摘要：本文简述了国内水电厂计算机监控系统变化发展历史和变化过程，对计算机监控系统现地控制单元的结构发展方向进行了探讨。重点探讨了近几年开始应用PLC直接上网LCU结构及其特点，主要讨论了在该种模式下智能设备接入的方式、速率、可靠性、编程的复杂性、可接入设备的数量等方面的特点。本文通过比较方法对这些问题作了比较具体的探讨，并得到下面结论：（1）PLC直接上网的LCU结构优于经过工控机上网LCU结构；（2）智能设备以直接接入PLC现地总线方式最好；（3）智能设备经串口转换接入PLC或经串口直接上网方式，具有普遍应用意义；（4）智能设备直接上网是很有前途的方式。要害词：水电厂无人值班计算机监控系统现地控制单元结构　　自从二十世纪八十年代中期，计算机监控系统在水电厂开始应用以来，它在水电厂应用越来越广泛。新建电厂大多数都采用计算机监控系统与新机组同步投运，绝大多数没有采用监控系统的老水电厂已经或正在进行以计算机监控系统为中心的综合自动化改造。计算机监控系统是水电厂创国内一流水电厂基础，更是创国际一流水电厂，实现“无人值班，关门运行"的前提条件。　　随着计算机监控系统在国内水电厂应用不断扩大，计算机监控系统的结构也在不断地变化发展。近一二十年，计算机按照摩尔定律迅速发展，对监控系统结构的发展目前，领先公司的产品已达到全分层、全分布、全开放、面向对象。所谓分层是指计算机监控系统按功能分成现地控制层、厂站控制层、梯调（或集中）控制层（根据实际需要设立该控制层）。现地控制层的功能是现地数据的采集并上送给厂站控制层及梯调控制层（以下将厂站控制层、梯调或集中控制层简称为上位系统），根据指令或自启动执行顺控流程。监控系统的实时性主要由现地控制层来保证，因此它要具有非常好的实时性和很高的可靠性。厂站控制层根据监控系统运行工况，由运行人员对现场设备发出控制命令（设备不成组），或根据负荷曲线或根据电网频率变化自动进行控制（设备成组情况）。梯调（或集中）控制层是厂站层的延伸，在流域梯级电站或电站群的情况下设立，负责所管辖电站的经济运行和统一调度。上位系统要求具有良好的人机联系手段，完善的功能，较高的运算速度，长期稳定运行的性能，较强的与其它系统联接或通讯能力。分布是指将现地控制层依据现场设备分成一个一个单元，每个单元建立相对独立LCU。在水电厂监控系统中，一般每台机组设一个LCU，开关站、公用设备、厂用电设备、大坝等依据控制设备的多少、设备的布置及资金情况设一个LCU或若干个LCU。分布使监控系统功能得到分散，各层有各层的功能，根据各层功能要求设置各层设备，使不同层计算机设备的性能得到充分发挥。分布使现地设备的控制彼此独立，有利于设备独立运行、方便维护检修。分层、分布使计算机监控系统功能分配合理，可靠性提高，设备维护检修非常方便。开放（性）主要指监控系统的软件适应硬件的程度，以及监控系统的节点可扩展性。实践证实，计算机监控系统的分层、分布、开放的模式是正确的，是经得起时间考验的。　　2．LCU结构及改进的必要性　　到目前为止，普遍使用的LCU结构如下图所示：　　图一中虚框内为LCU部分，可以看出LCU主要由工控机和可编程控制器（以下简称PLC）构成。扩展串口部分作为工控机串口的扩展提供与其它智能装置、设备通讯接口。PLC作为主控制器，采集LCU开关量输入、脉冲量输入、数字量输入、模拟量输入，根据给定的指令或流程自启动控制（开关量）输出，对设备进行控制。在有些情况下，LCU还要通过模拟量输出驱动指示仪表。从这种结构可以看出，PLC作为LCU数据采集与控制的中心，它的实时性、可靠性非常重要。从工程中使用较多的几家国外闻名的PLC厂家如施耐德、通用电气、西门子、罗克韦尔、ABB等PLC产品上看，都是完全工业化的产品，可靠性高、实时性好，适于恶劣环境下使用。　　这种结构中的工控机，是作为LCU主机而存在的。它的主要任务是将PLC采集的数据进行标度变换、越限报警、数据打包等数据处理功能，并将LCU的所有数据上送到上位系统。同时，上位系统的控制命令经工控机下达给PLC。工控机作为网络接口，起承上启下的枢纽作用，它的任何故障，都使PLC与上位系统中断通讯。它的数据处理能力强，可以做为现地LCU的人机联系手段，为现地维护和设备试验提供方便。工控机与上位系统数据交换的速率早期为10Mbps，现在多为100Mbps。10Mbps与100Mbps两种速率均能满足数据交换的要求，当然100Mbps速度更快一些。　3．PLC直接上网及智能设备接入研究，很有潜力。值得关注与研究。与PLC相独立，不受PLC种类影响，应用范围广,接入设备多。6.智能设备直接上网10MBPS,100MBPS.以太网有待研究目前可以直接上网的智能设备较少，但很有发展潜力。与PLC相独立，不受PLC种类影响，应用范围广,接入设备多,通讯速度快。值得引起注重和关注。　　上表给出了六种方式接入智能设备的方法，本文作者认为：　　（1）PLC直接上网的LCU结构优于经过工控机上网LCU结构；因为LCU整体可靠性得到提高；　　（2）智能设备以直接接入PLC现地总线方式从比较好，因为应用简单、速率快等，在可以选择直接接入现场总线的设备时，尽量采用这种方式。　　（3）智能设备经串口转换接入PLC方式，是一种较优的方法，它虽然与PLC产品有关，但可以在每种PLC产品上使用，接入智能设备数量也较多，经济性能也较好。　　（4）智能设备经串口转换上网方式和智能设备直接上网方式是很有应用前景的两种方式。因为这两种方法都与具体的PLC产品无关，是一种具有普遍意义的方法，值得引起注重。　　4．结语　　结合工程项目，不断加强现地控制单元（LCU）结构研究，有利于提高LCU的可靠性、稳定性、免维护性，有利于水电厂创建国际一流水电厂，实现“无人值班，关门运行”的目标。本文作者所在中国水利水电科学研究院自动化所已经在实际水电厂中使用几种PLC利用几种方式实现了PLC直接上网，并较好解决了智能设备接入问题，在国内这方面，处于领先地位。通过继续研究，使LCU及计算机监控系统的结构更加合理，以最大程度满足水利水电用户的需要。