張綠原 馬軍建 許小鋒 李 虎

（南京南瑞集團(tuán)公司，江蘇 南京211103）

0 引言

“十五”以來(lái)，國(guó)家加大了對(duì)水利工程項(xiàng)目的投入，新建、改造了一批閘泵站工程（項(xiàng)目），這些工程都把實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制作為一個(gè)重要目標(biāo)，在建設(shè)過(guò)程中基本都配置了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)［1］?，F(xiàn)如今，最早的一批計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)已運(yùn)行多年，這些監(jiān)控系統(tǒng)為閘泵站安全可靠運(yùn)行做出了巨大貢獻(xiàn)。但受電子產(chǎn)品的使用壽命限制，這些監(jiān)控運(yùn)行趨于不穩(wěn)定、監(jiān)控設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)成本逐年增大，隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)這批自動(dòng)化系統(tǒng)已進(jìn)入更新?lián)Q代階段，亟需進(jìn)行改造。本文根據(jù)多個(gè)閘泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的更新改造經(jīng)驗(yàn)，提煉出系統(tǒng)改造的一般原則、范圍、常見(jiàn)問(wèn)題及準(zhǔn)備工作，拋磚引玉，以求對(duì)今后自動(dòng)化系統(tǒng)的改造有所借鑒。最后，以某工程的南瑞NC2000監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造為例說(shuō)明了改造的過(guò)程方法。

1 升級(jí)改造的原則

監(jiān)控系統(tǒng)的升級(jí)改造，既要考慮升級(jí)后系統(tǒng)的先進(jìn)性，又要考慮升級(jí)后新系統(tǒng)與舊系統(tǒng)的兼容性。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)的升級(jí)一般遵循如下原則：（1）先進(jìn)性。升級(jí)后的系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是當(dāng)前最流行或較為先進(jìn)的系統(tǒng)，不能受價(jià)格等因素影響，采購(gòu)性能下降或多年前的硬件設(shè)備、軟件產(chǎn)品，誤入頻繁改造的陷阱。（2）軟硬件并重。軟件也是一種產(chǎn)品，是監(jiān)控系統(tǒng)的核心和靈魂，沒(méi)有好的軟件產(chǎn)品，系統(tǒng)不但無(wú)法發(fā)揮最佳功能，反而會(huì)增加運(yùn)行人員的工作量。因此，在系統(tǒng)升級(jí)改造時(shí)，必須將軟件成本考慮在內(nèi)，根據(jù)既往的運(yùn)行和管理模式，對(duì)采購(gòu)軟件產(chǎn)品的功能提出具體的要求。（3）通用性。新的系統(tǒng)應(yīng)是水利工程上廣泛應(yīng)用的監(jiān)控系統(tǒng)，以變于后續(xù)的應(yīng)用和維護(hù)。采用在水利工程上不常用的監(jiān)控系統(tǒng)，將對(duì)建設(shè)和維護(hù)帶來(lái)不可控風(fēng)險(xiǎn)。此外，采用行業(yè)內(nèi)非主流組態(tài)軟件，在原有廠商無(wú)法提供質(zhì)保服務(wù)時(shí)，不易從新的集成商獲得維保服務(wù)，就會(huì)陷入進(jìn)退兩難的困境。

2 升級(jí)改造的范圍確定

在閘泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的早期，由于建設(shè)規(guī)范尚不完善，自動(dòng)化建設(shè)的結(jié)構(gòu)和模式也是多種多樣。但總體來(lái)說(shuō)，監(jiān)控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上可分為現(xiàn)地測(cè)控裝置層、現(xiàn)地控制層、集中控制層3個(gè)層級(jí)，如圖1所示。

現(xiàn)地測(cè)控裝置層包含各類(lèi)傳感設(shè)備、繼保設(shè)備等，這些設(shè)備屬于日常運(yùn)行管理的常規(guī)維護(hù)內(nèi)容，設(shè)備損壞后造成的影響直觀，能夠及時(shí)維修更換。因此在升級(jí)改造過(guò)程中，一般較少涉及現(xiàn)地測(cè)控裝置層。

現(xiàn)地控制層包含各類(lèi)PLC、觸摸屏或當(dāng)?shù)毓た貦C(jī)等，早期的閘泵站監(jiān)控系統(tǒng)一般采用進(jìn)口PLC 或觸摸屏，這些PLC 或觸摸屏性能穩(wěn)定，在信號(hào)采集和響應(yīng)速度上仍能滿(mǎn)足系統(tǒng)需求，因此一般無(wú)需改造。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

集中控制層將所有信號(hào)匯至中控室，經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，計(jì)算機(jī)死機(jī)、藍(lán)屏等現(xiàn)象頻發(fā)。計(jì)算機(jī)硬件、軟件產(chǎn)品不但早已被淘汰，而且維護(hù)成本逐年攀升。因此，集中控制層成了泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造的重點(diǎn)，本文重點(diǎn)研究和探討的也是該部分內(nèi)容。

3 升級(jí)改造中的問(wèn)題

監(jiān)控系統(tǒng)的升級(jí)改造是個(gè)系統(tǒng)、細(xì)致的工程，若考慮不周或不細(xì)致，很有可能陷入誤區(qū)，造成工期延誤或改造失敗。根據(jù)多個(gè)工程改造的經(jīng)驗(yàn)，在系統(tǒng)升級(jí)改造過(guò)程中主要存在如下問(wèn)題：（1）上位機(jī)操作系統(tǒng)與采購(gòu)的服務(wù)器（工作站）硬件系統(tǒng)不兼容。常見(jiàn)的問(wèn)題如：操作系統(tǒng)版本過(guò)低，硬件不支持。（2）應(yīng)用系統(tǒng)軟件與操作系統(tǒng)不兼容。如應(yīng)用系統(tǒng)需要Linux/Unix操作系統(tǒng)環(huán)境，卻采購(gòu)了Windows操作系統(tǒng)軟件。（3）組態(tài)軟件與現(xiàn)場(chǎng)PLC或測(cè)控設(shè)備通訊不兼容。如升級(jí)后的組態(tài)軟件與既有PLC或測(cè)控設(shè)備無(wú)通訊驅(qū)動(dòng)程序，需要重新開(kāi)發(fā)或單獨(dú)購(gòu)買(mǎi)驅(qū)動(dòng)程序，增加系統(tǒng)更新改造投資成本，延誤工期。（4）組態(tài)軟件與上級(jí)集控站點(diǎn)通訊不兼容。如某些工程在升級(jí)改造后，需將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)送入新建設(shè)的上級(jí)集控中心，新建設(shè)的集控中心僅支持有限的通訊協(xié)議，此時(shí)就需要考慮新的組態(tài)軟件是否支持此類(lèi)協(xié)議。

4 升級(jí)改造

4.1 舊系統(tǒng)完整性測(cè)試

在改造開(kāi)始前對(duì)舊系統(tǒng)的完整性測(cè)試非常必要，這既是對(duì)舊系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)把握，也是對(duì)舊系統(tǒng)熟悉的一個(gè)過(guò)程。有的項(xiàng)目改造前未做完整性測(cè)試，改造開(kāi)始后發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)和現(xiàn)地設(shè)備通訊異常，系統(tǒng)部分測(cè)點(diǎn)無(wú)法正常顯示，系統(tǒng)控制異常等問(wèn)題。但是，由于改造已經(jīng)開(kāi)始，無(wú)法判斷是改造后帶來(lái)的問(wèn)題，還是舊系統(tǒng)本來(lái)就存在問(wèn)題，增加了系統(tǒng)調(diào)試工作量、延長(zhǎng)了改造工期，因此在改造前對(duì)舊系統(tǒng)的完整性測(cè)試非常必要。

一般來(lái)說(shuō)，完整性測(cè)試的內(nèi)容和順序如下：（1）PLC開(kāi)入量、模入量檢查：在每個(gè)開(kāi)入、模入模件上抽樣選取開(kāi)入、模入點(diǎn)位，改變當(dāng)前狀態(tài)，觀察上位機(jī)系統(tǒng)是否正常響應(yīng)，若正常，則進(jìn)入步驟（2）；若異常則檢查判斷原因，并做記錄。（2）PLC開(kāi)出量、模出量檢查：在每個(gè)開(kāi)出、模出模件上抽樣選取開(kāi)出、模出點(diǎn)位，上位機(jī)發(fā)令測(cè)試，觀察PLC是否正常響應(yīng)，若正常，則進(jìn)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(jī)與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控設(shè)備（不含PLC）的通訊狀況，測(cè)試內(nèi)容主要包括通斷數(shù)據(jù)正常測(cè)試、自愈測(cè)試。數(shù)據(jù)正常測(cè)試參考步驟（1）和（2），自愈測(cè)試是指斷開(kāi)通訊鏈路，然后恢復(fù)，觀察通訊鏈路是否恢復(fù)，數(shù)據(jù)是否正常。若正常，則進(jìn)入步驟（4）；若異常則檢查判斷原因，并做記錄。（4）上位機(jī)系統(tǒng)檢查：上位機(jī)系統(tǒng)檢查主要是檢查上位機(jī)的時(shí)鐘是否一致，上位機(jī)的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)是否正常，若系統(tǒng)有冗余配置，測(cè)試冗余切換后的系統(tǒng)狀態(tài)是否正常。若正常，則進(jìn)入改造步驟；若異常則進(jìn)行記錄。

4.2 舊系統(tǒng)的備份

原有集中控制層的上位機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行和維護(hù)，功能上已比較準(zhǔn)確、全面，因此若原有上位機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)準(zhǔn)備移作它用或進(jìn)入報(bào)廢階段，必須對(duì)舊系統(tǒng)做詳細(xì)備份。備份的內(nèi)容一般包括組態(tài)文件、關(guān)鍵系統(tǒng)文件（如hosts文件等）、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)等。也可以借助第三方工具如再生龍（Clonezilla），進(jìn)行全硬盤(pán)備份。

4.3 新系統(tǒng)基本性能測(cè)試

新的監(jiān)控系統(tǒng)在替換舊系統(tǒng)前，應(yīng)進(jìn)行基本的調(diào)試工作。確保舊系統(tǒng)拆除后，新系統(tǒng)能立即接替舊系統(tǒng)的工作。

新系統(tǒng)的調(diào)試工作主要包括：操作系統(tǒng)安裝，應(yīng)用組態(tài)軟件安裝，工程組態(tài)，歷史庫(kù)出入庫(kù)狀況查詢(xún)，PLC 通訊驅(qū)動(dòng)程序測(cè)試，其他通訊驅(qū)動(dòng)程序測(cè)試等。

準(zhǔn)備工作完成后，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的升級(jí)改造。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家水利信息化戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn)，功能更強(qiáng)大、運(yùn)行更安全的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。按照國(guó)家安全生產(chǎn)的基本要求，“十五”期間建設(shè)的閘泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)已將面臨大范圍升級(jí)改造。本文通過(guò)分析總結(jié)閘泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的升級(jí)改造原則、范圍，升級(jí)改造中易出現(xiàn)的問(wèn)題以及升級(jí)改造前的準(zhǔn)備、改造的過(guò)程方法等，為參與閘泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造的單位和企業(yè)提供了有力的借鑒和參考。

［1］霍寧.泵站監(jiān)控系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)［J］.水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2004，28（4）：81－85.