周 文,王崢瀛,文正國(guó),湯正陽(yáng),曾旭川,彭靜萍
(1.北京中水科水電科技開(kāi)發(fā)有限公司,北京 100038;2.三峽梯調(diào)中心自動(dòng)化部,湖北 宜昌 443133)
三峽梯級(jí)調(diào)度計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)按照對(duì)梯級(jí)各水電廠(chǎng)聯(lián)合調(diào)度、統(tǒng)一對(duì)外、“無(wú)人值班(少人值守)”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。三峽梯級(jí)調(diào)度計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有:對(duì)梯級(jí)各電站及泄水閘進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理、安全監(jiān)視、運(yùn)行調(diào)度、操作控制和管理等功能,同時(shí)負(fù)責(zé)接受上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)下達(dá)的各項(xiàng)指令,對(duì)整個(gè)梯級(jí)樞紐進(jìn)行有效的監(jiān)視、調(diào)度、控制及管理,同時(shí)向上級(jí)調(diào)度傳送所需的數(shù)據(jù)。
三峽梯調(diào)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采購(gòu)合同于2001年8月簽訂,由瑞典ABB公司中標(biāo),國(guó)內(nèi)合作方為中國(guó)水利水電科學(xué)研究院,系統(tǒng)采用ABB公司的SPIDER系統(tǒng)平臺(tái),水科院承擔(dān)對(duì)外通訊軟件、泄水閘控制軟件及梯級(jí)調(diào)度AGC軟件的編制,該項(xiàng)目已經(jīng)完成并已結(jié)束質(zhì)保。
隨著近些年三峽水電事業(yè)的發(fā)展,各種應(yīng)用需求對(duì)SPIDER系統(tǒng)平臺(tái)的實(shí)時(shí)服務(wù)器要求越來(lái)越多,以致逐漸超出了設(shè)計(jì)的限制。但是短期內(nèi)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行徹底的改造不太現(xiàn)實(shí),只能通過(guò)對(duì)應(yīng)用的訪(fǎng)問(wèn)請(qǐng)求進(jìn)行分析,尋求優(yōu)化處理方案以降低系統(tǒng)負(fù)荷。
ABB公司的SPIDER系統(tǒng)平臺(tái)是集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu),系統(tǒng)中的兩臺(tái)實(shí)時(shí)服務(wù)器幾乎是所有應(yīng)用的數(shù)據(jù)來(lái)源,是系統(tǒng)的核心。2010年,三峽梯調(diào)中心通訊接入華中網(wǎng)調(diào)后,實(shí)時(shí)服務(wù)器的CPU負(fù)荷平均達(dá)到15%左右,峰值有時(shí)會(huì)至40%以上。2011年,上級(jí)調(diào)度中心要求三峽梯調(diào)通訊接入華中網(wǎng)調(diào)備調(diào)、國(guó)調(diào)、國(guó)調(diào)備調(diào),初步測(cè)試,按照國(guó)調(diào)的數(shù)據(jù)通訊要求,接入國(guó)調(diào),實(shí)時(shí)服務(wù)器負(fù)荷可以達(dá)到25%左右,接入國(guó)調(diào)備調(diào)以及華中網(wǎng)調(diào)備調(diào)將使實(shí)時(shí)服務(wù)器負(fù)荷進(jìn)一步擴(kuò)大。由于三峽梯調(diào)中心的監(jiān)控系統(tǒng)于2001年采購(gòu),迄今十余年,系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)服務(wù)器散熱差,故障率明顯升高,如果服務(wù)器長(zhǎng)期運(yùn)行于高負(fù)荷狀態(tài),會(huì)加速機(jī)器的老化,造成系統(tǒng)癱瘓。出于應(yīng)用需求及安全方面的考慮,需要采取額外措施以降低實(shí)時(shí)服務(wù)器負(fù)荷。
三峽梯調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)采用瑞典ABB的SPIDER系統(tǒng),該系統(tǒng)采用集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu),由兩臺(tái)實(shí)時(shí)服務(wù)器維護(hù)核心實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),如圖1所示。各操作員站、網(wǎng)關(guān)通訊工作站、AGC等功能應(yīng)用皆從實(shí)時(shí)服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)服務(wù),實(shí)時(shí)服務(wù)器的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行是監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。
圖1 SPIDER系統(tǒng)示意圖
上級(jí)調(diào)度中心如省調(diào)、華中網(wǎng)調(diào)、國(guó)調(diào)都通過(guò)三峽梯調(diào)采集各電廠(chǎng)(大江、二江、三峽左、右岸,地下電站)的數(shù)據(jù)點(diǎn)信息。具體由運(yùn)行在網(wǎng)關(guān)工作站的通訊程序完成,如圖2所示。網(wǎng)關(guān)工作站上的各個(gè)通訊進(jìn)程通過(guò)調(diào)用SPIDER系統(tǒng)平臺(tái)提供的實(shí)時(shí)服務(wù)器訪(fǎng)問(wèn)客戶(hù)端接口獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),在網(wǎng)關(guān)通訊工作站數(shù)據(jù)請(qǐng)求的同時(shí),實(shí)時(shí)服務(wù)器系統(tǒng)會(huì)為每條請(qǐng)求啟動(dòng)一個(gè)服務(wù)器端進(jìn)程,為客戶(hù)端提供其要求的最新的數(shù)據(jù)信息。每個(gè)通訊服務(wù)器端進(jìn)程都會(huì)消耗實(shí)時(shí)服務(wù)器系統(tǒng)資源,請(qǐng)求的數(shù)據(jù)點(diǎn)越多,單個(gè)服務(wù)器端進(jìn)程資源消耗越大。
2010年以前,網(wǎng)關(guān)通訊工作站只有湖北省調(diào)的幾十個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)信息的上送要求,2010年加入了華中網(wǎng)調(diào)的通訊接入,實(shí)時(shí)服務(wù)器的平均負(fù)荷達(dá)到15%左右,隨后國(guó)調(diào)、華中網(wǎng)調(diào)備調(diào)、國(guó)調(diào)備調(diào)均要求通訊接入,而且隨著地下電站的投運(yùn),要求上送的點(diǎn)數(shù)也在增多,像國(guó)調(diào)、國(guó)調(diào)備調(diào)是近1 200個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求,華中網(wǎng)調(diào)備調(diào)是約800個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的信息上送要求,倘若這些都按照常規(guī)的跟實(shí)時(shí)服務(wù)器的數(shù)據(jù)交換方式,將使服務(wù)器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在負(fù)荷高位,嚴(yán)重威脅系統(tǒng)安全,需要采用其他通訊方案。
圖2 增加各調(diào)度中心通訊請(qǐng)求后的SPIDER系統(tǒng)示意圖
需要解決的問(wèn)題是需要網(wǎng)關(guān)通訊工作站既完成多條通道的數(shù)據(jù)上送要求,又要有限小的消耗實(shí)時(shí)服務(wù)器資源,解決方法有以下兩個(gè)方面:
(1)因?yàn)閷?shí)時(shí)服務(wù)器會(huì)為每條數(shù)據(jù)請(qǐng)求鏈路分配服務(wù)器端進(jìn)程資源,所以需要減少網(wǎng)關(guān)工作站的鏈路請(qǐng)求數(shù)。
(2)減少向?qū)崟r(shí)服務(wù)器請(qǐng)求的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)。
針對(duì)以上的原則,可采用的解決方案如圖3所示,在通訊網(wǎng)關(guān)工作站上建立與實(shí)時(shí)服務(wù)器同步的鏡像實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù),提供本地鏡像實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫(xiě)接口,通過(guò)鏡像實(shí)時(shí)庫(kù)的軟件負(fù)責(zé)與實(shí)時(shí)服務(wù)器實(shí)時(shí)同步,負(fù)責(zé)與上級(jí)調(diào)度中心通訊的通訊程序不再直接與實(shí)時(shí)服務(wù)器鏈接,而是使用本地鏡像實(shí)時(shí)庫(kù)的接口從本地實(shí)時(shí)庫(kù)獲取數(shù)據(jù)信息。這種方案一方面使得網(wǎng)關(guān)通訊工作站只與通訊服務(wù)器建立一條數(shù)據(jù)請(qǐng)求鏈接,另一方面,因?yàn)楦鱾€(gè)數(shù)據(jù)上送通道存在冗余的數(shù)據(jù)點(diǎn)信息,例如華中網(wǎng)調(diào)、華中網(wǎng)調(diào)備調(diào)通訊進(jìn)程上送的數(shù)據(jù)點(diǎn)要求完全一樣,鏡像數(shù)據(jù)庫(kù)大大減少了對(duì)實(shí)時(shí)服務(wù)器請(qǐng)求的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)目。
圖3 采用負(fù)荷優(yōu)化方案后的系統(tǒng)示意圖
方案實(shí)現(xiàn)流程圖如圖4所示,一個(gè)本地實(shí)時(shí)庫(kù)同步進(jìn)程首先加載一個(gè)可配置的數(shù)據(jù)點(diǎn)集合(該集合包含網(wǎng)關(guān)通訊工作站所需要的點(diǎn)信息的最大集合),然后通過(guò)SPIDER通訊接口與實(shí)時(shí)服務(wù)器同步更新本地實(shí)時(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)點(diǎn)信息。同時(shí),各個(gè)通訊進(jìn)程通過(guò)本地鏡像數(shù)據(jù)庫(kù)的讀取接口獲取需要的數(shù)據(jù)點(diǎn)信息。其中,本地鏡像數(shù)據(jù)庫(kù)的讀取接口首先建立起點(diǎn)名的索引,采用哈希紅黑樹(shù)算法,可以實(shí)現(xiàn)按點(diǎn)名常量時(shí)間查找數(shù)據(jù)點(diǎn)信息。
圖4 本地實(shí)時(shí)庫(kù)讀寫(xiě)流程圖
新的優(yōu)化方案在網(wǎng)關(guān)工作站上實(shí)施后,接入了國(guó)調(diào)、國(guó)調(diào)備調(diào)、華中網(wǎng)調(diào)、華中網(wǎng)調(diào)備調(diào)等的IEC104通訊,實(shí)時(shí)服務(wù)器的負(fù)荷平均10%左右,良好的實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)。
本文主要講述了針對(duì)“老”的監(jiān)控系統(tǒng)面對(duì)新的應(yīng)用要求時(shí)所遇到的問(wèn)題及最后采用解決方案,希望能對(duì)以后的類(lèi)似情況提供有用的參考。
[1]王桂平,袁 宏,張玉平,等.三峽梯調(diào)中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)[J].水電站機(jī)電技術(shù),2004(3).
[2]王桂平,袁 宏,張玉平,等.三峽梯調(diào)中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用軟件的嵌入設(shè)計(jì)[J].水電廠(chǎng)自動(dòng)化,2005(1).