唐 棟，鄭明友，董海龍

(1.湖北芭蕉河水電開發(fā)有限責任公司，湖北 鶴峰 445800；2. 南京南瑞集團公司(國網電力科學研究院)，江蘇 南京 211106)

芭蕉河水電公司位于湖北鶴峰縣容美鎮(zhèn)官坪村四組落山壩，其集控中心位于鶴峰縣芭蕉河一級站集控室內，參與監(jiān)控與調度的有3座電站，分別是芭蕉河一級電站，裝機容量為2 ×17+1×1 MW；芭蕉河二級電站，裝機容量為2×8 MW；燕子橋一級電站，裝機容量為2×5 MW，集控總裝機61 MW。

為滿足電站“無人值班、少人值守”的要求，采取的梯級集控主干網設置集控中心，集中控制室設置在蕉一級站，另在蕉一級站、蕉二級站、燕子橋電站設工作臺，之間采用光通信組網。芭蕉河集控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)升級改造采用的是由南瑞集團公司(以下簡稱“南瑞”)自主研發(fā)的NC 2000 V3.0監(jiān)控系統(tǒng)軟件。該系統(tǒng)具有自主知識產權，按照“無人值班”(少人值守)模式設計，適用于中小型水電站及中小型水電站群的計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

1 OPC技術介紹

OPC是OLE for Process Control的縮寫，即用于過程控制OLE。這是自動化和其他行業(yè)數(shù)據安全交換的互操作性標準。主要用來解決過程控制系統(tǒng)與其數(shù)據源的數(shù)據交換問題。

1.1 水電站的通信現(xiàn)狀

水電站需要通信的設備很多, 如機組測速裝置、機組測溫裝置、交流采樣裝置、現(xiàn)地控制單元(LCU)、機組保護裝置、機組調速器系統(tǒng)、機組勵磁系統(tǒng)、機組蝶閥系統(tǒng)、輔機控制系統(tǒng)、主變壓器保護裝置、故障錄波裝置、電量采集裝置、直流系統(tǒng)、線路保護以及水情水電系統(tǒng)等數(shù)據，均需要接入上位機計算機監(jiān)控系統(tǒng)。這些設備生產廠家較多，不同廠家的系統(tǒng)或設備所用通信方式、通信協(xié)議也較多，經常出現(xiàn)通信不匹配，通信異常的情況。

當前水電站系統(tǒng)模式最常見的通訊方式有兩種：

1)前置機通訊方式。這是在現(xiàn)地控制單元(LCU)柜上裝備一種工控機作為前置機, 對每個LCU站內前置機就需要負責與各設備進行實時通信，數(shù)據處理，顯示，數(shù)據和后臺監(jiān)控系統(tǒng)之間的數(shù)據交換。

2)通信管理機通訊方式。這是將數(shù)據交由通信管理機完成各種現(xiàn)場總線模式及通信協(xié)議的轉換，再采用統(tǒng)一的標準上送后臺監(jiān)控系統(tǒng)的一種方式。

這兩種方式都需要有負責協(xié)議轉換的機器完成通信協(xié)議的轉換，以及上送后臺監(jiān)控的數(shù)據集成和編制通信協(xié)議的設備。不難看出存在以下弊端：

1)協(xié)議重復開發(fā)。根據每家軟件系統(tǒng)開發(fā)商的不一樣，必須為每個特定的硬件設備開發(fā)一個驅動程序，用于滿足互聯(lián)要求。

2)驅動程序的不一致性。軟件開發(fā)商從各自需要及保密要求出發(fā)，往往采用不同的數(shù)據交換協(xié)議以開發(fā)驅動程序，往往使得驅動程序不一致。

3)硬件特性變化多端。硬件特性的變化導致以往的驅動程序互聯(lián)失敗,軟件開發(fā)商必須根據硬件的變化來開發(fā)新的驅動程序。

4)訪問經常沖突。兩個軟件包因使用了不同的驅動程序導致不能同時訪問同一個設備的情況時時發(fā)生。

1.2 OPC的特點

OPC技術的運用使得用戶根據實際需要很容易就能將它們集成為完整的自動化系統(tǒng)。OPC技術的使用使OPC服務器代替了原來的通信協(xié)議，并將各種應用設計為OPC客戶機，在OPC客戶機與OPC服務器之間就可以進行通信和互操作，軟硬件廠商可以在互聯(lián)問題上花很少的時間，集中精力解決應用需求，從而消除大量的重復勞動。

2 原有系統(tǒng)通訊原理

芭蕉河集控中心于2006年投入使用，采用擴大廠站模式(一廠多站控制模式)，參與監(jiān)控與調度的有三座電站，后臺監(jiān)控系統(tǒng)采用GE公司的ifix組態(tài)軟件，現(xiàn)地控制單元采用南瑞設計的SJ-500系列。通過對芭蕉河原有監(jiān)控系統(tǒng)與系統(tǒng)結構分析，如圖1所示，fix監(jiān)控系統(tǒng)采用OPC技術與現(xiàn)地控制單元通過工業(yè)以太網進行數(shù)據交互。

圖1 原一級站通訊原理圖

3 集控改造后的通訊原理

根據原有監(jiān)控的通訊方案，結合現(xiàn)場實際情況，要快速有效的實現(xiàn)NC2000監(jiān)控系統(tǒng)軟件與原有現(xiàn)地控制單元的數(shù)據通訊，決定使用軟件KEPServerEx作為OPC服務器，通過相應的驅動程序獲取現(xiàn)地控制單元中PLC(可編程控制器)的數(shù)據，并結合南瑞自主開發(fā)組件OPC_104Slave與監(jiān)控系統(tǒng)通過IEC104規(guī)約實現(xiàn)數(shù)據交互。如圖2所示，實現(xiàn)此通訊方案，需要完成KEPServerEx，OPC_104Slave和監(jiān)控系統(tǒng)104主站通訊驅動的配置。

圖2 改造通訊原理圖

3.1 KEPServerEx介紹及配置

KEPServerEx是Kepware的OPC服務器產品，具有廣泛的設備驅動程序插件和組件，支持多種品牌PLC產品，可以很方便的與多種設備建立連接。

在運行KEPServerEx后，需著重配置以下幾項。

建立一個通道，命名為LCU1，根據向導程序,軟件自帶幫助(Driver Help)，通過需要采集數(shù)據CPU模塊型號來選擇設備驅動名稱，例如芭蕉河一級站現(xiàn)地單元PLC為AB，選擇Allen-Bradley Ethernet，如圖3所示，根據一些網絡優(yōu)化的選項保持默認值，完成了對通道類型的設置。

在該通道內建立新設備，根據向導程序，輸入設備名字為Dev1，設備類型選擇CPU模塊型號。設備的ID號(device ID)要與在PLC配置中的CPU模塊的IP地址相同，例如10.124.*.*，如圖4所示，隨后的選項保持默認值，這樣就確定了要進行通信的具體通道。

最后在設備里添加需要通訊的變量來完成KEPServerEx的配置，如圖5所示。

圖3 KEPServerEx設備驅動選擇圖

圖4 KEPServerEx 驅動IP設置圖

圖5 KEPServerEx增加變量圖

3.2 OPC_104Slave的介紹及配置

OPC_104Slave是由南瑞集團公司開發(fā)的OPC客戶端組件，需要從OPC服務器中讀寫的數(shù)據加載到軟件中，通過IEC104規(guī)約與上位機監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據交互，支持單個寄存器和連續(xù)多個寄存器值的寫入OPC服務器。

在運行OPC_104Slave 后，首先建立一個OPC服務器連接，在本地服務器里選擇需要加載的OPC服務器，例如選KEPware.KEPServerEx.V4，完成后建立組LCU1，在組里批量添加需要上送監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據，然后配置OPC_104Slave.csv和OPC_104Slave.ini這兩個文件來實現(xiàn)與上位機監(jiān)控系統(tǒng)進行通訊，如圖6所示。

圖6 OPC_104Slave配置圖

3.3 監(jiān)控系統(tǒng)介紹和IEC104規(guī)約介紹

NC2000 V3.0系統(tǒng)軟件是面向水利水電行業(yè)研制的大型計算機監(jiān)控系統(tǒng)軟件。該軟件是一款真正具有跨平臺能力、全面支持異構平臺的多層分布式面向對象的計算機監(jiān)控系統(tǒng)軟件，它包含了分布式對象架構，全面支持異構平臺的特性，提供了高效安全可靠的監(jiān)控內核、功能強大的組態(tài)工具、精細美觀的圖形界面、實用方便的應用界面、多種符合國際標準的接口以及緊貼水利水電用戶和梯級集控調度應用需求的各種常規(guī)及高級功能。目前已經在200余家大中型項目中獲得廣泛應用。

IEC104規(guī)約由國際電工委員會制定。IEC104協(xié)議通過網絡協(xié)議TCP/IP定義了IEC101應用服務數(shù)據單元(ASDU)的傳輸標準，為遠程信息的網絡傳輸提供了通信協(xié)議基礎。與該實施例ASDU 104 101規(guī)約組合規(guī)約，良好的可靠性可以被標準化。

3.4 監(jiān)控系統(tǒng)IEC104驅動配置

在主服務器上運行NC2000監(jiān)控系統(tǒng)，在進程管理自啟動中添加驅動名稱iec104d，在數(shù)據庫各節(jié)點的驅動配置中配置相關驅動，并命名資源文件名稱，然后在工程文件夾project.sdz/drv中配置資源文件的相關參數(shù)，最后在監(jiān)控軟件的通訊接口里配置測點表來完成IEC104通訊驅動的配置(注：通訊接口測點表里的數(shù)據順序必須與配置文件OPC_104Slave.csv里的數(shù)據順序保持一致)。

4 結 語

本文介紹了OPC的基本技術，以及國內水電站的通訊現(xiàn)狀，結合芭蕉河梯級電站監(jiān)控系統(tǒng)改造項目實際情況，采用OPC技術快速有效的實現(xiàn)了新監(jiān)控系統(tǒng)與原有現(xiàn)地控制單元的數(shù)據通訊，減少對原有現(xiàn)地控制單元的二次開發(fā)，大大縮短了改造工期，為其他工程的改造提供參考。