力,可靠性很高,能很好地實(shí)現(xiàn)分布處理，系統(tǒng)的擴(kuò)充和功能的擴(kuò)充很容易實(shí)現(xiàn),為系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)雙機(jī)控制提供極大的方便星形、環(huán)形、總線三種局部網(wǎng)相比之下，乂以總線網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)最為突出星形網(wǎng)雖然是目前我們通常使用的結(jié)構(gòu)模式，但隨著同一用戶的計算機(jī)數(shù)量越來越多，接線越來越復(fù)雜，主機(jī)負(fù)擔(dān)更為加重。雙機(jī)切換需要增加設(shè)備,在大、中型水電站中,特是大型水電站中不宜采用.環(huán)網(wǎng)由于擴(kuò)困難,目前在水電站中不宜采用.我們推薦總線網(wǎng)，總線網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，網(wǎng)絡(luò)

58、軟件也比較簡單，傳送速率高,造價便宜，更大的優(yōu)點(diǎn)是用戶需要進(jìn)行擴(kuò)充或更新某些設(shè)備時；只要增加或減少相應(yīng)的工作站和硬軟件模塊即可，不必變動整個系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計和配置具有積木組合性,可以配置成各類系統(tǒng),適應(yīng)各種要求和環(huán)境,系統(tǒng)組態(tài)為可編程形式,用戶一般只需作出控制框圖或按提示填表,十分方便，總線網(wǎng)的缺點(diǎn)是不能完全保證在一個確定時間內(nèi)把信息發(fā)送到對方,影響實(shí)時性，但山干傳輸速度極高,實(shí)際上對水電站監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時性影響不大。3全開放、全分布式監(jiān)控系統(tǒng):這是近年來,在分布式監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上,整個系統(tǒng)各設(shè)備都遵循IEEE、150、IEC等有關(guān)規(guī)約接入一個全開放式總線網(wǎng)絡(luò)，采用UNIX操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)的操作系統(tǒng),可以應(yīng)用許多工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)軟件及關(guān)系數(shù)據(jù)庫等資源,硬件的增減、更換也很方便，只要符合規(guī)約的設(shè)備均可接入。這是今后大、中型水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)模這是今后大、中型水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)模式發(fā)展的方向，目前由于價格因素國內(nèi)應(yīng)用尚少。因此,在計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的控制方式上.我們推薦分層分布式監(jiān)控系統(tǒng),其通信方式我們推薦總線網(wǎng)為最佳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),新建的大型水電站,在條件許可時可以采用全開放、全分布模式別中型水電站機(jī)組臺數(shù)少，主結(jié)線簡