第四节 下位机系统
一、 系统概述
水电厂计算机监控系统通常分成两大部分，一是用于全厂范围设备控制的部分，称为厂级监控系统，另一部分是水轮发电机层的控制部分，称为现地控制系统。
下位机控制系统的主要组成部分就是现地控制单元LCU(Local Control Unit)，在以前曾采用过与电网调度远程终端RTU相同的称呼，考虑到LCU的含义更为确切，因此自1991年在武汉召开的“现地控制单元学术会议”之后，现地控制单元的名称基本上统一称之为LCU。
LCU主要是就地对机组运行实现监视和控制，一般布置在发电机附近，是计算机监控系统较底层的控制部分。原始数据在此进行采集，各种控制调节命令都最后在此发出，因此可以说是整个监控系统很重要的、对可靠性要求很高的“一线”控制设备。现地控制单元可用来选择远方／就地控制方式，可就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他设备进行通信，以及完成自诊断功能等。由于LCU直接与电厂的生产过程接口，对发电机生产过程进行监控，实时性要求很高，以便完成调速、调压、调频以及事故处理等快速控制的任务。在上位机系统出现故障或退出运行时，LCU应仍能正常运行和实现对水轮发电机组发电的基本控制。因此可以说LCU是水电厂计算机监控系统中最具面向对象分布特征的设备。
现地控制单元的控制对象包括以下几部分：
(1)电厂发电设备，主要有主机、辅机、变压器等。
(2)开关站，主要有母线、断路器及隔离开关。
(3)公用设备，主要有厂用电系统、风水油系统、蓄电池直流系统等。
(4)闸门设备，主要有球阀和泄洪闸门等。
LCU的设备一般根据监控对象及其地理位置而划分为机组LCU、公用LCU、开关站LCU和闸门LCU等，以实现对各个对象的监视和控制。按对象配置IJCU的优点是，可就近采集各种数据，节省电缆，各台LCU之间是相对独立的，某个LCU发生故障时不会影响到其他LCU的正常运行，并且与厂级计算机系统也是相对独立.。
二、 LCU的分类
1、 单板机－－-总线型结构LCU
2、 以可变程控制器为基础的LCU
3、 智能I/O模件配工业实时网的LCU
第五节 监控系统内部数据通信
一、 概述
通信子系统是水电厂监控系统十分重要的一个组成部分，一般认为，计算机系统已从以PC机为基础的时代跨人了以网络为基础的时代。当今计算机监控系统与网络技术的关系已溶为一体。不少计算机生产厂商都把网络软件作为基本操作系统的一部分与计算机系统一起提供给用户。 】
水电厂内存在着多种通信方式，如以往常用的调度电话和当今仍使用的无线寻呼(常称为On-Call)通信等。内部通信，它主要是用来实现监控系统内部工作站、服务器、现地控制单元等相互之间的通信，由于调速系统、励磁系统、继电保护系统等都实现了微机化，与监控系统实现通信也是完全可行的，而外部通信即国外公司常称的EDL(Extem址Data LInk)，主要是用来与上级调度系统(网调或省调)、水情测报系统、水库调度系统及泄洪闸门控制系统、船闸控制系统等通信。
作为监控系统的主干网，目前使用最广泛的是lOMbps和lOOMbps的以太网)。监控系统与调速系统、励磁系统、继电保护系统等的通信曾经较广泛的使用串行通信方式，如RS-232-C或RS-422等。有时监控系统为了与多套保护装置通信，常设置一台保护通信机或称保护管理机，由保护通信机与多个保护单元进行通信，再将保护信息送往监控系统。目前一种较新的方式是采用现场总线，即将微机调速、微机励磁、微机保护等都挂在现场总线上，通过现场总线进行通信。
监控系统与MIS系统之间的信息交换，过去多采取实时数据通信方式进行数据交换，现今，随着网络技术的发展，MIS系统也较多采用Web浏览方式访问监控系统。
二、基本概念
1、数据通信党用术语
(1)规约。规约，或者称协议，是数据通信双方为实现信息交换而做的一组约定，它规定了数据交换的帧格式和传输规则，其中传输规则是规约的核心内容，它确定了一个规约区别与其他规约的独特的工作方式。
(2)波特率。它是信号频率每秒钟变化的次数，若只有两个信号级，则波特率等于比特率，即每秒钟可传输的比特数。 、
(3)帧。它是按照一定的规则和顺序组成的信文，并且具有特定的含义。
(4)校验。进行差错检测和纠正的方法，例如奇(偶)校验、累加和校验、循环冗余校验等。
(5)主站。从子站获得各类现场数据、向子站发出控制命令。
(6)子站。向主站提供各类现场数据、接受主站下发的控制命令并执行。
(7)TCP／IP参考模型。由网络接口层、互连网层、传输层和应用层组成的计算机网络参考模型，其中互连网层对应于OSI参考模型的网络层，全网统一标识(ⅡP地址)，屏蔽异种网络之间的差异，有效地解决异种网络互连问题。互连网层提供点到点的通信，并假设物理信道的传输质量可以保障，由传输层纠错，因此，互连网层提供不可靠的无连接服务，体现了“尽力传递”的思想，典型协议是IP。传输层对应于OSI的传输层，它提供
安全、可靠的连接。典型协议有面向连接的传输控制协议(T'CP)和面向无连接的用户数据报协议(UDP)，TCP的重要作用包括误差控制和流量控制。电力系统实时数据通信应用层协议DL 476一1992可以基于TCP／IP参考模型。电力行业标准DL/T 634.5104—2002亦规定了IEC60870-5-101的应用层与TCP／IP提供的传输功能的结合。
2、数据通信的载体
(1)双绞线及双绞屏蔽电缆。双绞线由两条互相绝缘的铜线组成，这两条线像螺纹一样拧在一起，可以减少邻近线对电气的干扰。
(2)同轴电缆。同轴电缆以硬铜线为芯，外包一层绝缘材料。同轴电缆具有高带宽和极好的噪声抑制特性。
(3)光纤。光纤的中心是光传播的玻璃芯，外面是封套和外套。光纤分两种：单膜光纤和多膜光纤。光纤可以提供比铜线高得多的带宽，传输距离远，不受发动机转动、电磁千扰和电源故障的影响，也不受空气中腐蚀性化学物的侵蚀，适用于恶劣的工作环境。
(4)无线传输。利用无线电、微波、红外线、光波等实现无线通信。
3、接口
1．串行接口方式
(1)RS-232-C。
RS-232-C是美国电子工业协会EIA制定的一种串行物理接口标准。RS是Recommended Standard的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS一232．C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需三条信号线就可实现发送线、接收线及地线。
RS一232-C标准规定的数据传输速率为50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特率，常用的数据传输速率为300—19200波特率。
通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232-C属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题。
(2)RS-485。
RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力，
RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线，可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台设备。RS一485用一对双绞线进行数据通信，适用于主／从方式下的多点、中长距离、中速数据通信。
三、现场总线
1、现场总线的概念
根据国际电工委员会(Ⅱ：EC)的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络，它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通信。
现场总线是安装在生产过程区域的现场设备／仪表与控制室内的自动控制装置／系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线，其中，“生产过程”包括断续生产过程和连续生产过程两类；或者，现场总线是以单个分散的数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。
2、常用的现场总线
（1）CAN。
CAN(Controllel．Area NetW0rk)称为控制局域网，属于总线式通信网络。CAN总线规范了任意两个CAN节点之间的兼容性，包括电气特性及数据解释协议，CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。物理层决定了实际位传送过程中的电气特性，在同一网络中，所有节点的物理层必须保持一致，但可以采用不同方式的物理层。CAN的数据链路层功能包