摘要：介紹和分析幾種適用於中、小型水電站計算機監控系統網路結構的特點與適用性，並對文山州部分水電站目前計算機監控系統網路結構存在的問題提出建議。
關鍵詞：水電站;計算機監控;結構;建議
1、概述
近年來，隨著水電站計算機監控技術的成熟與普及，計算機監控技術在中、小型水電站中得到廣泛的運用。從2000年以來，文山地區新建的水電站基本都採用了計算機監控系統，但在計算機監控系統網路結構上，部分電站存在一些細微不足，卻關係到監控系統的穩定和安全。
2、水電站計算機監控系統網路結構
2.1 集中式監控系統集中式監控網路結構是基於現場匯流排聯接的實時通訊網路，如圖1所示。因其一般只設一臺計算機對全廠進行集中監控，故稱集中式監控系統。這種系統的特點是不設採用計算機的現地控制級裝置，所有監控功能在一臺主機上執行。因而只要計算機一出故障，整個控制、監測系統就癱瘓，只能改為手動執行，可靠性低。其次，所有資訊都在主機上處理，監控效能也受限制。但這種系統簡單、造價低、投資少，只適用於對監控要求不高的小型水電站綜合自動化系統。
2.2 分層分散式監控系統分層控制方式是將整個控制系統按控制的性質、複雜的程度和組織結構分成不同的層，由各層來完成分配給他們的監控功能，各層之間有一定的制約和協調關係。水電站的控制物件主要是水輪發電機組、開關站、公用裝置、閘門等。按控制物件設定單獨的控制，稱作現地控制單元。電廠控制層也設計算機，負責一些全廠性功能。電廠控制層本身也可以是一個功能分散的系統，有多臺計算機組成。
當某個控制單元發生故障，隻影響到該部分裝置，而不會影響到整個電廠的執行。由於分層分散式監控系統的以上優點，近年來新建設的水電站監控系統幾乎都採用這種方式。
隨著水電站計算機監控技術的發展，在分層分散式監控系統中，常用的網路結構有以下幾種：
2.2.1 一體化工控機分層結構圖2為採用一體化工控機上乙太網方式，為全開放、分層、分散式結構，PLC、取樣裝置、溫度巡檢、勵磁、調速器等裝置通過一體化工作站與上位機系統通訊。這種結構主要考慮的是在上位主機故障時現地工控機仍可獨立執行。即所有現地單元均可以各自獨立執行。每個單元都是由工控機和可程式控制器(PLC)及各個專用功能裝置或裝置構成，並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、人機介面友好、可靠性高，但是投資略高。
2.2.2 P 直接連線乙太網結構1圖3為採用PLC直接連線乙太網的全開放、分層、分散式網路結構。取樣裝置、勵磁、調速器等裝置與通訊管理裝置與PLC連線，通過PLC與上位機系統通訊。現地採用與PLC通訊的工業級觸控式螢幕作為人機介面，系統可靠性極高、價效比高，裝置直接上網，便於網路控制和管理，系統響應速度大大提高。適用於通訊協議較少，對監控系統要求較高的中、小型水電站自動化結構。
2.2.3 PLC直接連線乙太網結構2圖4為採用PLC與通訊管理裝置都直接連線乙太網的結構。裝置數量及功能方式與前種結構都相同，但區別只在於在現地控制單元通訊管理裝置與PLC通訊的同時，通訊管理裝置也直接接入乙太網，實現雙通訊網路。該結構較之前幾種方式，通訊上更可靠。例如執行中PLC宕機，隻影響到對裝置的`操作控制，但在上級監控層仍然能監視到與通訊管理裝置連線的裝置執行引數。較之前幾種結構，就是多增加了通訊光纖及相關裝置，投資也相應增多。
2.2.4 冗餘組網結構該結構的硬體要求採用多層次的冗餘措施，如通訊伺服器、網路交換機、網路通道、UPS、現地匯流排、機箱電源、機櫃電源等，都實現冗餘配置，並對PLC擴充雙CPU、雙電源、I/O模組熱插拔等功能，系統要求由軟體實現冗餘裝置的檢測與故障診斷，實現冗餘部件的無擾動切換，確保系統中某一部件的故障或退出都不影響系統的正常執行。該方案系統功能極為豐富，可靠性極高，適用於對監控系統要求極高的大、中型水電站監控系統。
3 文山州地區部分水電站計算機監控系統網路情況
2000年投運的東方紅原三級、五級電站在文山州地區率先採用計算機監控系統，併成功使用以後，2000年以後建設的電站都採用了計算機監控。
東方紅原五級電站的計算機監控系統結構選用的是一體化工控機分層結構。除乙太網光纖交換機因老化原因導致監控系統電廠控制層一臺上位主機短期故障外，長期以來執行情況良好。在光纖交換機故障期間，另一臺上位主機及各現地控制層都能正常工作。這充分體現了一體化工控機分層結構在上層監控裝置故障情況下，影響不到現地層監控裝置的優點。
東方紅原二級電站在受災恢復後，其計算機監控系統採用的是本文介紹的“PLC直接連線乙太網結構1。該結構在現地單元沒有工控機，投資也相對較省。長期執行情況良好，但特點就是現地層功能簡單。在現地對裝置的監測、控制通過觸控式螢幕實現人機交流，但也就只有這兩樣功能。諸如訊號類、資料越限報警、其他裝置(例如勵磁、調速器等)通訊量等等在現地控制單元就無法讀取。
基本上不管採用的是哪一種網路結構，目前文山州幾個水電站的計算機監控系統執行情況都基本良好，系統監控功能都基本實現。所以以上兩種常用結構在本地區都有廣泛運用。谷拉電站、威龍電站採用的是一體化工控機分層結構，那麼果河六級電站採用的是PIJ2直接連線乙太網結構1。
4、實踐運用分析
通常對計算機監控系統要求著重的是產品選型、功能軟體等方面，其網路結構在中、小水電站中認為不是很重要。其實不然，化學有術語“物質的結構決定物質的性質”，在計算機監控系統中，也可以說“系統的結構決定功能和可靠性”。
集中式監控系統和冗餘組網結構，前者是很不可靠，後者極度可靠但投資也很高。下面對幾種常用計算機監控系統結構的可靠性和功能分佈做簡單分析。
4.1 一體化工控機分層結構一體化工控機分層結構中不難看出，現地單元的所有裝置通訊都是通過現地工控機集中後接人乙太網提供給其他終端的，一旦該機故障，不論廠級控制層(中控室)或現地控制單元(機組屏)對該單元的所有監測、控制及相關的功能就都不能實現，可視為該單元癱瘓。作為一臺計算機，在現場受灰塵、溫度、溼度、振動等影響，其故障率相對較高，並且該裝置維修時間較長，還涉及到計算機硬體、作業系統、監控軟體、資料、計算機設定等方面都有可能影響到該機的長期可靠工作。例如文山某電站投運後不久，機組現地控制單元的一體化工控機硬碟就出現壞道，導致該計算機故障。