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。本文通过比较分析的方法对这些问题作了比较详细的探讨，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。本文也讨论了在PLC直接上网模式下，如何实现CPU、输入、输出、电源和机箱联接电缆等冗余策略，为大型、特大型水电厂实现无人值班的目标，提供了可借鉴的方法。
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影响很大。论文作者从事计算机监控系统的现地控制单元（以下简称LCU）研制工作，愿意将近来LCU结构变化趋势与大家共同分析探讨，希望同行专家能多提宝贵意见。
1．计算机监控系统整体结构发展情况
在二十世纪八十年代初期，水电厂计算机监控系统处在探索阶段。其典型的结构是集中式结构。这主要受当时硬件资源的限制。当时可供选择的计算机设备种类少且价格高，限制了其它结构方式的发展。其主要缺点是灵活性差、可靠性差、实时性差。
到二十世纪九十年代中期，逐渐形成现在计算机监控普遍采用的模式：分层、分布、开放。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。实践证明，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著名的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问题
随着计算机硬件、软件的快速发展，特别是网络技术的快速发展，著名工控厂家及系统集成商都大力开发以太网产品，关注PLC的直接上网问题。现在国际上知名的PLC厂家产品均能够实现直接上网，如施耐德公司全线的Quantum系列、Premium系列等、通用电气公司GE90-70系列、GE90-30系列、VersaMAX系列等、西门子公司的有关PLC、罗克韦尔PLC的有关系列控制器等。
采用直接上网的结构，必须妥善解决PLC直接上网后智能设备的接入问题。采用直接上网的结构，坚持分层分布（单元）式的结构原则，就是要达到与LCU有关的各种数据采集和控制都必须由LCU来实现的目标。现在，LCU一般都需要与一定数量的智能设备进行通讯。在有工控机结构的LCU结构中，通讯实现是比较容易的，通讯的方式也比较灵活。但在采用PLC直接上网的结构后，就必须考虑各种PLC产品特性对接入LCU智能设备的影响。PLC与工控机相比，通讯接口少，方式比较少。LCU智能设备接入问题，解决的总的方法有两种，一种是直接或经转换接入PLC，一种是直接接入以太网。由于各种PLC产品分别产于不同的公司，它们的特性也各不相同，因此实现智能设备接入PLC的方法有多种多样。
本文关键字：智能 PLC工业控制，电器控制 - PLC工业控制
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