0 引言
水電站溢洪門監(jiān)控系統(tǒng)采用計算機監(jiān)控的模式，實現(xiàn)閘門監(jiān)控系統(tǒng)與電站計算機監(jiān)控系統(tǒng),、水情測報系統(tǒng),、水務(wù)管理系統(tǒng)進行通信，上傳電站閘門系統(tǒng)的詳細監(jiān)控信息并接受電站計算機監(jiān)控系統(tǒng),、水情測報系統(tǒng),、水務(wù)管理系統(tǒng)對閘門的遠控指令。
為保證電站運行過程的安全性,，可靠性,，提高電站的自動化水平，控制系統(tǒng)采用目前廣泛應(yīng)用并取得良好效果的基于可編程邏輯控制器（PLC）的控制系統(tǒng),。其中PLC選用的是某公司的S7-400H及S7-300系列產(chǎn)品,，以實現(xiàn)對弧形閘門以及其相關(guān)輔助設(shè)備的控制。
1 系統(tǒng)綜述
溢洪門監(jiān)控系統(tǒng)采用開放性的分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu),，當(dāng)系統(tǒng)中任何一部分設(shè)備發(fā)生故障時,，系統(tǒng)整體以及系統(tǒng)內(nèi)的其他設(shè)備仍能繼續(xù)正常工作且功能不會額外減少,。溢洪門監(jiān)控系統(tǒng)在滿足可靠性和實用性的前提下體現(xiàn)先進性，采用成熟,、可靠,、標(biāo)準(zhǔn)化的硬件、軟件設(shè)備,，滿足響應(yīng)速度快,、可靠性和可用率高、可維護性好以及先進,、經(jīng)濟,、靈活和便于擴充等要求。具有逐步向無人值班階段過渡的良好基礎(chǔ)和平臺,。
系統(tǒng)有以下特點：1）本系統(tǒng)高度可靠,、冗余，其本身的局部故障不影響現(xiàn)場設(shè)備的正常運行,。2）系統(tǒng)為全分布,、全開放系統(tǒng)，既便與功能和硬件的擴充,，又能充分保護應(yīng)用資源和投資,，分布式數(shù)據(jù)庫及軟件模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計,，使系統(tǒng)能適應(yīng)功能的增加和規(guī)模的擴充,，并能自診斷。3）實時性好,、抗干擾能力強,。4）人機接口界面友好，操作方便,。5）監(jiān)控系統(tǒng)自動或根據(jù)運行人員的命令,，通過屏幕顯示器實時顯示電站主要系統(tǒng)的運行狀態(tài)，有關(guān)運行水力參數(shù),，主要設(shè)備的操作流程,，事故、故障報警信號及有關(guān)參數(shù)和畫面,。
2 系統(tǒng)組成
電站溢洪門監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備由溢洪門主控級和現(xiàn)地控制設(shè)備層二部分組成,。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2.1閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)主控級
閘門主控級設(shè)備主要負責(zé)集中監(jiān)視,、集中控制,、運行記錄和指導(dǎo),、自診斷,、培訓(xùn)及開發(fā),、通信等方面的功能實現(xiàn)。通過主控級這些功能達到集中控制溢洪門的各現(xiàn)地設(shè)備的目的,。
主控級設(shè)備配置如下：溢洪門主控級計算機及外圍設(shè)備,；報警裝置；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,；安全隔離裝置,；UPS電源；黑白噴墨式打印機,；彩色激光打印機,；監(jiān)控系統(tǒng)所有設(shè)備之間所需的連接屏蔽電纜、光纜,、適配器,、光電轉(zhuǎn)換器以及其他附件。主控制級上位機設(shè)備均采用知名品牌,。主控級計算機采用高性能DELL工作站,。網(wǎng)絡(luò)交換機采用某INS-801以太網(wǎng)交換機，用于連接溢洪門LCU和主控級計算機,。
主控級功能：自動監(jiān)控系統(tǒng)能迅速,、準(zhǔn)確有效地完成對被控對象的安全監(jiān)控。主控級具有數(shù)據(jù)采集與處理,，實時控制,、參數(shù)設(shè)定、監(jiān)視,、記錄,、報表、運行參數(shù)計算,、通信控制,、系統(tǒng)診斷、軟件開發(fā)和畫面生成,、系統(tǒng)擴充（包括硬件,、軟件）、運行管理和操作指導(dǎo)等功能,。
2.2現(xiàn)地控制設(shè)備層
系統(tǒng)配置溢洪門LCU單元,，LCU單元與溢洪門現(xiàn)地控制設(shè)備連接，將各現(xiàn)地控制柜采集的電機運行狀態(tài),、故障報警,、機械限位和閘門開度值等數(shù)據(jù)上送至上位機，進行監(jiān)視,。并下發(fā)上位機的集中控制命令,，對閘門進行開啟/關(guān)閉/停止控制,。
溢洪門LCU單元PLC采用某S7-412H系列PLC和7.5″TFT彩色液晶觸摸屏作為系統(tǒng)的核心控制器件，PLC含冗余電源,、冗余 CPU,，高度可靠的保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。溢洪門LCU單元功能有數(shù)據(jù)采集,；自動采集各現(xiàn)地控制設(shè)備的實時數(shù)據(jù),。自動接收來自主控級的命令信息和數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理,；控制和監(jiān)視,。操作人員可以通過LCU控制單元配置的觸摸屏對監(jiān)控對象進行控制。
2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
閘門監(jiān)控系統(tǒng)采用分層,、分布開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu),，數(shù)據(jù)庫實行分布管理方式。分層控制系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點：1）是適合于電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng),；2）易于保證自動化系統(tǒng)的可靠性,；3）可靈活地適應(yīng)系統(tǒng)的擴大和變更；4）可提高投資效率,；5）能更好地適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)水平的發(fā)展[1],。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)按功能分布要求可分為兩層：集中控制層和現(xiàn)地控制層。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)按主要設(shè)備配置狀況可分為兩級：集中控制級設(shè)備和現(xiàn)地控制級設(shè)備,。
2.3.1系統(tǒng)設(shè)備層次
整個閘門計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備分現(xiàn)地控制級,、集中控制級二層：現(xiàn)地控制級由各有關(guān)設(shè)備的現(xiàn)地控制柜和現(xiàn)地控制箱構(gòu)成，完成指定設(shè)備的現(xiàn)地監(jiān)控任務(wù),；集中控制級完成全廠閘門設(shè)備的實時信息采集處理,、監(jiān)視與控制任務(wù)，由主控級計算機,、溢洪門LCU等構(gòu)成,；二個層次功能各有側(cè)重，相互協(xié)調(diào)配合,，完成電站閘門計算機監(jiān)控系統(tǒng)的全部功能,。
2.3.2網(wǎng)絡(luò)層次
網(wǎng)絡(luò)分電站控制網(wǎng)和外部通信網(wǎng)兩層。電站控制網(wǎng)：主要連接現(xiàn)地控制層和集中控制層有關(guān)設(shè)備,。與現(xiàn)場實時監(jiān)控有關(guān)的信息主要由電站控制網(wǎng)傳輸,，如LCU上行信息和控制命令等；外部通信網(wǎng)：主要連接外部系統(tǒng),；閘門監(jiān)控系統(tǒng)采用星形以太網(wǎng),，集中控制級和現(xiàn)地控制級中的各計算機智能設(shè)備通過交換機進行相互連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，采用TCP／IP協(xié)議，傳輸介質(zhì)光纖,。
采用上述分層結(jié)構(gòu),，使不同性質(zhì)的信息分類在不同的網(wǎng)絡(luò)通道上傳輸，避免相互之間的干擾,，確保系統(tǒng)控制的實時性,、安全性和可靠性,。對于溢洪門LCU與其它智能裝置通信,，則可根據(jù)具體需要和選擇的設(shè)備情況，采用串行通信接口,。
3 系統(tǒng)功能
整個閘門監(jiān)控系統(tǒng)的功能分布在不同層次的不同設(shè)備之中,，各設(shè)備的協(xié)調(diào)配合，完成全廠閘門監(jiān)控功能,。具體功能分布情況如下：
1）主控級計算機
系統(tǒng)主機主要負責(zé)運行檔案管理,、事故故障信號的分析處理、測點定義及限值存儲,、各類運行報表生成和儲存,、歷史數(shù)據(jù)庫的生成、轉(zhuǎn)儲,、系統(tǒng)時鐘管理等,。作為操作員人機接口工作站則負責(zé)監(jiān)視、控制及調(diào)節(jié)命令發(fā)出,、報表打印等人機界面（MMI）功能,。并兼?zhèn)渫ㄓ嵱嬎銠C的功能，用于處理閘門監(jiān)控系統(tǒng)與電站計算機監(jiān)控系統(tǒng),、水情測報系統(tǒng),、水務(wù)管理系統(tǒng)等其它系統(tǒng)進行信息交換。
2）溢洪門LCU單元
主要負責(zé)各閘門的集中運行監(jiān)視,、數(shù)據(jù)采集,、控制和調(diào)節(jié)等任務(wù)，通過計算機網(wǎng)絡(luò)向集中控制設(shè)備上送各種信息和數(shù)據(jù),，接受集中控制設(shè)備下發(fā)的各種控制和調(diào)節(jié)指令并執(zhí)行,，并能單獨對閘門進行集中控制。
3）溢洪門現(xiàn)地控制箱
現(xiàn)地控制箱的操作獨立于PLC,，可直接對閘門進行操作,。閘門的現(xiàn)地控制箱內(nèi)設(shè)有“現(xiàn)地/遠方”選擇開關(guān)，在“現(xiàn)地”位置時可進行一對一操作,，且遠方命令不起作用,。通過功能的合理分布，確保系統(tǒng)各節(jié)點的負荷率滿足設(shè)計的要求，當(dāng)局部設(shè)備的故障時,，不影響系統(tǒng)其余部分功能正常運行,。
4 方案特點
本方案充分考慮設(shè)計的安全性、可靠性和先進型,，其主要器件均選擇西門子原裝進口產(chǎn)品,，系統(tǒng)的使用壽命長將大大延長。
4.1冗余
溢洪門LCU單元選用某S7-400H系列PLC,，PLC具備冗余電源,、冗余CPU、冗余通訊模塊,，從而保證系統(tǒng)的可靠性和安全程度[2],。
為了確保監(jiān)控系統(tǒng)安全可靠運行，監(jiān)控系統(tǒng)主要環(huán)節(jié)采用各種有效的冗余措施,，提高系統(tǒng)的可靠性,。主要冗余措施包括：1）溢洪門LCU單元PLC 采用某系列的S7-400H，PLC含雙CPU,、雙電源模塊,、雙通訊模塊的冗余配置，冗余模件的工作方式為在線熱備用,，切換無擾動,。兩個CPU以熱備用方式運行，確保系統(tǒng)安全可靠的不間斷運行,。2）系統(tǒng)設(shè)備雙網(wǎng)絡(luò)（互為冗余）,，保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠程度。3）現(xiàn)地控制柜配置冗余開關(guān)電源,，在一塊故障時另一塊仍能夠提供全部負載電源,，提高供電可靠性，確保系統(tǒng)安全可靠地運行[3],。
4.2高可靠性
系統(tǒng)器件,、部件性能優(yōu)越、通用性強,；系統(tǒng)具備遠方和現(xiàn)地操作,、監(jiān)控等功能：能對整個電站的啟閉機進行單機操作、成組操作,、選孔操作等,；能接收電站監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度中心下發(fā)的開啟,、關(guān)閉閘門命令,；能在電站監(jiān)控系統(tǒng)、溢洪門監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度中心對整個溢洪門進行監(jiān)視,，能實是觀察到各啟閉機的運行狀態(tài)及開度位置,；系統(tǒng)運行參數(shù)設(shè)有出廠默認設(shè)定值，可根據(jù)現(xiàn)場的具體情況通過顯示面板或遠方通訊方式進行調(diào)整和設(shè)定,；若系統(tǒng)出現(xiàn)故障,，系統(tǒng)能發(fā)出聲光報警信號，并通過現(xiàn)地顯示面板顯示和遠方報警,，以提示運行及維護人員,；系統(tǒng)設(shè)有足裕量的I/O接口，用戶可根據(jù)需要進行擴展,，不需修改任何硬件,；柜體采用全框架結(jié)構(gòu),，內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以根據(jù)要求隨意進行組合,；具有機械強度高、電氣防護等級高,、抗電磁干擾能力強,。
5 結(jié)束語
溢洪門自動監(jiān)控系統(tǒng)遵循先進、可靠,、成熟,、適用的原則進行設(shè)計，滿足電站“無人值班”（少人值守）的設(shè)計要求,。對于任何一個技術(shù)先進,、功能完善、監(jiān)控可靠的自動化控制系統(tǒng),，本項目方案都具有廣泛的參考價值,。