張其生

（新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)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(fù)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(jiān)控系統(tǒng)，是南京電力自動化設(shè)備總廠研制生產(chǎn)的SD 200型水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

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

本次改造的目的主要有兩個：一是，滿足調(diào)度自動化系統(tǒng)對電站遙測、遙信的要求。由監(jiān)控系統(tǒng)通信管理機向調(diào)度發(fā)送實時采集的遙信、遙測信息，并且為以后調(diào)度的遠控操作，預(yù)留控制通道；為電站自動化測點，預(yù)留上報數(shù)據(jù)通道。二是，解決電站內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)控軟件所存在的問題。將現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)改造成單一的一級局域網(wǎng)絡(luò)，并采取屏蔽措施，減少不必要的網(wǎng)絡(luò)串接設(shè)備，解決水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題。

2 系統(tǒng)改造原則

經(jīng)討論，水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造保留了原監(jiān)控系統(tǒng)全部PLC硬件設(shè)備，以改造廠站層上位機硬件設(shè)備和部分現(xiàn)地控制層硬件設(shè)備為目標實施改造。新的計算機監(jiān)控系統(tǒng)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(yīng)遵循以下設(shè)計原則[1]：

硬件系統(tǒng)：在原有系統(tǒng)硬件的基礎(chǔ)上進行改造，分析優(yōu)缺點，優(yōu)化現(xiàn)有硬件系統(tǒng)。

軟件系統(tǒng)：采用成熟、先進、可靠的軟件系統(tǒng)，以備今后按應(yīng)用需求進行升級改造，建設(shè)優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和可操作性強的漢化系統(tǒng)。

成本控制：新的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，盡量在原有計算機監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改造，在符合國家規(guī)范和安全標準的前提下，最大程度地節(jié)約成本。

3 網(wǎng)絡(luò)功能實現(xiàn)

監(jiān)控系統(tǒng)改造方案，改變了原網(wǎng)絡(luò)局部結(jié)構(gòu)，采用按單元區(qū)分的分層分布式鏈路結(jié)構(gòu)，所有輔助設(shè)備和元件與其所在單元的LCU直接通信，改變原監(jiān)控系統(tǒng)中PLC和一體化工控機串口通信，一體化工控通過以太網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)。每套現(xiàn)地LCU通過自帶交換機自成一套獨立的現(xiàn)地監(jiān)視控制單元，通過觸摸屏、盤柜指示燈及按鈕可現(xiàn)地監(jiān)視控制該LCU設(shè)備，同時提升了數(shù)據(jù)交互的速度和可靠性，現(xiàn)地控制單元對該LCU數(shù)據(jù)的采集不再依賴于整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，系統(tǒng)層次分明，保證了該現(xiàn)地LCU的獨立性和安全性，在上位機與下位機網(wǎng)絡(luò)中斷時，現(xiàn)地控制單元可對本單元設(shè)備進行獨立的完全的監(jiān)視和控制功能。改造前后通信系統(tǒng)圖如圖1和圖2所示。

4 系統(tǒng)實施方案

水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的改造，應(yīng)是逐步過渡完成的，為實現(xiàn)對全廠設(shè)備的監(jiān)視控制，有兩種方案可供選擇[2]。

方案一：在新的系統(tǒng)改造完成前，工作人員在新舊兩套設(shè)備中分別監(jiān)控和運行與其對應(yīng)的設(shè)備，逐漸將功能轉(zhuǎn)移到新系統(tǒng)中。此種方式對舊系統(tǒng)影響較小，但存在改造完成前新系統(tǒng)中不能監(jiān)控的問題。

方案二：在對舊系統(tǒng)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(tǒng)同時操作，進行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)對全廠所有設(shè)備進行操控。此種方式涉及新舊兩套監(jiān)控系統(tǒng)的復(fù)雜切換過程，存在著一定的溝通環(huán)節(jié)與實施困難。

圖1 改造前通信系統(tǒng)圖

圖2 改造后通信系統(tǒng)圖

水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造采用第一種方案，根據(jù)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)地LCU工控機需要拆除更換，就中斷了與原上位機系統(tǒng)的通信，因此，先將前期工作準備好，最后再更換現(xiàn)地LCU工控機，防止影響原系統(tǒng)的正常運行。首先鋪設(shè)通信電纜，將整個網(wǎng)絡(luò)框架預(yù)先搭設(shè)完畢，然后將新計算機系統(tǒng)接入搭設(shè)好的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，用以太網(wǎng)方式實現(xiàn)與現(xiàn)地LCU的數(shù)據(jù)交互，先將公用LCU系統(tǒng)接入，根據(jù)機組的檢修計劃，進行系統(tǒng)調(diào)試，將遙信，遙測信號逐一調(diào)試完畢，最后根據(jù)調(diào)度計劃申請控制系統(tǒng)的調(diào)試。針對遙控操作采用了仿真調(diào)試系統(tǒng)，在調(diào)試前先用仿真軟件接收上位機下發(fā)的遙控命令，仔細核對后再進行實際設(shè)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(diào)試時間，為電廠的正常運行爭取了時間[3]。

5 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

原監(jiān)控系統(tǒng)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(zé)1號、2號機組的信號監(jiān)視、電氣量采集等，不對機組進行控制；第二套機組LCU負責(zé)3號機組的信號監(jiān)視、電氣量采集，機組控制等工作；公用LCU負責(zé)公用系統(tǒng)，開關(guān)站的信號監(jiān)視，開關(guān)控制等工作。現(xiàn)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(shù)據(jù)送到現(xiàn)地一體化工控機，現(xiàn)地LCU上的一體化工控機運行監(jiān)控軟件，通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)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(xiàn)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(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)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(tǒng)、保護系統(tǒng)、LCU系統(tǒng)的對時。

機組及公用LCU中的PLC增加網(wǎng)絡(luò)通信模塊，以實現(xiàn)上位機與PLC通過網(wǎng)絡(luò)直接進行數(shù)據(jù)交互，現(xiàn)地LCU增加交換機以實現(xiàn)現(xiàn)地觸摸屏與PLC的數(shù)據(jù)交互，增加一臺思科交換機，實現(xiàn)主控層與現(xiàn)地層的數(shù)據(jù)交互。

從目前流行的技術(shù)趨勢看，采用工控機代價高而且故障點增多，造成整個系統(tǒng)的可靠性下降[4]。一體化工控機中網(wǎng)絡(luò)硬盤及風(fēng)扇老化現(xiàn)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(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)包丟失、傳輸延時過長、現(xiàn)地工控機死機等現(xiàn)象，而作為數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站工控機一旦死機，所有的數(shù)據(jù)都將無法傳送，后臺監(jiān)控將癱瘓。改造方案中取消現(xiàn)地LCU研華一體化工控機，更換成觸摸屏（配置以太網(wǎng)及4串口）。原研華一體化工控機上的現(xiàn)地自動操作、監(jiān)視功能由觸摸屏代替。

在計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造中，基本保留了原現(xiàn)地控制單元LCU中除一體化工控機外的全部硬件設(shè)備，施工改造難度較小。

6 系統(tǒng)軟件設(shè)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(wǎng)和現(xiàn)場PLC以及上位機通信，這種方案和電站的主干通信網(wǎng)（以太網(wǎng)）相一致，可靠性和通信速度比串行鏈路高出幾個數(shù)量級；對于LCU，觸摸屏除了完成現(xiàn)地監(jiān)控功能，還代替通信管理機將部分現(xiàn)地設(shè)備（如調(diào)速勵磁等）接入其中，通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給上位機。

更換原國內(nèi)某品牌的監(jiān)控軟件，改用南京鈦能電氣有限公司的Talent View監(jiān)控軟件，該軟件具有組態(tài)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(yīng)用以前的接口，實現(xiàn)了遙測、遙信、遙調(diào)、遙控、參數(shù)越限報警、事故順序記錄、故障及狀態(tài)顯示記錄、語音報警、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等功能，這樣減小了機組LCU的調(diào)試工作量，只需要更換監(jiān)控系統(tǒng)軟件即可，為現(xiàn)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(diào)度通信，增加一臺通信管理機，用于對調(diào)度上送數(shù)據(jù)及接受調(diào)度的控制，通過光纖通道進行傳輸，大大提高了調(diào)度通信的速率，減少了信號的延遲，提高了系統(tǒng)的可靠性。

7 系統(tǒng)改造存在的問題及對策

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

第二，上位機部分屬于水電站系統(tǒng)的核心部分，涉及與其他眾多設(shè)備的通信問題，包括與各級調(diào)度部門、保護系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)、水情系統(tǒng)、GPS裝置、返回屏、電能計費系統(tǒng)等進行數(shù)據(jù)交互，往往出現(xiàn)通信規(guī)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(jiān)控系統(tǒng)管理上提出了相應(yīng)要求，在日常維護中必須把資料的保存和數(shù)據(jù)更新工作做好[5]。

第三，計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造過程往往還涉及到工期問題，由于系統(tǒng)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(xiàn)的問題，做好必要的防護措施。

8 結(jié)語

水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的改造，是一項復(fù)雜而又細致的工作。在改造前必須充分地對原監(jiān)控系統(tǒng)進行了解，分析原系統(tǒng)存在的優(yōu)缺點，在改造中保留優(yōu)點，改進不足之處。尤其存在特殊設(shè)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(tǒng)穩(wěn)定運行，改造情況良好，是一例成功改造的典范。