摘要：介紹幾種適用于中小型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。根據(jù)水電站的具體情況選擇性價(jià)比優(yōu)越的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)方案。僅供狼友參考。還有什么好的方案可共同探討。
關(guān)鍵詞：中小型水電站 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)
為了適應(yīng)電力工業(yè)發(fā)展的需要，進(jìn)一步提高設(shè)備安全運(yùn)行及自動(dòng)水平，改變我國(guó)電廠運(yùn)行管理用人多，效率低的落后局面，水電站值班方式的改革勢(shì)在必行，使水電站運(yùn)行管理達(dá)到無(wú)人值班（少人值守）的水平。
　　水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)掌握以下幾個(gè)設(shè)計(jì)原則：
　　● 按照全廠綜合自動(dòng)化以計(jì)算機(jī)監(jiān)控為主、常規(guī)控制為輔的指導(dǎo)思想進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和系統(tǒng)配置，使計(jì)算機(jī)在水電站的應(yīng)用達(dá)到一個(gè)新的水平；
　　● 對(duì)于梯級(jí)電站，在梯級(jí)電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)之間進(jìn)行通訊，應(yīng)從安全性和經(jīng)濟(jì)性的角度實(shí)現(xiàn)部分梯級(jí)調(diào)度的能力；
　　● 系統(tǒng)高度可靠、高度冗余，其本身的局部故障不會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的正常運(yùn)行;
　　● 系統(tǒng)配置和設(shè)備選型應(yīng)符合計(jì)算機(jī)發(fā)展迅速的特點(diǎn)，充分利用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)；
　　● 全分布開(kāi)放式系統(tǒng)，既便于功能和硬件的擴(kuò)充，又能充分保護(hù)用戶的投資。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)及軟件模塊化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)更能適應(yīng)功能的增加和規(guī)模的擴(kuò)充；
　　● 實(shí)時(shí)性好，抗干擾能力強(qiáng)；
　　● 友好的人機(jī)接口功能，操作方便。
　　目前大多數(shù)設(shè)計(jì)院和計(jì)算機(jī)監(jiān)控生產(chǎn)廠家，對(duì)水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)都是按分層分布開(kāi)放式無(wú)人值班（少人值守）的運(yùn)行方式設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)在物理上分為兩層：電站主控層和現(xiàn)地控制層。
　　電站控制層即上位機(jī)系統(tǒng)主要用于綜合自動(dòng)化的組態(tài)、維護(hù)、水電站運(yùn)行的監(jiān)視、操作、信息管理、遠(yuǎn)動(dòng)和優(yōu)化控制。其主要設(shè)備配置各種工作站、通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、打印設(shè)備、UPS、GPS對(duì)時(shí)設(shè)備、電話語(yǔ)音報(bào)警、模擬返回屏、操作控制臺(tái)等。
　　現(xiàn)地控制層由一系列水電站綜合自動(dòng)化裝置組成，包括機(jī)組現(xiàn)地控制單元、開(kāi)關(guān)站及公用現(xiàn)地控制單元、微機(jī)保護(hù)測(cè)控單元、輔機(jī)控制單元等。
　　用戶可根據(jù)水電站的實(shí)際情況，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，選用性能價(jià)格比優(yōu)越的方案。下面淺談幾種中小型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。
　　
　　圖1 集散式綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

一、集散式組網(wǎng)結(jié)構(gòu)
　　該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是基于RS485/Modbus等現(xiàn)場(chǎng)總線聯(lián)接的實(shí)時(shí)通訊網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。其特點(diǎn)就是所有監(jiān)控功能在一臺(tái)主機(jī)上運(yùn)行，簡(jiǎn)單、可靠、造價(jià)低、投資少。適用于對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求不高的小型水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。
　　二、分層分布式組網(wǎng)結(jié)構(gòu)
　　該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基于以太網(wǎng)聯(lián)接的實(shí)時(shí)通訊網(wǎng)絡(luò)，如圖2、3、4所示。
　　1、圖2為采用一體化工控機(jī)上以太網(wǎng)方式，為全開(kāi)放、分層、分布式結(jié)構(gòu)，PLC、保護(hù)、勵(lì)磁、調(diào)速器、輔機(jī)等設(shè)備通過(guò)一體化工作站與上位機(jī)系統(tǒng)通信。這種設(shè)計(jì)一般在現(xiàn)地設(shè)備的配置上，考慮在工控機(jī)故障時(shí)仍可獨(dú)立運(yùn)行。即所有現(xiàn)地單元均可以各自獨(dú)立運(yùn)行。每個(gè)單元都是由工業(yè)控制微機(jī)和可編程控制器（PLC）及各個(gè)專用功能裝置或設(shè)備構(gòu)成，并可以設(shè)計(jì)成具有各自獨(dú)立的現(xiàn)地操作、監(jiān)控功能。該系統(tǒng)功能豐富、人機(jī)界面友好、可靠性更高，性價(jià)比高，但是投資較高，適用于中型水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。
　　2、圖3為采用PLC直接連接以太網(wǎng)的全開(kāi)放、分層、分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，保護(hù)、勵(lì)磁調(diào)速器、輔機(jī)等設(shè)備通過(guò)PLC與上位機(jī)系統(tǒng)通信，采用工業(yè)級(jí)觸摸屏作為人機(jī)界面，系統(tǒng)可靠性極高、性價(jià)比高，設(shè)備直接上網(wǎng)便于網(wǎng)絡(luò)控制和管理，系統(tǒng)響應(yīng)速度大大提高。適用于通信協(xié)議較少，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求較高在中型水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。
　　3、圖4為采用PLC直接連接以太網(wǎng)的全開(kāi)放、分層、分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，與圖3比較，該方案中保護(hù)、勵(lì)磁、調(diào)速器、直流系統(tǒng)等裝置通過(guò)通訊管理機(jī)與上位機(jī)系統(tǒng)通信，減輕PLC通信負(fù)擔(dān)。該設(shè)計(jì)方案考慮到各PLC生產(chǎn)廠家在直接上網(wǎng)哪個(gè)（以太網(wǎng)）上并不是支持所有產(chǎn)品，而且價(jià)格較高，因此我們可以考慮另外一種現(xiàn)地設(shè)備上網(wǎng)配置方案，就是通過(guò)多串口通訊轉(zhuǎn)換裝置（通訊管理機(jī)）將PLC和其他現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備接入以太網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。我們可以在每一個(gè)LCU設(shè)置一臺(tái)通訊轉(zhuǎn)換裝置，也可以全廠集中設(shè)備一臺(tái)通訊轉(zhuǎn)換裝置。該方案的特點(diǎn)是成本較低、性能可靠、系統(tǒng)響應(yīng)速度快。適用于通信協(xié)議復(fù)雜，協(xié)議數(shù)較多而PLC通信接口數(shù)較少，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求較高的中型水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。
　　
　　圖2 一體化工控機(jī)組網(wǎng)方式

　　圖3 PLC 組網(wǎng)方式一

　 圖4 PLC 組網(wǎng)方式二

三、冗余組網(wǎng)方式
　　水電站實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班”（少人值守）后，由于現(xiàn)場(chǎng)值班人員減少，每值班往往只有兩人，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，維護(hù)人員一般要等待較長(zhǎng)時(shí)間才能抵到現(xiàn)場(chǎng)，因此對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)可靠性要求極高在中型水電站，可以采用圖5所示的基于以太網(wǎng)聯(lián)接的冗余組網(wǎng)方式。
　　該組網(wǎng)方式的硬件要求可根據(jù)要求采用多層次的冗余措施，如數(shù)據(jù)服務(wù)器、操作員工作站、通訊服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通道、UPS、現(xiàn)地總線、機(jī)箱電源、機(jī)柜電源等，都可以實(shí)現(xiàn)冗余配置，并可對(duì)PLC擴(kuò)充雙CPU、雙電源、I/O模塊熱插拔等功能，系統(tǒng)要求由軟件實(shí)現(xiàn)冗余設(shè)備的檢測(cè)與故障診斷，實(shí)現(xiàn)冗余部件的無(wú)擾動(dòng)切換，確保系統(tǒng)中某一部件的故障不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。故障部件稍后可由維護(hù)人員及時(shí)處理。該方案系統(tǒng)功能極為豐富，可靠性極高，適用于對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求極高的中大型水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。
　　
　　圖5 冗余組網(wǎng)方式