淺議閘門泵站自動化監控的更新改造

張綠原 馬軍建 許小鋒 李 虎

（南京南瑞集團公司，江蘇 南京211103）

0 引言

“十五”以來，國家加大了對水利工程項目的投入，新建、改造了一批閘泵站工程（項目），這些工程都把實現自動控制作為一個重要目標，在建設過程中基本都配置了計算機監控系統［1］。現如今，最早的一批計算機監控系統已運行多年，這些監控系統為閘泵站安全可靠運行做出了巨大貢獻。但受電子產品的使用壽命限制，這些監控運行趨于不穩定、監控設備保養維護成本逐年增大，隨著新技術的不斷出現這批自動化系統已進入更新換代階段，亟需進行改造。本文根據多個閘泵站計算機監控系統的更新改造經驗，提煉出系統改造的一般原則、范圍、常見問題及準備工作，拋磚引玉，以求對今后自動化系統的改造有所借鑒。最后，以某工程的南瑞NC2000監控系統升級改造為例說明了改造的過程方法。

1 升級改造的原則

監控系統的升級改造，既要考慮升級后系統的先進性，又要考慮升級后新系統與舊系統的兼容性。根據工程經驗，系統的升級一般遵循如下原則：（1）先進性。升級后的系統應當是當前最流行或較為先進的系統，不能受價格等因素影響，采購性能下降或多年前的硬件設備、軟件產品，誤入頻繁改造的陷阱。（2）軟硬件并重。軟件也是一種產品，是監控系統的核心和靈魂，沒有好的軟件產品，系統不但無法發揮最佳功能，反而會增加運行人員的工作量。因此，在系統升級改造時，必須將軟件成本考慮在內，根據既往的運行和管理模式，對采購軟件產品的功能提出具體的要求。（3）通用性。新的系統應是水利工程上廣泛應用的監控系統，以變于后續的應用和維護。采用在水利工程上不常用的監控系統，將對建設和維護帶來不可控風險。此外，采用行業內非主流組態軟件，在原有廠商無法提供質保服務時，不易從新的集成商獲得維保服務，就會陷入進退兩難的困境。

2 升級改造的范圍確定

在閘泵站計算機監控系統建設的早期，由于建設規范尚不完善，自動化建設的結構和模式也是多種多樣。但總體來說，監控系統在結構上可分為現地測控裝置層、現地控制層、集中控制層3個層級，如圖1所示。

現地測控裝置層包含各類傳感設備、繼保設備等，這些設備屬于日常運行管理的常規維護內容，設備損壞后造成的影響直觀，能夠及時維修更換。因此在升級改造過程中，一般較少涉及現地測控裝置層。

現地控制層包含各類PLC、觸摸屏或當地工控機等，早期的閘泵站監控系統一般采用進口PLC 或觸摸屏，這些PLC 或觸摸屏性能穩定，在信號采集和響應速度上仍能滿足系統需求，因此一般無需改造。

圖1 監控系統結構圖

集中控制層將所有信號匯至中控室，經過多年運行，計算機死機、藍屏等現象頻發。計算機硬件、軟件產品不但早已被淘汰，而且維護成本逐年攀升。因此，集中控制層成了泵站計算機監控系統升級改造的重點，本文重點研究和探討的也是該部分內容。

3 升級改造中的問題

監控系統的升級改造是個系統、細致的工程，若考慮不周或不細致，很有可能陷入誤區，造成工期延誤或改造失敗。根據多個工程改造的經驗，在系統升級改造過程中主要存在如下問題：（1）上位機操作系統與采購的服務器（工作站）硬件系統不兼容。常見的問題如：操作系統版本過低，硬件不支持。（2）應用系統軟件與操作系統不兼容。如應用系統需要Linux/Unix操作系統環境，卻采購了Windows操作系統軟件。（3）組態軟件與現場PLC或測控設備通訊不兼容。如升級后的組態軟件與既有PLC或測控設備無通訊驅動程序，需要重新開發或單獨購買驅動程序，增加系統更新改造投資成本，延誤工期。（4）組態軟件與上級集控站點通訊不兼容。如某些工程在升級改造后，需將監控數據送入新建設的上級集控中心，新建設的集控中心僅支持有限的通訊協議，此時就需要考慮新的組態軟件是否支持此類協議。

4 升級改造

4.1 舊系統完整性測試

在改造開始前對舊系統的完整性測試非常必要，這既是對舊系統的運行狀態的一個把握，也是對舊系統熟悉的一個過程。有的項目改造前未做完整性測試，改造開始后發現系統和現地設備通訊異常，系統部分測點無法正常顯示，系統控制異常等問題。但是，由于改造已經開始，無法判斷是改造后帶來的問題，還是舊系統本來就存在問題，增加了系統調試工作量、延長了改造工期，因此在改造前對舊系統的完整性測試非常必要。

一般來說，完整性測試的內容和順序如下：（1）PLC開入量、模入量檢查：在每個開入、模入模件上抽樣選取開入、模入點位，改變當前狀態，觀察上位機系統是否正常響應，若正常，則進入步驟（2）；若異常則檢查判斷原因，并做記錄。（2）PLC開出量、模出量檢查：在每個開出、模出模件上抽樣選取開出、模出點位，上位機發令測試，觀察PLC是否正常響應，若正常，則進入步驟（3）；若異常則檢查判斷原因，并做記錄。（3）通訊檢查：通訊檢查主要是檢查上位機與現場測控設備（不含PLC）的通訊狀況，測試內容主要包括通斷數據正常測試、自愈測試。數據正常測試參考步驟（1）和（2），自愈測試是指斷開通訊鏈路，然后恢復，觀察通訊鏈路是否恢復，數據是否正常。若正常，則進入步驟（4）；若異常則檢查判斷原因，并做記錄。（4）上位機系統檢查：上位機系統檢查主要是檢查上位機的時鐘是否一致，上位機的節點狀態是否正常，若系統有冗余配置，測試冗余切換后的系統狀態是否正常。若正常，則進入改造步驟；若異常則進行記錄。

4.2 舊系統的備份

原有集中控制層的上位機系統經過多年的運行和維護，功能上已比較準確、全面，因此若原有上位機系統計算機準備移作它用或進入報廢階段，必須對舊系統做詳細備份。備份的內容一般包括組態文件、關鍵系統文件（如hosts文件等）、歷史數據庫等。也可以借助第三方工具如再生龍（Clonezilla），進行全硬盤備份。

4.3 新系統基本性能測試

新的監控系統在替換舊系統前，應進行基本的調試工作。確保舊系統拆除后，新系統能立即接替舊系統的工作。

新系統的調試工作主要包括：操作系統安裝，應用組態軟件安裝，工程組態，歷史庫出入庫狀況查詢，PLC 通訊驅動程序測試，其他通訊驅動程序測試等。

準備工作完成后，在現場進行上位機監控系統的升級改造。

5 結語

隨著國家水利信息化戰略的持續推進，功能更強大、運行更安全的計算機監控系統不斷涌現。按照國家安全生產的基本要求，“十五”期間建設的閘泵站計算機監控系統已將面臨大范圍升級改造。本文通過分析總結閘泵站計算機監控系統的升級改造原則、范圍，升級改造中易出現的問題以及升級改造前的準備、改造的過程方法等，為參與閘泵站計算機監控系統改造的單位和企業提供了有力的借鑒和參考。

［1］霍寧.泵站監控系統及其結構的發展趨勢［J］.水電自動化與大壩監測，2004，28（4）：81－85.