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）

0 引言

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。

1 問(wèn)題背景及分析

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。

1.1 三峽梯調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

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

1.2 負(fù)荷來(lái)源

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（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)器訪問(wèn)客戶端接口獲取實(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

2 實(shí)施方案

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)。

2.1 方案設(shè)計(jì)

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

2.2 方案實(shí)現(xiàn)

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

3 投運(yùn)結(jié)果

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)。

4 結(jié)語(yǔ)

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].水電廠自動(dòng)化，2005（1）.