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　　1.前言
　　水力发电与燃煤、燃油、核能发电相比，能源是可再生的、枯竭的清洁能源。国家目前把优先发展水力发电作为搞好能源平衡的战略性措施，并出台了一列措施大力鼓励推进水电厂建设。在水电行业，随着水电厂"无人值班"（少人值守）和状态检修工作的不断深入开展，对水电厂的生产运行和管理提出了更高的要求；以”厂网分开、竞价上网”为基础的电力体制的改革也对水电厂自动化技术提出了新的要求。计算机技术、信息技术、网络技术、工业控制技术的飞速发展，给水电厂综合自动化系统无论在结构上还是在功能上，都提供了一个广阔的发展空间。
　　70年代中期，国外水电厂就开始把先进的计算机技术应用于水力发电厂的生产过程控制，大大提高了水电厂的自动化水平，取得了良好的经济效益。70年代末，原电力部科技委主持召开了“全国水电厂自动化技术经验交流会”，制定了水电厂自动化科学技术发展7年规划，我国开始引进和国内自主研发水电厂计算机监控系统技术并取得了巨大的成功。通过多年的努力，国内自主开发的水电厂自动化技术的发展经历了摸索、试点、推广、提高这四个阶段，取得了很大的成绩。特别是近20年来，国内水电厂自动化水平发展迅速，目前已进入世界先进行列。
　　水电厂计算机监控系统通常可以分成两大部分，一是对全厂设备进行集中控制的部分，称之为厂级或厂站级监控系统；另一部分是位于水轮发电机层、开关站等设备附近的控制部分，称为现地控制系统。现地控制系统的主要组成部分就是现地控制单元LCU（LocalControl Unit），在早期曾采用过与电网调度远程终端RTU（Remote TerminalUnit）同样的名称，考虑到LCU的含义更确切，自1991年“现地控制单元学术会议“之后，基本上统一称之为LCU。现在就LCU在我国水电厂自动化系统中的应用及发展作几点探讨。
　　2.LCU的应用
　　在水电厂计算机监控系统中LCU直接与电厂的生产过程接口，是系统中Zui具面向对象分布特征的控制设备。现地控制单元的控制对象主要包括以下几个部分：
　　（1） 电厂发电设备，主要有水轮机、发电机、辅机、变压器等；
　　（2） 开关站，主要有母线、断路器、隔离开关、接地刀闸等；
　　（3） 公用设备，主要有厂用电系统、油系统、水系统、直流系统等；
　　（4） 闸门，主要有进水口闸门、泄洪闸门等。
　　LCU一般布置在电站生产设备附近，就地对被控对象的运行工况进行实时监视和控制，是电站计算机监控系统的较底层控制部分。原始数据在此进行采集和预处理，各种控制调节命令都通过它发出和完成控制闭环，它是整个监控系统中很重要、对可靠性要求很高的控制设备。用于水电厂的LCU按监控对象和安装的位置可分为机组LCU、公用LCU、开关站LCU等。而按照LCU本身的结构和配置来分，则可以分为单板机——线型结构的LCU、以可编程控制器（PLC）为基础的LCU、智能现地控制器等三种。第一种LCU多为水电厂自动化初期的产品，目前已基本不再在新系统中采用。另外尚有极少数的小型水电厂采用基于工业PC机（又称工控机IPC）的控制系统，下面仅讨论处于主流地位的PLC和智能现地控制器（Zui近几年尚有称为PCC（ProgrammableComputer Controller）、PAC（Programmable AutomationController）的产品，应该也可以归类其中）。
　　2．1可编程控制器（PLC）
　　PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用可编程序的存贮器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
　　Zui初，由于美国汽车工业的需要而产生了可以说是原始的PLC。虽然PLC问世时间不算太长，但是随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路制造技术和数据通讯技术的迅速发展，PLC的应用和技术也得到了飞速的发展，其发展过程大致可分三个阶段：
　　（1） 早期的PLC（60年代末-70年代中期）： 早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。
　　（2） 中期的PLC（70年代中期-80年代中，后期）： 在70年代开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元（CPU）。这样，使PLC得功能大大增强。在软件方面，在原有的逻辑运算、定时、计数等功能的基础上增加了算术运算、数据处理和数据通讯、自诊断等功能。在硬件方面，开发了模拟量模块、远程I/O模块以及各种特殊功能模块，使PLC的应用范围得以迅速扩大到需要自动控制的很多行业。
　　（3） 近期的PLC（80年代中、后期至今）进入80年代中、后期，由于微处理器硬件制造技术迅速发展，同时市场价格大幅度下降，使得各PLC生产厂家可以采用更高档次的微处理器。为了进一步提高PLC的处理速度，很多制造厂商还研制开发了专用逻辑处理芯片。后来PLC还融入了Ethernet、WebServer等技术，提供了功能丰富的配套软件，使广大用户使用起来更加得心应手。
　　上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展Zui快的时期，年增长率一直保持为30%~40%。在这时期，PLC的数据采集处理能力、数字运算能力、人机接口和网络通信能力都得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，与部分工业控制设备相结合后在某些应用上逐渐取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。由于PLC具有通用性强、可靠性高、使用方便、编程简单、适应面广等特点，使它在工业自动化控制特别是顺序控制中的得到了非常广泛的应用。
　　我国将PLC应用于水电厂生产设备的监控始于上世纪80年代，由于PLC一般按照工业使用环境的标准进行设计，可靠性高、抗干扰能力强、编程简单实用、接插性能好很快被电站用户和系统集成商接受，得到了较好的应用。目前在我国水电厂使用较广泛的PLC有：GEFanuc公司的GE Fanuc 90系列，德国Siemens公司的S5、S7系列，法国Schneider公司的ModiconPremium、Atrium 和，美国Rockwell公司 PLC5、ControlLogix，日本OMRON公司的SU-5、SU-6、SU-8，日本MITSUBISHI公司的FX2系列等。由于各种PLC的设计原理差异较大，产品的功能、性能以及可以构成现地系统的规模有很大的不同。一般来说，根据不同电站在安全性能（包括可靠性、可维护性等）、应用功能、控制规模、系统结构等方面的实际需求进行选择，还是可以找到合适的PLC的。目前我国很大一部分电站的自动化系统都是采用PLC构成现地控制部分的，通过合理的配置和搭配，它们基本上都能在系统中担负起相应责任，完成相应的功能。
　　但PLC作为一种通用的自动化装置，并非是为水电厂自动化而专门设计的，在水电自动化这一有着特殊要求的行业应用中不可避免地也会有一些不适合的地方，现列出以下几点：
　　（1）PLC以“扫描”的方式工作，不能满足事件分辨率和系统时钟同步的要求。水电厂计算机监控系统都是多机系统，为了保证事件分辨率除了PLC本身应具有一定的事件响应能力和高精度时钟外，还要求整个系统内各部分主要设备之间的时钟综合精度也必须保证在毫秒级以内。而以PLC为基础的现地

控制装置如果不采取特殊措施，就无法保证水电厂安全运行对事件分辨率和系统时钟同步的要求。
　　（2）通用型PLC的起源主要针对机械加工行业，以后逐步扩展到各行各业。现在的PLC虽然具有较强的自诊断功能，但对于输入、输出部分，它只自诊断到模件级。这对于我国电力生产这样一个强调“安全第一”的行业来说，有一定的欠缺，往往需要另加特殊的安全措施。
　　（3）通用型PLC一般都具有一定的浪涌抑制能力，基本上可以适合大部分行业应用。但对于水电厂自动化系统来讲，由于设备工作环境的特殊性，通用型PLC的浪涌抑制能力与技术规范所要求的三级浪涌抑制能力还有一些差距。
　　2．2智能现地控制器
　　在我国水电厂自动化系统中应用较多的另一类现地控制单元应该就是智能现地控制器，如ABB公司AC450，南瑞集团的SJ-600系列，Elin公司的SAT1703等。
　　其中AC450是ABB公司生产的适用于工业环境的AdvantController系列现地控制单元中的一种，主要应用于其它行业的DCS中。它包括了以Motorola68040为主处理器的CPU模件和I/O、MasterBus等多种可选的模件，支持集中的I/O和分布式I/O，可根据不同的应用需求采用不同的模件来构成适用的现地子系统。
　　SAT1703是奥地利Elin公司生产的多处理器系统，它包括3个装有不同接口处理器的子系统AK1703、AME1703和AM1703。每个子系统由主处理器、接口模板（模块）、通信模块等构成，能实现数据处理、控制和通信功能，在LCU内部采用SMI（SerialModuleInterconnector）进行通信。SAT1703现地控制单元采用OS/2操作系统，运行的控制软件为ToolBox。