计 算 机 监 控 系 统 基 础 知 识
计算机监控系统的发展经历了以人工监控，电话调度和远动监控(遥测、遥信、遥调、遥控)为主体，以计算机为核心和以现代数据通信为基础的计算机监控系统等三个阶段。水电厂应用计算机监控系统对提高自动化水平，保证电站实现“无人值班”（少人值守），提高经济效益，改善劳动条件，促进技术进步都具有十分重要的意义。
一．水电厂计算机监控系统基本模式
根据计算机在水电厂监控系统中的作用可划分为三种：计算机辅助监控系统(CASC)、以计算机为基础的监控系统(CBSC)、计算机与常规装置双重监控系统(CCSC)。
根据计算机在水电厂监控系统中的控制方式可划分：集中式监控系统、分散式监控系统、分布式监控系统，全开放、全分布式监控系统。
二．计算机监控系统基本功能
数据采集与处理、运行安全监视、设备操作监视、控制权限、AGC、AVC、运行日志及报表、事件统计、数据通信、人机界面、多媒体功能、自诊断与远方诊断。
三．监控系统结构
图1 单网型水电站监控系统 图2 双网型水电站监控系统
监控系统从结构上来说一般分为两层，上位机与下位机。上位机从硬件构成来说一般由通用计算机构成，如PC机、服务器等，运行的软件平台一般为Windows、Unix。下位机从硬件构成来说则都是一些厂家自己开发的硬件平台，种类繁多，如各公司的PLC，其软件平台也因硬件不同而相异，无法互相兼容。
1.上位机
上位机一般配置有：操作员工作站，通信工作站，工程师工作站，厂级工作站等。操作员工作站常被称为控制台，是全厂集中监视和控制的中心和人机接口；通信工作站主要是用来与外部系统进行通信；工程师工作站除具有程序开发、调试以及培训仿真等功能外，并兼有操作员工作站全部功能；厂级工作站主要用来完成一些后台工作，如AGC、AVC等。
上位机系统主要完成人机界面接口，实时数据处理，全厂AGC、AVC调节，历史数据存档，报表查询，报表打印，数据分析，远程诊断，电量管理及其他系统的通讯等功能。监控软件系统为全开放系统，并且具有较强的可移植性。
1) 数据库
监控系统数据库采用网络型全分布数据库，所有数据的共享由网络通讯来实现。实时数据库和历史数据库构成了监控系统数据资源中心。
实时数据库主要存放LCU采集上送的所有实时数据，它是监控系统数据库中最主要的数据库，其采用按LCU单元存储的结构。
历史数据库由若干历史文件组成，其中每个文件存贮若干数据，对若干个历史文件进行目录管理，并可进行查询、修改、存储等操作。
2) 安全监视及事件报警
运行值班人员可以通过监控系统的大屏幕彩色显示器对全厂各主辅设备、公用设备的运行状态和运行参数进行实时监视。
通过各种一览表可查询设备的运行情况，以便对异常情况分析和处理。
简报信息窗口在有一些重要信息出现时，可自动弹出至显示窗口的最上层，还可根据需要进行语音报警，提醒值班人员注意。
3) 控制与调节
全厂监控系统能根据电厂当前运行情况、远方及当地的控制命令、自动发电控制(AGC)及自动电压控制(AVC)的计算，按预定的步骤对电厂运行进行控制及调节。包括机组的发电、调相等工况转换；机组有功功率、无功功率的闭环调节；断路器、隔离开关及接地刀闸的分、合操作；辅助设备及公用设备的启、停操作等。
4) 运行日志及报表
监控系统能对各种设备的运行情况进行统计记录，某些信息还将自动提示给操作值班人员，并可以自动生成各类报表、日志，自动生成和打印操作票等。打印方式及打印报表的格式可修改。这些功能可以分为以下几类：
(1)电厂发电运行记录
记录的内容包括当班、当日、当月、当年的机组发电量、线路送电量、厂用电量、耗水量及效率等。它们的初值及时间区段的设置可以通过程序或由运行值班人员通过人机对话方式实现。
(2)主要电气设备动作及运行记录
监控系统可以对主要电气设备的动作次数和运行时数、事故和故障次数以及相应的时间等加以统计和记录，以便考核并合理安排运行和检修计划。例如：机组开、停次数，本次开机运行时数，累计开机运行时数，机组停机备用时数；断路器合闸次数、正常跳闸次数、事故跳闸次数等有关技术性能指标记录；主要电气设备、装置退出运行的记录等。
(3)操作记录
监控系统能对各种操作进行记录，其中包括机组工况转换，断路器和隔离开关的合、分闸等。记录内容包括时间、操作内容、成功与否、失败原因等。
(4)事故及故障统计记录
监控系统对当班、当日、当月、当年的各类事故及故障的内容、次数和时间进行统计记录，作为资料保存。
(5)参数越复限统计记录
监控系统可以自动地对当班、当日、当月、当年的参数越复限情况进行统计，并把它们记录下来。 (6)运行日志及报表打印
监控系统将能按照运行操作人员的管理和要求打印运行日志和报表。打印内容及打印格式可以事先设定。打印方式有定时自动打印、随机召唤打印等形式。
监控系统能制订如下生产报表：负荷运行电气量参数报表，非电量参数报表，日发电量、厂用电量统计表、生产综合统计报表等。 5) 人机接口
操作人员可通过彩色监视器、键盘、鼠标器以及打印机等实现对全厂运行的监视、控制、调节、在线修改定值、画面索引、报表显示和打印等功能，交互式人机对话方式，使用起来非常便捷。人机接口还具有权限管理功能，不同的权限有不同的使用范围，以保证系统的安全性。
6) 系统通信
通过主机和通讯机，实现与网调远动、坝区闸门控制系统、直流供电系统、MIS系统及电能计费系统的通讯；通过WEB服务器和路由器可实现厂长终端远程访问；通过Modem拨号上网可实现远方在线诊断等功能.
7) 自诊断和自恢复
完善的系统自检、自诊断与自恢复功能是实现“无人值班”(少人值守)的重要条件。功能包括主机自检、软件任务超时处理及通道故障检测。当工作主机故障(内存、磁盘、I／0及CPU等的故障和软件任务执行异常等)时，能将控制权自动切换到备用主机。软件超时能实现部分功能软件的故障自启动功能。通道检测包括对网络、通信通道、I／O过程通道在线自动检测，检测的内容有通道数据有效性合理性判断、故障点自动查找及故障自动报警等。
2.下位机
监控系统下位机的控制对象包括：电厂发电设备、开关站、公用设备、闸门设备。一般根据监控对象划分为机组LCU、公用LCU、开关站LCU和闸门LCU，以实现对各个对象的监视和控制。下位机系统的功能主要有：数据采集、流程处理、控制现场设备，现地人机交互，与上位机数据传输以及与现场设备通讯等。
LCU的核心是可编程控制器（PLC），主要有：美国GE公司的90系列，美国Modicon公司的Quantum系列，德国西门子的S7系列，日本MITSUBISHI公司的系列，中国南瑞公司的MB系列等。LCU的冗余结构有三种，即异构型冗余，同构型冗余和交叉型冗余。
典型的LCU结构如图3所示:
图3 LCU结构与配置示意图
LCU可用来选择远方/现地控制方式，可现地进行手动控制或自动控制，实现数据采集、处理和设备运行监视，通过局域网与监控系统其它设备进行通信，以及自诊断功能等。 1) 数据采集处理
现地控制单元对电站主要设备的运行状态和参数自动定时采集并处理后，存入实时数据库。对于一些非直接控制的物理量，通常由现地控制单元采集，然后送上级计算机进行处理。按信号性质分为模拟量、开关量及脉冲量等。 2) 控制操作
根据上位机或现地人机接口下达的命令，可进行机组的开、停机顺序控制，开关的分、合操作等控制，可以自动实现紧急开、停机等操作，必要时也可对刀闸进行操作，以确保机组安全。当事故复归时，能立即进行相应的事故复归处理，操作控制都应有校核与闭锁功能。 3) 有功功率和无功功率调节
根据上位机或现地人机接口下达的给定值进行有功、无功的闭环调节控制。 4) 历史事件记录
主要包括事件顺序记录、变位记录、越限记录等。
(1) 事件顺序记录：对重要开关量的状态变化或自检出错进行顺序记录。现地控制单元一般至少能记录256个事件。
(2) 变位记录：对一般开关量的状态变化记录，分辨率为1-2秒，现地控制单元一般至少能记录256个变位事件。
水电站计算机监控系统基础
