摘要：介紹幾種適用于中小型水電站計算機監控系統網絡結構設計方案。根據水電站的具體情況選擇性價比優越的綜合自動化系統方案。僅供狼友參考。還有什么好的方案可共同探討。
關鍵詞：中小型水電站 計算機監控系統網絡結構 設計
為了適應電力工業發展的需要，進一步提高設備安全運行及自動水平，改變我國電廠運行管理用人多，效率低的落后局面，水電站值班方式的改革勢在必行，使水電站運行管理達到無人值班（少人值守）的水平。
水電站計算機監控系統設計應掌握以下幾個設計原則：
● 按照全廠綜合自動化以計算機監控為主、常規控制為輔的指導思想進行總體設計和系統配置，使計算機在水電站的應用達到一個新的水平；
● 對于梯級電站，在梯級電站計算機監控系統之間進行通訊，應從安全性和經濟性的角度實現部分梯級調度的能力；
● 系統高度可靠、高度冗余，其本身的局部故障不會影響現場設備的正常運行;
● 系統配置和設備選型應符合計算機發展迅速的特點，充分利用計算機領域的先進技術；
● 全分布開放式系統，既便于功能和硬件的擴充，又能充分保護用戶的投資。分布式數據庫及軟件模塊化、結構化的設計，使系統更能適應功能的增加和規模的擴充；
● 實時性好，抗干擾能力強；
● 友好的人機接口功能，操作方便。
目前大多數設計院和計算機監控生產廠家，對水電站綜合自動化系統都是按分層分布開放式無人值班（少人值守）的運行方式設計，整個系統在物理上分為兩層：電站主控層和現地控制層。
電站控制層即上位機系統主要用于綜合自動化的組態、維護、水電站運行的監視、操作、信息管理、遠動和優化控制。其主要設備配置各種工作站、通信網絡設備、打印設備、UPS、GPS對時設備、電話語音報警、模擬返回屏、操作控制臺等。
現地控制層由一系列水電站綜合自動化裝置組成，包括機組現地控制單元、開關站及公用現地控制單元、微機保護測控單元、輔機控制單元等。
用戶可根據水電站的實際情況，進行經濟技術比較，選用性能價格比優越的方案。下面淺談幾種中小型水電站計算機監控系統網絡結構設計方案。
圖1 集散式綜合自動化網絡結構圖
一、集散式組網結構
該網絡結構是基于RS485/Modbus等現場總線聯接的實時通訊網絡，如圖1所示。其特點就是所有監控功能在一臺主機上運行，簡單、可靠、造價低、投資少。適用于對監控系統要求不高的小型水電站綜合自動化系統。
二、分層分布式組網結構
該網絡結構基于以太網聯接的實時通訊網絡，如圖2、3、4所示。
1、圖2為采用一體化工控機上以太網方式，為全開放、分層、分布式結構，PLC、保護、勵磁、調速器、輔機等設備通過一體化工作站與上位機系統通信。這種設計一般在現地設備的配置上，考慮在工控機故障時仍可獨立運行。即所有現地單元均可以各自獨立運行。每個單元都是由工業控制微機和可編程控制器（PLC）及各個專用功能裝置或設備構成，并可以設計成具有各自獨立的現地操作、監控功能。該系統功能豐富、人機界面友好、可靠性更高，性價比高，但是投資較高，適用于中型水電站綜合自動化系統。
2、圖3為采用PLC直接連接以太網的全開放、分層、分布式網絡結構，保護、勵磁調速器、輔機等設備通過PLC與上位機系統通信，采用工業級觸摸屏作為人機界面，系統可靠性極高、性價比高，設備直接上網便于網絡控制和管理，系統響應速度大大提高。適用于通信協議較少，對監控系統要求較高在中型水電站綜合自動化系統。
3、圖4為采用PLC直接連接以太網的全開放、分層、分布式網絡結構，與圖3比較，該方案中保護、勵磁、調速器、直流系統等裝置通過通訊管理機與上位機系統通信，減輕PLC通信負擔。該設計方案考慮到各PLC生產廠家在直接上網哪個（以太網）上并不是支持所有產品，而且價格較高，因此我們可以考慮另外一種現地設備上網配置方案，就是通過多串口通訊轉換裝置（通訊管理機）將PLC和其他現場總線設備接入以太網絡系統。我們可以在每一個LCU設置一臺通訊轉換裝置，也可以全廠集中設備一臺通訊轉換裝置。該方案的特點是成本較低、性能可靠、系統響應速度快。適用于通信協議復雜，協議數較多而PLC通信接口數較少，對監控系統要求較高的中型水電站綜合自動化系統。
圖2 一體化工控機組網方式
圖3 PLC 組網方式一
圖4 PLC 組網方式二
三、冗余組網方式
水電站實現“無人值班”（少人值守）后，由于現場值班人員減少，每值班往往只有兩人，當現場設備出現故障時，維護人員一般要等待較長時間才能抵到現場，因此對于監控系統可靠性要求極高在中型水電站，可以采用圖5所示的基于以太網聯接的冗余組網方式。
該組網方式的硬件要求可根據要求采用多層次的冗余措施，如數據服務器、操作員工作站、通訊服務器、網絡交換機、網絡通道、UPS、現地總線、機箱電源、機柜電源等，都可以實現冗余配置，并可對PLC擴充雙CPU、雙電源、I/O模塊熱插拔等功能，系統要求由軟件實現冗余設備的檢測與故障診斷，實現冗余部件的無擾動切換，確保系統中某一部件的故障不影響系統的正常運行。故障部件稍后可由維護人員及時處理。該方案系統功能極為豐富，可靠性極高，適用于對監控系統要求極高的中大型水電站綜合自動化系統。
圖5 冗余組網方式
