程言忠，遲海龍，王嘉敏，毛 琦，姚維達(dá)，王 玥

（1.浙江浙能華光潭水力發(fā)電有限公司，浙江 臨安311322；2.中國水利水電科學(xué)研究院自動化所，北京100038）

1 引言

華光潭梯級水電站位于浙江省分水江干流昌化江上游的巨溪，由兩級電站組成，即一級電站和二級電站，目前已實現(xiàn)集中控制。集控中心位于二級電站，設(shè)有多個自動化系統(tǒng)。在各系統(tǒng)中部署了多種服務(wù)器 、網(wǎng)絡(luò)等IT設(shè)備，且對軟硬件維護工作有極高的要求。

華光潭二級電站控制中心部署了眾多的自動化信息系統(tǒng)。以往的巡檢方式只能做到人為定期巡檢，很難在故障前做出預(yù)判。不但效率不高，而且也很難及時準(zhǔn)確地定位問題原因并找到解決方案。為了全面掌握各自動化系統(tǒng)中的IT設(shè)備的運行信息，提高設(shè)備維護的自動化、信息化、智能化水平，華光潭電站研究開發(fā)了滿足安全分區(qū)要求的IT設(shè)備狀態(tài)集中智能監(jiān)管平臺。

2 方案設(shè)計

對于華光潭梯級電站各自動化系統(tǒng)內(nèi)的IT設(shè)備運行信息，電廠要求做到：實時全面掌握、及時發(fā)現(xiàn)問題；迅速定位故障、及時恢復(fù)運行；提高使用效率、合理利用資源；規(guī)范運行管理及維護；提供多種分析報表、保障各系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

結(jié)合華光潭電廠綠色經(jīng)營理念以及科技興業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，基于電站正在建設(shè)“無人值守、關(guān)門運行”電站的有力條件，輔以當(dāng)前水電站主流軟件的設(shè)計理念，對該系統(tǒng)提出如下原則：良好的集成性、開放性、可維護性及安全可靠性。

系統(tǒng)在III區(qū)配置1臺服務(wù)器，用于華光潭水電廠設(shè)備維護管控一體化平臺的建設(shè)。該服務(wù)器用于系統(tǒng)功能及應(yīng)用的開發(fā)、編輯和修改畫面、數(shù)據(jù)庫維護、系統(tǒng)初始化和管理、檢索歷史記錄、系統(tǒng)故障診斷和維護等工作。

智能設(shè)備管控平臺監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的幾乎所有的IT設(shè)備，給維護人員提供一個全面系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)視圖。能夠管控的對象包括：

監(jiān)控系統(tǒng)骨干網(wǎng)交換機：4臺GE EL2404系列管理型工業(yè)以太網(wǎng)交換機，通過SNMP讀取public團體名，全面采集交換機端口狀態(tài)、接收詳情、傳輸詳情、端口連接狀態(tài)、基本信息、設(shè)備概況。

監(jiān)控系統(tǒng)操作員站：4臺HP Z840工作站，Red hat Linux 6.9操作系統(tǒng)，主要采集主機基本信息、磁盤信息、進程動態(tài)、網(wǎng)絡(luò)端口信息、網(wǎng)絡(luò)連接信息、應(yīng)用程序安裝列表。

監(jiān)控系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器：2臺SUN SPARC T5-2服務(wù)器，Solaris 10操作系統(tǒng)MySQL數(shù)據(jù)庫，除采集與操作員站相同內(nèi)容外，主要對MySQL數(shù)據(jù)庫進行了數(shù)據(jù)收集。

安全Ⅱ區(qū)綜合管控服務(wù)器：2臺HP DL388p Gen9服務(wù)器Windows server 2012操作系統(tǒng)，采集內(nèi)容基本與操作員站相同內(nèi)容。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 總體結(jié)構(gòu)及部署

本系統(tǒng)是分層次框架，分為表現(xiàn)層、中間業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)抓取層。系統(tǒng)表現(xiàn)層基于EXT WEB框架，主要通過工作站電腦的瀏覽器或者手機移動終端APP，及水電站的監(jiān)控系統(tǒng)等發(fā)布；數(shù)據(jù)處理層主要是各個模塊系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的WEB服務(wù)接口層。系統(tǒng)設(shè)有主流商用數(shù)據(jù)庫，后端的數(shù)據(jù)采集層采用SNMP抓取方式和細(xì)分業(yè)務(wù)層面補充的自定義AGENT的模式進行抓取。平臺軟件模塊包括：普通主機服務(wù)器節(jié)點模塊和管理服務(wù)器節(jié)點模塊。

智能平臺網(wǎng)絡(luò)框架部署情況如圖1所示，從圖中可以看出華光潭水電站信息化控制系統(tǒng)滿足電力系統(tǒng)二次安防的要求，整個控制系統(tǒng)劃分為生產(chǎn)實時區(qū)、生產(chǎn)非實時區(qū)以及生產(chǎn)信息區(qū)3大安全防護分區(qū)。圖中給出了各個生產(chǎn)分區(qū)內(nèi)部的各個子系統(tǒng)的分區(qū)及拓?fù)潢P(guān)系 。

圖1 華光潭智能管控系統(tǒng)部署結(jié)構(gòu)圖

3.2 數(shù)據(jù)采集與分發(fā)

簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）首先是由Internet工程任務(wù)組織（Internet Engineering Task Force IETF）為了解決Internet上的路由器管理問題而提出的。鑒于SNMP V2目前被絕大多數(shù)廠商所支持，所以本系統(tǒng)采集模塊支持的版本為SNMP V2C。同時采用擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的跨平臺Agent采集代理模塊，可以完成采集、同步節(jié)點信息、主機間通信等復(fù)雜功能，作為SNMP-Agent的有力補充可彌補后者獲取信息不夠?qū)I(yè)、不完備的缺點，主要完成以下功能。

主機信息采集：負(fù)責(zé)各節(jié)點信息的收集、查詢、匯總等工作。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)：采用主動學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)為主、人工拓?fù)涓深A(yù)為輔策略，負(fù)責(zé)收集網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息。通過各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點信息的查詢和匯總來完成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的探測和學(xué)習(xí)，并通過啟發(fā)式發(fā)現(xiàn)算法生成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，并將信息轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡(luò)其他各節(jié)點。人工拓?fù)涓深A(yù)，作為主動發(fā)現(xiàn)功能的補充，通過人為錄入信息對自動產(chǎn)生的拓?fù)溥M行糾偏和細(xì)節(jié)調(diào)整。使得拓?fù)湫畔⒏庇^、簡潔和準(zhǔn)確。

數(shù)據(jù)重定向和通信：負(fù)責(zé)本分區(qū)內(nèi)智能管理設(shè)備的信息交互、匯總、重定向等工作。

其他功能：滿足系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的其他子業(yè)務(wù)模塊。主要包括文件同步管理、消息應(yīng)答、數(shù)據(jù)加密以及系統(tǒng)日志管理等功能。

以國家電力系統(tǒng)二次安全防護相關(guān)條例為標(biāo)準(zhǔn)，集控中心劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)；智能監(jiān)管平臺跨越安全分區(qū)對集控系統(tǒng)中心系統(tǒng)側(cè)和電站側(cè)IT設(shè)備的軟硬件運行信息集中智能監(jiān)管，包括：實時系統(tǒng)如監(jiān)控、閘門等，非實時系統(tǒng)如水情、視頻監(jiān)控等系統(tǒng)。

在同一分區(qū)內(nèi)，各個系統(tǒng)之間主要由網(wǎng)關(guān)機器對信息進行分發(fā)。數(shù)據(jù)流向只能為由內(nèi)向外的單向。管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心設(shè)在Ⅲ區(qū)，通過路由方式將本區(qū)信息向安全Ⅲ區(qū)匯總（圖2）。

圖2 水電廠系統(tǒng)拓?fù)鋱D

4 系統(tǒng)功能

智能監(jiān)管系統(tǒng)的主要功能：主機及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的監(jiān)控、應(yīng)用系統(tǒng)的管理、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)監(jiān)控、機房動環(huán)管理、資產(chǎn)管理、信息發(fā)布、故障報警及預(yù)判。

4.1 主機及網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控

主機硬件監(jiān)控：可以采集華光潭電站一級站和二級站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的硬件信息，硬件資源信息等。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)控：對華光潭一級站和二級站計算機監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的性能參數(shù)進行采集和實時監(jiān)控，采集信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的端口狀態(tài)，端口使用情況，收發(fā)丟包率，網(wǎng)絡(luò)時延等參量統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌禾峁┮惶渍鎸嵕_的網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)鋱D形系統(tǒng)，能夠直觀地了解全網(wǎng)所有設(shè)備之間復(fù)雜的物理連接關(guān)系、連接線路信息和設(shè)備的工作情況。并在此基礎(chǔ)上提供IP定位查找功能，使管理人員對網(wǎng)絡(luò)整體工作情況做到一目了然、心中有數(shù)，真正做到將分散放置的設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)資源統(tǒng)一管理。

圖3 水電廠網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)視圖

4.2 應(yīng)用業(yè)務(wù)的管理

監(jiān)控業(yè)務(wù)管理：作為生產(chǎn)系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)之一的監(jiān)控業(yè)務(wù)管理是該系統(tǒng)管控的重點。華光潭監(jiān)控系統(tǒng)和綜合管控系統(tǒng)的廠家同源。所以該系統(tǒng)充分掌握監(jiān)控業(yè)務(wù)的工作機制和細(xì)節(jié)，可以深入監(jiān)控業(yè)務(wù)的硬件和軟件資源進行跟蹤監(jiān)控。

其他業(yè)務(wù)子系統(tǒng)管理：能夠?qū)θA光潭電站內(nèi)其他的子業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行管理。 能夠產(chǎn)生相關(guān)報警信息并對不滿足要求的進程進行必要合理的干預(yù)。

4.3 資產(chǎn)管理

為有效管理水電廠IT設(shè)備資產(chǎn)，平臺軟件內(nèi)建立了相關(guān)數(shù)據(jù)的設(shè)備臺賬數(shù)據(jù)庫，對常見IT設(shè)備進行全生命周期的管理，建立計劃檢修臺歷、便于跟蹤對設(shè)備的維護。

4.4 信息發(fā)布

桌面設(shè)備終端發(fā)布展示：在桌面系統(tǒng)中對智能設(shè)備的各狀態(tài)參量及統(tǒng)計結(jié)果進行展示，同時提供管理、分析手段。

移動設(shè)備終端發(fā)布：支持在主流移動設(shè)備平臺上運行，支持IOS和android系統(tǒng)平臺。針對移動端處理能力及網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，在移動業(yè)務(wù)上做了相關(guān)優(yōu)化和業(yè)務(wù)取舍，目前僅支持主控設(shè)備的監(jiān)視查看功能。

4.5 知識規(guī)則庫建設(shè)

我們在華光潭IT設(shè)備運維管理平臺中設(shè)計了簡單的規(guī)則引擎和流程引擎。

規(guī)則引擎：主要用于報警及預(yù)警信息規(guī)則的自定義。通過人工方式配置或定制相關(guān)的報警及預(yù)警規(guī)則并存儲到內(nèi)置規(guī)則庫中。系統(tǒng)規(guī)則引擎就可以不間斷巡回的方式來監(jiān)控系統(tǒng)各個預(yù)設(shè)狀態(tài)信息，并產(chǎn)生報警事件信息給終端用戶。

流程引擎：流程引擎主要采用配合規(guī)則引擎驅(qū)動規(guī)則并將規(guī)則信息實例化事件報警信息推送給用戶。規(guī)則引擎和流程引擎二者相輔相成緊密結(jié)合構(gòu)成了平臺的知識規(guī)則庫。

目前知識規(guī)則庫還主要采用人工分析配置的方式。未來研究中可以通過目前人工智能的一些研究方法，做到自適應(yīng)自學(xué)習(xí)規(guī)則，并能把從歷史知識中學(xué)到的規(guī)則和經(jīng)驗服務(wù)于平臺故障分析診斷、預(yù)警等工作。

5 結(jié)束語

華光潭水電廠IT設(shè)備運維管理系統(tǒng)的投運，為解決該電廠自動化系統(tǒng)快速發(fā)展與人力資源相對緊張的矛盾，提供了良好的技術(shù)手段。該系統(tǒng)不僅可以降低生產(chǎn)系統(tǒng)運行中的各種風(fēng)險，還可減輕運維對人工的壓力。為全面提升華光潭電廠精細(xì)化管理水平，實現(xiàn)降本提質(zhì)增效的經(jīng)營目標(biāo)做出巨大貢獻，同時為中小型水電廠的精細(xì)、智能管理探索了一條新道路。