0 引言
水電站溢洪門監控系統采用計算機監控的模式，實現閘門監控系統與電站計算機監控系統、水情測報系統、水務管理系統進行通信，上傳電站閘門系統的詳細監控信息并接受電站計算機監控系統、水情測報系統、水務管理系統對閘門的遠控指令。
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，控制系統采用目前廣泛應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。其中PLC選用的是某公司的S7-400H及S7-300系列產品，以實現對弧形閘門以及其相關輔助設備的控制。
1 系統綜述
溢洪門監控系統采用開放性的分層分布式系統結構，當系統中任何一部分設備發生故障時，系統整體以及系統內的其他設備仍能繼續正常工作且功能不會額外減少。溢洪門監控系統在滿足可靠性和實用性的前提下體現先進性，采用成熟、可靠、標準化的硬件、軟件設備，滿足響應速度快、可靠性和可用率高、可維護性好以及先進、經濟、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和平臺。
系統有以下特點：1）本系統高度可靠、冗余，其本身的局部故障不影響現場設備的正常運行。2）系統為全分布、全開放系統，既便與功能和硬件的擴充，又能充分保護應用資源和投資，分布式數據庫及軟件模塊化、結構化設計，使系統能適應功能的增加和規模的擴充，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）監控系統自動或根據運行人員的命令，通過屏幕顯示器實時顯示電站主要系統的運行狀態，有關運行水力參數，主要設備的操作流程，事故、故障報警信號及有關參數和畫面。
2 系統組成
電站溢洪門監控系統設備由溢洪門主控級和現地控制設備層二部分組成。其網絡結構如圖1所示。
2.1閘門自動監控系統主控級
閘門主控級設備主要負責集中監視、集中控制、運行記錄和指導、自診斷、培訓及開發、通信等方面的功能實現。通過主控級這些功能達到集中控制溢洪門的各現地設備的目的。
主控級設備配置如下：溢洪門主控級計算機及外圍設備；報警裝置；網絡設備；安全隔離裝置；UPS電源；黑白噴墨式打印機；彩色激光打印機；監控系統所有設備之間所需的連接屏蔽電纜、光纜、適配器、光電轉換器以及其他附件。主控制級上位機設備均采用知名品牌。主控級計算機采用高性能DELL工作站。網絡交換機采用某INS-801以太網交換機，用于連接溢洪門LCU和主控級計算機。
主控級功能：自動監控系統能迅速、準確有效地完成對被控對象的安全監控。主控級具有數據采集與處理，實時控制、參數設定、監視、記錄、報表、運行參數計算、通信控制、系統診斷、軟件開發和畫面生成、系統擴充（包括硬件、軟件）、運行管理和操作指導等功能。
2.2現地控制設備層
系統配置溢洪門LCU單元，LCU單元與溢洪門現地控制設備連接，將各現地控制柜采集的電機運行狀態、故障報警、機械限位和閘門開度值等數據上送至上位機，進行監視。并下發上位機的集中控制命令，對閘門進行開啟/關閉/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安全穩定運行。溢洪門LCU單元功能有數據采集；自動采集各現地控制設備的實時數據。自動接收來自主控級的命令信息和數據。數據處理；控制和監視。操作人員可以通過LCU控制單元配置的觸摸屏對監控對象進行控制。
2.3系統結構
閘門監控系統采用分層、分布開放式系統結構，數據庫實行分布管理方式。分層控制系統具有以下的優點：1）是適合于電力系統結構的系統；2）易于保證自動化系統的可靠性；3）可靈活地適應系統的擴大和變更；4）可提高投資效率；5）能更好地適應現代技術水平的發展[1]。系統結構按功能分布要求可分為兩層：集中控制層和現地控制層。系統結構按主要設備配置狀況可分為兩級：集中控制級設備和現地控制級設備。
2.3.1系統設備層次
整個閘門計算機監控系統設備分現地控制級、集中控制級二層：現地控制級由各有關設備的現地控制柜和現地控制箱構成，完成指定設備的現地監控任務；集中控制級完成全廠閘門設備的實時信息采集處理、監視與控制任務，由主控級計算機、溢洪門LCU等構成；二個層次功能各有側重，相互協調配合，完成電站閘門計算機監控系統的全部功能。
2.3.2網絡層次
網絡分電站控制網和外部通信網兩層。電站控制網：主要連接現地控制層和集中控制層有關設備。與現場實時監控有關的信息主要由電站控制網傳輸，如LCU上行信息和控制命令等；外部通信網：主要連接外部系統；閘門監控系統采用星形以太網，集中控制級和現地控制級中的各計算機智能設備通過交換機進行相互連接實現數據通信，采用TCP／IP協議，傳輸介質光纖。
采用上述分層結構，使不同性質的信息分類在不同的網絡通道上傳輸，避免相互之間的干擾，確保系統控制的實時性、安全性和可靠性。對于溢洪門LCU與其它智能裝置通信，則可根據具體需要和選擇的設備情況，采用串行通信接口。
3 系統功能
整個閘門監控系統的功能分布在不同層次的不同設備之中，各設備的協調配合，完成全廠閘門監控功能。具體功能分布情況如下：
1）主控級計算機
系統主機主要負責運行檔案管理、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、歷史數據庫的生成、轉儲、系統時鐘管理等。作為操作員人機接口工作站則負責監視、控制及調節命令發出、報表打印等人機界面（MMI）功能。并兼備通訊計算機的功能，用于處理閘門監控系統與電站計算機監控系統、水情測報系統、水務管理系統等其它系統進行信息交換。
2）溢洪門LCU單元
主要負責各閘門的集中運行監視、數據采集、控制和調節等任務，通過計算機網絡向集中控制設備上送各種信息和數據，接受集中控制設備下發的各種控制和調節指令并執行，并能單獨對閘門進行集中控制。
3）溢洪門現地控制箱
現地控制箱的操作獨立于PLC，可直接對閘門進行操作。閘門的現地控制箱內設有“現地/遠方”選擇開關，在“現地”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，確保系統各節點的負荷率滿足設計的要求，當局部設備的故障時，不影響系統其余部分功能正常運行。
4 方案特點
本方案充分考慮設計的安全性、可靠性和先進型，其主要器件均選擇西門子原裝進口產品，系統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，從而保證系統的可靠性和安全程度[2]。
為了確保監控系統安全可靠運行，監控系統主要環節采用各種有效的冗余措施，提高系統的可靠性。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，確保系統安全可靠的不間斷運行。2）系統設備雙網絡（互為冗余），保證網絡系統的可靠程度。3）現地控制柜配置冗余開關電源，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，確保系統安全可靠地運行[3]。
4.2高可靠性
系統器件、部件性能優越、通用性強；系統具備遠方和現地操作、監控等功能：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；能接收電站監控系統、調度中心下發的開啟、關閉閘門命令；能在電站監控系統、溢洪門監控系統、調度中心對整個溢洪門進行監視，能實是觀察到各啟閉機的運行狀態及開度位置；系統運行參數設有出廠默認設定值，可根據現場的具體情況通過顯示面板或遠方通訊方式進行調整和設定；若系統出現故障，系統能發出聲光報警信號，并通過現地顯示面板顯示和遠方報警，以提示運行及維護人員；系統設有足裕量的I/O接口，用戶可根據需要進行擴展，不需修改任何硬件；柜體采用全框架結構，內部結構可以根據要求隨意進行組合；具有機械強度高、電氣防護等級高、抗電磁干擾能力強。
5 結束語
溢洪門自動監控系統遵循先進、可靠、成熟、適用的原則進行設計，滿足電站“無人值班”（少人值守）的設計要求。對于任何一個技術先進、功能完善、監控可靠的自動化控制系統，本項目方案都具有廣泛的參考價值。