某水電站計算機監控系統改造模式探討與實踐

張其生

（新疆伊犁河流域開發建設管理局，新疆 伊犁 835000）

1 概況

某水電站于1958年動工興建，1961年因故停建，一期工程于1979年復工，1984年底建成，裝機容量為2×6 000 kW，二期工程于2000年建成，總裝機容量為2×6 000 kW+1×16 000 kW。水電站原計算機監控系統，是南京電力自動化設備總廠研制生產的SD 200型水電站計算機監控系統。

從2000年二期投入運行以來，出現的通信與監控軟件問題：事故報警延時、通信信號延遲、誤報、現地LCU工控機死機、歷史數據殘缺不全等；同時目前調度端自動化系統，需要電站提供實時采集的遙測、遙信數據，水電站原計算機監控系統無法實現這一要求。結合水電站實際情況，為提高計算機監控系統運行可靠性和穩定性，同時滿足調度端的要求，近年來開始逐步實施水電站計算機監控系統的改造工作。本次改造的系統，采用南京鈦能電氣有限公司研發的NAS-901水電廠計算機監控系統。

本次改造的目的主要有兩個：一是，滿足調度自動化系統對電站遙測、遙信的要求。由監控系統通信管理機向調度發送實時采集的遙信、遙測信息，并且為以后調度的遠控操作，預留控制通道；為電站自動化測點，預留上報數據通道。二是，解決電站內部通信網絡及監控軟件所存在的問題。將現有網絡改造成單一的一級局域網絡，并采取屏蔽措施，減少不必要的網絡串接設備，解決水電站計算機監控系統存在的問題。

2 系統改造原則

經討論，水電站計算機監控系統改造保留了原監控系統全部PLC硬件設備，以改造廠站層上位機硬件設備和部分現地控制層硬件設備為目標實施改造。新的計算機監控系統改造，以利于提高水電站運行的安全性和可靠性為基本原則，應遵循以下設計原則[1]：

硬件系統：在原有系統硬件的基礎上進行改造，分析優缺點，優化現有硬件系統。

軟件系統：采用成熟、先進、可靠的軟件系統，以備今后按應用需求進行升級改造，建設優化的網絡結構和可操作性強的漢化系統。

成本控制：新的計算機監控系統，盡量在原有計算機監控系統的基礎上改造，在符合國家規范和安全標準的前提下，最大程度地節約成本。

3 網絡功能實現

監控系統改造方案，改變了原網絡局部結構，采用按單元區分的分層分布式鏈路結構，所有輔助設備和元件與其所在單元的LCU直接通信，改變原監控系統中PLC和一體化工控機串口通信，一體化工控通過以太網傳送數據。每套現地LCU通過自帶交換機自成一套獨立的現地監視控制單元，通過觸摸屏、盤柜指示燈及按鈕可現地監視控制該LCU設備，同時提升了數據交互的速度和可靠性，現地控制單元對該LCU數據的采集不再依賴于整個網絡結構的狀態，系統層次分明，保證了該現地LCU的獨立性和安全性，在上位機與下位機網絡中斷時，現地控制單元可對本單元設備進行獨立的完全的監視和控制功能。改造前后通信系統圖如圖1和圖2所示。

4 系統實施方案

水電站計算機監控系統的改造，應是逐步過渡完成的，為實現對全廠設備的監視控制，有兩種方案可供選擇[2]。

方案一：在新的系統改造完成前，工作人員在新舊兩套設備中分別監控和運行與其對應的設備，逐漸將功能轉移到新系統中。此種方式對舊系統影響較小，但存在改造完成前新系統中不能監控的問題。

方案二：在對舊系統操作改造過程中，工作人員可以通過通信方式，對新舊兩套系統同時操作，進行數據交互，實現對全廠所有設備進行操控。此種方式涉及新舊兩套監控系統的復雜切換過程，存在著一定的溝通環節與實施困難。

圖1 改造前通信系統圖

圖2 改造后通信系統圖

水電站計算機監控系統改造采用第一種方案，根據現場網絡結構，現地LCU工控機需要拆除更換，就中斷了與原上位機系統的通信，因此，先將前期工作準備好，最后再更換現地LCU工控機，防止影響原系統的正常運行。首先鋪設通信電纜，將整個網絡框架預先搭設完畢，然后將新計算機系統接入搭設好的網絡系統，用以太網方式實現與現地LCU的數據交互，先將公用LCU系統接入，根據機組的檢修計劃，進行系統調試，將遙信，遙測信號逐一調試完畢，最后根據調度計劃申請控制系統的調試。針對遙控操作采用了仿真調試系統，在調試前先用仿真軟件接收上位機下發的遙控命令，仔細核對后再進行實際設備的操作，這樣不但減少了失誤操作的可能，也大大減少了調試時間，為電廠的正常運行爭取了時間[3]。

5 系統硬件構成

原監控系統配置情況：上位機為兩臺64位的Alpha計算機和1臺通信管理機，兩套機組LCU，一套公用LCU。其中，一套機組LCU負責1號、2號機組的信號監視、電氣量采集等，不對機組進行控制；第二套機組LCU負責3號機組的信號監視、電氣量采集，機組控制等工作；公用LCU負責公用系統，開關站的信號監視，開關控制等工作。現地控制單元(LCU)，采用美國通用電氣公司GE-9030系列PLC，PLC通過串口將數據送到現地一體化工控機，現地LCU上的一體化工控機運行監控軟件，通過網絡轉發數據到操作員站。

改造方案及配置：64位的Alpha計算機，硬件與軟件與現今使用的32位機型硬件和軟件商均不兼容，計算機已運行10年左右，運行速度偏慢，性能已不能滿足目前電站運行的需要，改造方案中更換成目前監控系統流行配置的HP XW4600系列工作站，更換原CRT顯示器為液晶顯示器。

原監控系統中GPS裝置損壞，更換成具有串口通信、B碼對時、32路硬接點對時，完成上位機系統、保護系統、LCU系統的對時。

機組及公用LCU中的PLC增加網絡通信模塊，以實現上位機與PLC通過網絡直接進行數據交互，現地LCU增加交換機以實現現地觸摸屏與PLC的數據交互，增加一臺思科交換機，實現主控層與現地層的數據交互。

從目前流行的技術趨勢看，采用工控機代價高而且故障點增多，造成整個系統的可靠性下降[4]。一體化工控機中網絡硬盤及風扇老化現象比較嚴重，備件的采購較困難，CPU運行速度緩慢，性能指標無法滿足電站運行要求。目前在運行過程中，也經常出現數據包丟失、傳輸延時過長、現地工控機死機等現象，而作為數據的中轉站工控機一旦死機，所有的數據都將無法傳送，后臺監控將癱瘓。改造方案中取消現地LCU研華一體化工控機，更換成觸摸屏（配置以太網及4串口）。原研華一體化工控機上的現地自動操作、監視功能由觸摸屏代替。

在計算機監控系統改造中，基本保留了原現地控制單元LCU中除一體化工控機外的全部硬件設備，施工改造難度較小。

6 系統軟件設計

本工程用觸摸屏兼有一定的通信管理機功能，通過以太網和現場PLC以及上位機通信，這種方案和電站的主干通信網（以太網）相一致，可靠性和通信速度比串行鏈路高出幾個數量級；對于LCU，觸摸屏除了完成現地監控功能，還代替通信管理機將部分現地設備（如調速勵磁等）接入其中，通過以太網將數據轉發給上位機。

更換原國內某品牌的監控軟件，改用南京鈦能電氣有限公司的Talent View監控軟件，該軟件具有組態靈活，使用簡單方便的特點，在不改變原機組PLC程序的前提下，完全應用以前的接口，實現了遙測、遙信、遙調、遙控、參數越限報警、事故順序記錄、故障及狀態顯示記錄、語音報警、數據轉發等功能，這樣減小了機組LCU的調試工作量，只需要更換監控系統軟件即可，為現場機組的正常運行爭取更多的時間。

在此次改造中還涉及到調度通信，增加一臺通信管理機，用于對調度上送數據及接受調度的控制，通過光纖通道進行傳輸，大大提高了調度通信的速率，減少了信號的延遲，提高了系統的可靠性。

7 系統改造存在的問題及對策

第一，水電站計算機監控系統改造，是一項具體而系統的工程，其中新系統運行時，最困難也最容易出現的問題，是改造前的資料不能完好的輸送到新系統中，因此，前期圖紙等在系統進行變更后要及時復制和更新，以便新設備和圖紙的配套使用。

第二，上位機部分屬于水電站系統的核心部分，涉及與其他眾多設備的通信問題，包括與各級調度部門、保護系統、MIS系統、水情系統、GPS裝置、返回屏、電能計費系統等進行數據交互，往往出現通信規約和點表缺失的情況，必須通過逐一排查測試進行確認。因此，對水電站計算機監控系統管理上提出了相應要求，在日常維護中必須把資料的保存和數據更新工作做好[5]。

第三，計算機監控系統改造過程往往還涉及到工期問題，由于系統改造機組一般在正常運行，這就需要改造過程既快又準確，做好充分的準備措施不可缺少，考慮到可能出現的問題，做好必要的防護措施。

8 結語

水電站計算機監控系統的改造，是一項復雜而又細致的工作。在改造前必須充分地對原監控系統進行了解，分析原系統存在的優缺點，在改造中保留優點，改進不足之處。尤其存在特殊設備的情況，在改造實施前，必須進行認真分析，做好方案比較。某水電正是充分考慮到以上因素，所以改造順利，計算機系統穩定運行，改造情況良好，是一例成功改造的典范。