一、设计在工程建设中的作用设计是一门涉及科学、技术、经济和方针政策等各方面的综合性的应用技术科学。设计也是先进技术转化为生产力的纽带。设计工作的基本任务是在工程建设中贯彻国家的基本建设方针和技术经济政策，做出切合实际、安全适用、技术先进、综合经济效益好的设计，有效地为电力建设服务。设计文件是对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益起着决定性的作用、是工程建设项目安排和施工组织安装的主要依据。水电站综合自动化系统工程设计应充分满足水电厂安全经济可靠运行的需要，根据水电站所在电力系统调度自动化、系统继电保护和安全自动控制、电能计费、系统通信以及电力系统生产调度治理等方面的要求，在设备布置、人机界面、环境保护等方面，考虑人体的特点、能力和限度，采取适当的技术措施，以满足电力系统安全经济运行和安全方便的调度治理工作需要。二、综合自动化系统设计内容水电站综合自动化系统设计主要包括全站二次系统接线；同期系统；水轮发电机组及机组辅助设备和全厂共用设备的自动控制系统，励磁系统；短路电流的计算，主设备及其他设备的继电保护；直流系统和电气试验室、通信设备等，同时也包括电站计算机监控系统，火灾自动报警系统，工业电视监视系统，大坝监控系统。1)继电保护电力系统继电保护和安全自动装置是当电力系统本身发生了故障或发生危及其安全运行的事件时，向运行值班人员及时发出警告信号或直接向所控制的断路器发出跳闸命令，以终止故障或事件的发展的一种自动化措施和设备。用于保护电力元件的成套设备，一般称为继电保护装置；用于保护电力系统的一般称为安全自动装置。继电保护是保证电力系统中电力元件安全运行的基本装备，任何电力元件不得在无继电保护的状态下运行，当发电机、变压器、输电线路、母线及用电设备等发生故障时，要求继电保护装置用可能最短的时限和在可能最小的范围内，按预先设定的方式，自动把故障设备从运行系统中断开，以减轻故障设备的损坏程度和对临近地区供电的影响。安全自动装置是为了防止电力系统失去稳定性和避免电力系统发生大面积停电事故的自动保护装置。如输电线路自动重合闸、电力系统稳定控制、电力系统自动解列、按频率自动减负荷和按电压降低自动减负荷装置等。电力系统对继电保护的基本要求：继电保护和安全自动装置应符合可靠性（可信赖性和安全性）、选择性、灵敏性和速动性的要求。应综合考虑：电力设备和电力网的结构特点和运行特点；故障出现的概率和可能造成的后果；电力系统的近期发展情况；经济上的合理性；国内和国外的经验。2)同期系统同期分为准同期和自同期两种方式，准同期有自动准同期和手动准同期，均带有非同期闭锁。同期点选择：发电机出口断路器；三圈变三侧，双圈变一侧，线路和母联断路器。水轮发电机以自动准同步作为正常同步方式，手动准同步为备用同步方式，必须装设非同步合闸闭锁装置。每台机组宜装设一套自动准同步装置及手动准同步装置。其他作为同步点的线路、母线等回路中的断路器宜采用半自动准同步方式，必要时以手动准同步方式为备用，并需装设非同步合闸闭锁装置。全站宜装设一套多对象自动准同步装置及手动准同步装置。3)调速器调速器的调节系统结构模式归纳为三类：单微机系统调节器、双微机系统调节器、单PLC调节器。调速器主要性能指标：静态性能指标（转速死区ix和轮叶不随动ia）、动态性能指标（空载转速摆动值、接力器不动时间Tq和甩满负荷后调节时间Tp）接力器不动时间Tq：含有可编程调节器或/和二级液压随动装置对接力器不动时间Tq有不利影响；而由性能档次高的微机调节器和一级电液随动装置对调速器的Tq影响较小，即该系统结构模式的调速器具有较好的快速性；甩满负荷后调节时间Tp：主要取决于调节器中CPU的性能档次，CPU档次越高，Tp值越小；Tp基本上不受液压部分的影响。调速器采用微机档次越高，越有利于改善调速器动态性能指标之一的Tp，越有利于改善调速器的快速性；空载转速摆动值：调速器在手动方式时，即水轮机在空载自然状态下机组的转速摆动值被称为手动空载转速摆动值。调速器在自动方式时，即水轮机在空载被控状态下机组的转速摆动值被称为自动空载转速摆动值。假如调速器自动控制作用正常，则自动空载转速摆动值应该小于手动空载转速摆动值。这个规律在机组空载运行试验时用来检验调速器软件中的PID调节算法程序的正确性。调速器的性能指标主要受两个因素的影响，即调速器的系统结构模式和微机的性能档次。作为现代水轮机微机调速器还必须注重另外两个重要性能指标：快速性与可靠性。4）励磁系统励磁系统是同步发电机的重要组成部分，直接影响发电机的运行特性。励磁系统一般分为两部分构成：第一部分是励磁功率单元，它向同步发电机的励磁绕组提供直流励磁电流；第二部分是励磁调节器，它根据发电机的运行状态，自动调节功率单元输出的励磁电流，以满足发电机运行的要求。励磁系统的任务：维持电压水平和机组间稳定分担无功功率，提高同步发电机并列运行的稳定性。5）直流系统电站应装设蓄电池组向控制负荷、动力负荷供电。控制负荷包括电气的控制、信号、继电保护、自动装置等负荷。动力负荷包括直流电动机、断路器电磁合闸机构、交流不停电电源装置以及事故照明等负荷。经常性负荷：要求直流电源在各种工况下均应可靠供电的负荷；事故性负荷：要求直流电源在交流电源事故停电时间内可靠供电的负荷，并应按事故初期负荷和事故持续负荷以及随机负荷分类。蓄电池组不宜设置端电池。电池组在正常浮充电运行方式下，直流母线电压应为直流系统额定电压的105；其他运行方式下直流系统母线电压不应超出直流用电设备所答应的电压波动范围85~110。蓄电池容量计算条件应满足全厂事故停电时间内（应按1H）的放电容量；应计及事故初期直流电动机启动电流和其他冲击负荷电流；并应考虑蓄电池组持续放电时间内随机负荷电流的影响，应按最严重的事故方式校验直流母线电压，其最低值应满足直流负荷的要求。6）工业电视监控在水利水电领域，随着我国许多泵站、水电站及变电站实现了“无人值班、少人值守”的运行治理模式，运行治理人员借助计算机监控系统进行水利水电工程内设备监视控制的同时能够观看远方稳定而且清楚的现场图像信息的愿望更为迫切。但是，在水利电力行业视频监控系统（即工业电视）一般运行在低温、潮湿、风尘大、强电磁场干扰恶劣的环境条件下，组建一个能够长期可靠稳定运行，并且能够远程转送清楚的图像，操作又十分便捷视频监控系统就成为我们追求的目标。当前是信息化时代，应结合水利水电工程的实际充分考虑用户的需求构成最适合水利水电工程的视频监控系统结构方案。视频监控系统主要根据现场需要放置摄像机，并通过通信电缆将摄像机解码器的图象数据传送到视频控制中心，以现场的实时图象作为信息内容，在控制中心通过对实时图象的处理，实现中控室对远方现场的实时监控，以直观的视频图象信号及时了解现场环境、人员工作、设备运行情况，还可以将图象信息作为历史资料加以保存，供以后使用。同时利用视频监视系统兼作安全保卫使用，信号可以在电脑网络上传输，这样治理人员通过计算机网络，直接观察现场的图像，随时了解现场的工作人员和设备的工作情况。非凡是对一些无人值守的设备、对无人员操作和运转设备的监视，对环境恶劣的工作区域、水闸区域设备和人员设置监视点提供24小时不间断监视，为故障分析等提供参考。通过多媒体技术使治理人员获取各类信息，发挥一定的安全保卫作用。视频监控系统主要包括前端摄像部分、信号传输部分、图像处理和控制部分、显示和记录部分等主要部分组成。前端摄像部分：主要负责摄取现场画面的图像信号并将这些图像信息转变为可传输的电信号，包括摄像机、镜头、云台、防护罩、支架等；信号传输部分：用于将现场的视频信号传送至计算机监控中心，及将监控中心的控制信号反馈传送到现场控制摄像点，包括解码器、视频放大器、视频电缆、信号电缆等；图像处理和控制部分：集中接收和处理现场发送回来的各种信号，并进行相应的控制和治理工作。这部分主要由数字硬盘录像机主机及多画面处理器完成；显示及记录部分：将前端设备传回的视频信号转化为图像信号并显示和记录，主要由显示器、监视器和刻录机完成。视频监控系统充分利用其他行业，如数字技术、计算技术、网络技术的发展，尤其是解码技术实现不同行业间的技术发展融合与成熟，形成行业间的相互渗透和融合，数字视频监控系统已逐渐成为视频监控系统发展的一个必然趋势。数字图像分辨率的提高，是基于日益发展完善的网络，视频监控不再存在地域或者距离的限制，网络技术是今后视频监控系统建设中的基础。同时，随着数字化产品价格的降低，模拟监控系统难于与其他系统兼容，实现系统间的交换和资源共享，模拟监控系统将随着市场需求量的降低而逐渐被数字设备所取代。未来的数字监控系统，不仅完成视频的存储，且支持视频的传输、控制、网络治理、智能化查询与访问。7）火灾自动报警系统为了及早发现和通报火灾事故，防止和减少火灾危害，体现以防为主，防消结合的原则，电站应按《火灾自动报警系统设计规范》和《水利水电工程设计防火规范》设置火灾自动报警及消防控制系统。报警系统的形式选择应符合二级保护对象宜采用区域报警系统（由区域火灾报警控制器和火灾探测器等组成，或由火灾报警控制器和火灾探测器等组成功能简单的火灾自动报警系统）；一级和二级保护对象宜采用集中报警系统（由集中火灾报警控制器、区域火灾报警控制器和火灾探测器等组成，或由火灾报警控制器、区域显示器和火灾探测器等组成功能较复杂的火灾自动报警系统）；特一级和一级保护对象宜采用控制中心报警系统（由消防控制室的消防控制设备、集中火灾报警控制器、区域火灾报警控制器和火灾探测器等组成，或由消防控制室的消防控制设备、火灾报警控制器、区域显示器和火灾探测器等组成功能复杂的火灾自动报警系统）火灾自动报警系统的保护对象根据其使用性质、火灾危险性、疏散和扑救难度等分为特级、一级和二级。三、电站计算机监控系统1)目的意义实现水利水电工程可持续发展离不开现代控制治理手段，实现自动化、信息化是水利水电工程现代化的基础和重要标志，通过自动化系统设施建设，提高信息采集、传输的时效性，为实现水利水电工程水资源优化配置提供手段，为防汛抗旱决策提供依据，为水利水电工程更好地服务经济社会发展创造条件。(1）自动化控制信息化治理是实现水利水电工程水资源优化配置的需要水利水电工程的主要目的是尽可能最大限度提高水资源的综合利用效益，即结合天气、工程、农业生产状况等变化因素制定配水和蓄水计划。(2）自动化控制信息化治理是实现水利水电工程水资源优化调度的需要优化调度是实施水利水电工程水资源优化配置的保障措施，优化调度的前提是要及时把握水利水电工程水资源、设备运行、用水户的水资源的需求。水利水电水资源调配必须及时，不能滞后于客观实际的变化，才能达到优化调度的目的。（3）自动化控制信息化治理是实现水利水电工程防汛抗旱的需要防汛抗旱是建设水利水电的重要内容，水利水电工程防汛保安及灌区抗旱执行节约用水要求建立一套水电站水位实时监视控制系统才能满足用水治理控制技术的要求。（4）自动化控制信息化治理是实现水利水电工程无人值班少人值守的需要为了适应时代发展的要求，提高设备安全和自动化水平，改变水利水电治理用人多、效率低的落后局面，水利水电的值班方式逐步从多人值班向少人、无人值班方式过渡。运行治理体制的改革，必将促进水利水电厂站的技术进步，提高安全经济运行治理水平，对设备提出了更高的要求。同时水利水电工程效益的发挥，需要整个系统工程的协调正常运行。因此，一项重要的任务是需要就地监视和控制水电站的运行状况，并将信息及时地传送到电站控制中心或电力调度（或水利防汛指挥）中心，这就要求利用信息技术、计算机网络技术建设采集水电站的数据、信息，完成实时监视控制，以承担水利水电工程运行状况的监控任务。2）监视控制系统组成监控系统可按系统的结构模式、使用计算机的种类、控制方式、控制层次、冗余配置、功能性能及操作种类等不同原则分类，主要包括:（1)常规控制：主要指采用强电开关、强电小型开关在模拟图上进行的控制操作。（2)直接控制：是一种较传统的应用方式，其发展可实现数字直接控制。现主要用于小系统或单个设备，实际上是一种单级控制。（3）经典控制：一般指采用的比例、积分、微分（PID）调节规律的控制方式。（4）计算机辅助监控系统：在此系统中,计算机仅作为辅助环节,不构成系统控制的主回路.或者说计算机只能完成监视的功能,不能参加控制和调节,计算机仅处于辅助和次要的地位.计算机故障原则上不会影响系统的工作.（5）计算机为基础的监控系统：在此系统中,计算机是监控系统控制主回路的一部分.是完成水电站生产过程监视和控制的基本环节,从原理上讲计算机退出将使系统停止运行.由于容错、冗余、失电动作等一系列提高可用率和可靠性措施，计算机故障将不会影响系统的功能，或将运行设备安全地切换到初始状态。（6）集中式计算机监控系统：指将计算机系统集中布置。通常是将该系统的各种功能，如数据采集、数据处理、人机通信等均集中起来完成。这里既包括地理上的集中，同时也含有物理上集中的意思。（7）分布式处理计算机监控系统：美国电工电子学会计算机学会给分布系统的定义为：“分布计算系统是这样一种系统，其中包含多个相连的物理资源，它们能够在全系统范围的统一控制下，对单一问题进行合作，而最少依靠集中的处理、集中的数据或集中的硬件”。而英国国家科学研究委员会下属计算科学委员会的定义为：“分布计算系统是这样一种系统，其中包含多个独立但又有交互作用的计算机，它们对一个共同问题进行合作。这种系统的特性是包含多个控制路径，它们执行一个程序的不同部分而又相互作用”[10]。分布式系统最基本要求是：多个分布的资源；统一的操作系统；资源独立而又相互作用。可按功能、对象以及两种方式结合构成应用系统。（8）分散式处理计算机监控系统：分散式处理计算机监控系统是在多计算机系统出现后得到应用的一种系统，主要是将地理上分散在一定的范围内而相互之间的联系较薄弱的、很少存在处理或计算上的因果关系控制对象连接起来。“分散”是相对于“集中”而言的，主要强调位置上的分散。（9）分层控制分层控制理论是20世纪80年代发展起来的一种新理论，它是控制系统理论的一个分支，是从控制论的角度来研究多个互相影响的系统的控制方法。它把“中心的控制中心”对“各子系统的控制中心”的监视，以及确定“各子系统控制中心”的控制方向问题提高到理论上来，从控制命令的产生、命令执行结果信息的反馈流向、被采集的信息上送关系、各级的操作权限等来看，是一个典型的正置三角形的中心——地方模式的、带有一定程度中心集权性质的系统。因此将监控系统构成一个分层控制结构是合理的。（10）开放系统由于计算机技术的更新换代速度越来越快，非凡是硬件产品的生命周期越来越短，往往一个技术刚出现不久就有更先进的技术出现。一个新技术的出现，往往淘汰一批老的技术落后的厂家。为了保护用户的利益，在新技术新系统出现时，不损失原来系统的巨额投资，开放系统的概念应运而生。IEEE对开放系统的定义，即开放系统是“按照开放的接口、服务和支持格式规范而实现的系统，它使应用软件能以最少修改，实现在不同系统中的移植；能同本地的或远程系统中的应用实现互操作；能以方便用户迁移的方式实现用户间的交互”，即开放系统是指一个综合性的有关信息方面的国际标准集，考虑数据、人员互操作性及可移植性而描述的对接口、格式、功能所作的规定。是建立在“正式的标准”和“事实上的标准”基础之上的有关计算机和通信系统的公用协议。开放的计算机系统结构如图2-1所示。图1计算机开放结构图开放系统的特点主要是系统扩充或升级时最大限度地保护用户的硬件投资，最大限度地利用已有的软件资源，能以最简便的方法升级，且具有非常友好完善的人机界面。开放技术的应用，极大提高系统开发与集成效率。3）计算机自动控制系统功能及性能水电站自动监控系统的软、硬件配置,系统模式的选择,计算机和操作系统的选型,I/O通道及变送器的选配等,都要根据水利水电厂对该电站自动控制的功能和性能指标的要求，水电厂情况不同所要求的功能也不相同,从自动控制工程系统性角度考虑现代水电站控制系统应具有的功能宜包括：（1)数据采集与处理实现水利水电工程自动控制应对影响控制的数据进行实时数据的采集、必要的变换和预处理，并以一定的格式存入数据库。按照被测值性质的不同把它们分为模拟量、开关量、数码量、相关量、计算量等，其采集及处理方法各有其特点。（2)安全运行监视电厂运行安全方面的监视及正常工况、异常工况、紧急状况的监视，监视的内容包括越、复限，故障及事故，异常趋势等。监控系统可以按照预先设定的职责设定监视的级别及范围，并随时对监视内容的设定进行更改。（3)事故顺序记录当发生电气、机械等故障情况时，水电站监控系统将立即以中断方式响应并及时记录事故名称和发生时间，记录相关设备的动作情况，自动推出相关画面必要时进行打印；并进行事故原因分析和提示处理方法。计算机监控系统能将发生的事故及相应设备的动作情况按其发生的先后顺序记录下来，记录的分辨率根据电厂要求决定。（4)趋势分析对温度、轴承温度、水库水位等进行趋势记录和分析，正常情况下，这些量变化的速率应在一个给定的范围内。当趋势变化速率超过限值时发出预警信号，以便运行人员及时采取措施预防事故发生。（5)设备操作监视水电站设备主要有三种运行方式即自动运行方式、手动运行方式和退出运行方式。各种运行方式之间相互独立，互不影响，可通过中控室设备及相应的控制软件实现开（停）机过程监视设备操作监视、设备操作辅助设备控制运行方式的自动监视。（6)控制权限设备的操作权一般分为远方、中控室及现地三级。远方操作命令来自上级调度中心（电力或防汛），根据水利水电厂站的实际情况而定，控制中心操作属于水利水电厂站级的控制，而现地控制是在水电站旁完成。控制权可以切换，一般在控制中心设置。但现地控制具有优先权，以便于设备的检修和调试，当处于远方控制时，一旦发生事故或由于其他原因需人工干预时，控制权自动地切换到厂站端，以便事故的及时处理。（7)自动功率控制AGC随着水电厂计算机监控系统的出现而产生的一项新的控制方式，它全面实现了水电厂发电的自动控制，完全取代了原来曾经使用过的有功功率成组控制，按流量（或水位）调节装置等设备，并且在功能和性能上有明显的提高，在上级调度所给定的方式和参数下由本站监控系统实现自动运行。（8）自动电压控制AVC计算机监控系统按照调度要求，随时维持母线电压在一给定的范围之内，其实现也可采用开环指导和闭环控制两种方式，在答应进相运行的电厂，在合理分配机组无功功率的同时，要注重监视或检验发电机静态稳定及定子线棒端头的发热程度。（9）运行日志及报表采用计算机监控系统之后，从运行治理上并不要求天天都打印或填报运行日志或各种报表，但生成这些日志和报表还是必要的，以备日后需要时打印或在屏幕上调阅。（10）事件统计从运行情况评价及“无人值班”（少人值守）验收的要求来看，各种事件的统计记录是非常重要的一个评价依据，如一年中开、停机成功率的统计，无事故安全运行天数的统计等。（11)数据通信水电站计算机监控系统内部各设备之间都存在数据通信的问题，其通信的方式和速率与监控系统的结构模式有关，反之，通信方式和设备的选择又直接影响监控系统的性能指标，甚至影响到监控系统是否能正常工作，由于通信技术的快速发展，合理选择通信方式是监控系统选型或设计的重要内容之一。除了内部通信外，还有外部通信的问题，主要的通信对象是上级控制中心、调度所(包括电力调度、防汛调度)。主要功能是上送各种数据和下达调度的命令，而取代以往的电话联系或远动装置。（12）时钟同步水电站室或调度中心能校对设备系统时钟，维持水电站控制系统时钟一致，方便自动记录水电站启闭时刻。（13）人机接口人机界面通常用CRTLCD显示器或LED显示器来实现，操作人员可在水电站室或在调度控制中心通过人机会话，操作员、程序员发令，显示器屏幕对水电站运行状况进行监视报警、提出事故处理指导、定时或随时打印各类报表及修改、实施水电站启闭方案的各种命令进行应答。虽然在实现水电厂“无人值班”（少人值守）后现场没有人员操作，但人机界面用来查询现场状况，进行故障诊断，设备检修后的功能测试以及人员的培训仿真等还是很有用的，对于未实现“无人值班”（少人值守）的电厂则作用更大，除了上述各种功能外还要进行频繁的日常操作。（14）多媒体功能多媒体技术在水电站监控系统中的应用是多媒体应用技术的一个突破，表现在应用方式、应用风格、涉及的技术上的突破，且与多媒体在出版、音像等领域的应用有很大的差别，可以说开辟了一个崭新的应用领域，将多媒体技术与工业电视结合，实现视频监视；将多媒体技术与报警结合，实现语音报警及远方电话查询；将多媒体技术与动画技术结合，实现屏幕显示的动画功能；将多媒体技术与常规的人机界面结合，实现屏幕显示的实景化等主要应用方式。（15）自诊断与远方诊断水电站监控系统诊断主要包括自诊断和远方诊断两部分，自诊断是用来对各子系统运行状态进行监视，实现主辅或主备切换，以及对损坏的部件进行定位，使维修人员轻易查找和迅速处理故障，并恢复正常运行。（16）自动寻呼ON-CALL建立“无人值班”（少人值守）水电站应能将厂站事故信息直接采用短信或语音的方式发至巡检人员的手机上，告知事故对象和性质。（17）免维护设计在工程完善优秀的监测功能，必要实用的冗余配置以及失电动作设计。4）监控系统结构设计总体原则提出计算机监控系统的问题后，相应考虑系统总体结构及各子系统之间的联接和通信问题，各子系统之间功能的分工及相互协调问题，对各子系统的可靠性要求及其分析方法的问题，水利水电厂站计算机监控系统的设计及设备选择应遵循以下原则：（1）数字化系统的总体结构，必须按照系统工程的思想进行设计研究。即：①系统观点，在研究水利水电厂站水电站控制自动化治理数字化系统的总体结构时，要把水电站置于水利水电枢纽的大环境－电力系统和水利枢纽中去考虑；应充分了解电力系统和水利系统各方面情况以及它们对枢纽综合自动化提出的各项要求。②全局观点，在研究系统的总体结构时，要全面考虑并实现枢纽防洪、发电、供水、航运、旅游等综合利用部门的各项运行治理功能，也应考虑消防、水淹厂房、全厂停电等安全问题，不能有所偏颇。③整体观点，巨型水利水电枢纽的规模很大，运行治理部门多。对系统总体结构的研究，要注重使全枢纽的运行治理具有良好的整体效益，层次清楚，方便协调，即有利于对整个枢纽的各行部门进行统一治理、集中调度、信息共享。（2）对于计算机监控系统的运行体制结构，即要考虑具体工程运行治理上的特点，从经济性和可靠性角度考虑的客观需要以及国内外大型水利枢纽和梯级电站在实现数字化过程中取得的经验，又要充分考虑到我国在水利枢纽和电力系统运行治理上的体制习惯以及我国的行政体制特点等。（3）计算机监控系统总体结构的建立，应遵循控制上适当地分级、地理上合理地分散、功能上实现分布这一总原则，这种计算机分层分布控制治理系统具有系统可靠性较高、灵活性较大、方便治理、系统扩展升级轻易等优点。（4）为了保证计算机监控运行的安全性，应注重软硬件设计中各环节的安全保密性。系统应具有对主要环节的监视和控制功能，并能防止非法用户的越权操作。在设计中做好系统内权限的分级治理，并使网络通讯具有较强的容错和故障恢复能力。各自动化子系统本身应具有很高的可靠性、很好的实时响应性、良好的可维修性、独立工作的能力及必要的安全隔离措施，并留有一定的扩充余地。（5）计算机监控系统中所设计的系统采用的技术和选用的设备，既要先进又要成熟，既要有超前意识，又要重视工程试验，而且要与国外技术的发展趋势相适应。近年来，国内外的计算机技术发展迅速，推出的新型结构计算机系统日趋增多。因此，在建立自动化系统时，应努力反映这种技术的发展趋势，应具有当代技术先进性，具有较长的生命周期。其硬件设备和软件遵循模块化结构，可以方便地实现系统扩展、更新和升级。（6)开放性原则。设计的系统能够与水利水电厂站综合自动化的应用系统相连；考虑到今后的升级和功能扩充，设计必须遵循最新的国际标准，国家标准和行业标准，软硬件配置注重兼容性和互换性，使系统在今后必要的时候，只需适当修改配置和设置，就可满足枢纽新的需求。（7)经济性原则。本着“少花钱、多办事”的思想及目前国内水利水电系统的经济承受力，计算机监控系统设计应在满足系统功能和用户需求，确保系统设计上述各原则的前提下，应充分保护用户的现有投资，以设备的高档次、可塑性、可配置性、易于维护性满足系统所处的复杂环境和各种应用需求，以高质量、高标准的设备构成本系统，大大减少系统运行时的维护及维护费用；能够为将来系统规模扩大和功能扩展提供良好的接口，保护用户的投资，在确保上述各项功能的前提下，尽量降低计算机监控系统的造价，向用户提供高性能／价格比的设计方案。（8）实用性原则。计算机监控系统主要应用于水电站自动控制及治理，使用对象是基层治理人员，应具有治理方便，操作简单，维修及检修轻易的特点。设计中选用国内外成熟的设备和技术，使应用系统能够替代大部分繁重、重复的手工作业，使相关部门的用户能够尽快适应新的工作环境，同时保证整个系统易于使用和维护。5）计算机控制系统的性能计算机控制系统的设计应满足水利水电行业有关标准和规范的要求。主要考虑：（1)实时性整个计算机控制系统的实时性反映在系统的响应时间上，它包括了主控级计算机及现地控制单元ＰＬＣ数据采集处理、存储器存取、Ｉ／Ｏ接口响应、人机通信、控制功能和系统通信、通道传送和软件等的执行时间和效率。（2)可靠性计算机监控系统及其设备应适应工程的环境的工作需要，具有足够高的抗干扰性能，能长期可靠地稳定运行。主要由平均无故障时间来考核。（3)可维护性构成的计算机控制系统的计算机硬件和软件将便于维护、测试和检修。（4)可用率水电站工程计算机监控系统是采用高可靠性元件构成的计算机系统。实时操作系统具有实际运行经验。软件实用、紧凑，可达到较高的系统可用率。系统可用率是在整个系统交接前的试运行期间30天内不低于99．9，在设备验收后的两年保证期内可达到98.8。（5)CPU负载率·CPU负载率定义如下：负载率＝基本时间的负载时间／基本时间·主控级计算机的处理能力将留有充分的裕度，储备在50％以上。·现地控制单元CPU的能力储备在50％以上。（6)系统的安全性系统的安全性和容错性主要由系统的控制结构保证,因为系统各个节点、子系统独立，每个节点、子系统的退出不影响或者最小影响系统的其它部分。有一定用户级别系统的用户根据级别的口令可以在线修改和设置参数。系统能判定不合适或者不希望的动作和状态的能力，其结果将产生报警或拒绝执行或两者兼有。（7)可扩性系统考虑将来的发展具有一定的扩充范围的能力包括：·备用点不少于使用点设备的20。·主控级计算机存贮器容量有5以上的裕度。·留有扩充现地控制装置，外围设备或系统通信的接口。·通道利用率或通道数据率留有足够裕度，通道数据率小于50％。·屏柜内留有可扩充插槽的空间。（8)可变性水电站数字化系统数据采样点具有一定的可变性四、影响综合自动化系统的主要因素综合自动化系统配置的影响因素：包括监视控制功能、性能指标要求、系统结构模式、新技术、新产品的出现，系统的经济性和可靠性问题。系统功能影响：系统任务的多少，或说系统功能配置的多少以及每个功能处理的复杂程度等，会直接影响监控系统的配置；性能指标要求：监控系统的性能指标对设备配置和选型是一个重要的考虑因素，如画面清楚度和调画面的时间对操作员控制台的选型是一个重要的依据，好的编程技巧也对提高调画面的速度有益。如事件分辨率的要求在采用PLC作为LCU的基本部件时要非凡考虑是否要增加非凡设施来提高SOE的分辨率或采用更高档更新型的PLC；结构模式的影响：监控系统的结构模式对设备配置的影响很大，集中式监控系统往往要求计算机的规模较大，主频高、存储容量大，而分散式或分布式则要求计算机规模相对较小，但数量多，在上位机采用按功能分布的方案后，LCU要求配置的计算机规模也相对较低，但通信能力有所加强。而采用了按对象分布的方案后，LCU要求配置的计算机规模也相对较低，同时在上位机与LCU之间也有功能合理分配的问题，这样才能使它的设备配置更加合理。新技术新产品的影响：在计算机、网络、通信迅速发展的今天，新技术新产品的出现对设备配置的影响很大，如开放系统的出现对监控系统模式具有革命性的影响。从国内外水电站控制的变化情况看,技术水平一般都经历一个从简单到复杂、由低级到高级,从单项到全面的不断完善的发展过程，计算机水电站监控系统也是从集中式向分布式发展，由单机系统向多计算机发展，由单层网络向多层网络发展。现场网络是21世纪自动控制系统的基础，它的出现和应用将使传统的自动控制系统产生重大变革，如变革传统的信号标准、通信标准、系统标准；变革现有自动控制系统的体系结构、产品结构；变革惯用的设计、安装、调试、维护方法等，它将对自动化技术的发展产生深远的影响。信号标准影响：将由传统的40~20mA模拟信号转换为双向数字通信现场总线制；自动控制系统的体系结构：将由传统的模拟与数字的分散型控制系统DCS转换全数字现场总线控制系统FCS，进而自动控制系统的设计方法和安装调式方式也将发生重大变革;现行的现场设备和仪表的产品结构也将随之发生重大变革；现场总线把自动控制系统和设备带进了信息网络之中，形成企业信息网络底层，从而为实现企业信息集成和企业综合自动化奠定了坚实的基础。