鄧盛名，王 翔，韓 勇

(五凌電力有限公司凌津灘水電廠，湖南 桃源 415700)

凌津灘水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造

鄧盛名，王 翔，韓 勇

(五凌電力有限公司凌津灘水電廠，湖南 桃源 415700)

說明了凌津灘水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造的必要性，論證了國外系統(tǒng)部分改成國產(chǎn)系統(tǒng)的可行性，并就改造過程中新舊兩套系統(tǒng)同時運行，如何考慮安全、操作人員如何運行，如何實現(xiàn)平滑過渡等問題進行了闡述。

計算機監(jiān)控系統(tǒng)；H 9000V 4.0；改造

凌津灘水電廠位于湖南省桃源縣境內(nèi)，位于沅水流域干流，上距五強溪電廠47.5km，下距桃源縣城40km，距常德市80km，是沅水流域最后一個梯級電站，裝機總?cè)萘繛?70MW（9×30MW），為燈泡貫流式機組。其計算機監(jiān)控系統(tǒng)是從法國ALSTOM公司通過國際招標引進的，本系統(tǒng)于1998年正式投產(chǎn)，具有凌津灘水電廠270MW的發(fā)、變、輸電設備全自動化監(jiān)視、控制與調(diào)度操作的功能，采用開放式、分層分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主控級采用總線型雙以太網(wǎng)絡方式，用兩臺互為備用的SUN公司64位SUN Ultra Sparc 1服務器作主機，用32位SUNUltra Sparc 5作為工作站操作員站，操作系統(tǒng)采用SUN公司的Solaris2.5.1網(wǎng)絡操作系統(tǒng)?，F(xiàn)地控制單元LCU采用法國ALSTOM公司從美國GE公司引進技術(shù)生產(chǎn)的可編程邏輯控制器PLC（Programmer Logic Contraller）——GE PLC90-30，所有LCU之間，LCU與主控級之間均采用雙Fip網(wǎng)絡通訊方式。整個系統(tǒng)包括設計到投產(chǎn)至今已運行10余年，主機設備和網(wǎng)絡設備都已處于淘汰和老化的境地，備品備件難于購置，設備故障頻發(fā)，嚴重影響監(jiān)控系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

1 改造必要性

計算機設備的設計壽命一般在5～8年，超過年限，設備的穩(wěn)定性將大幅下降，故障率升高。而這樣過了壽命的設備用在發(fā)電機組的控制上是很危險的。再加上國外系統(tǒng)在設計理念、操作習慣、后期服務方面都存弊端，凌津灘水電廠的計算機監(jiān)控系統(tǒng)國產(chǎn)化改造勢在必行。

1.1 主設備老化現(xiàn)象明顯，上位機主設備目前已屬淘汰產(chǎn)品

上位機運行值班員工作站（CVS）頻繁出現(xiàn)宕機、脫網(wǎng)現(xiàn)象，此現(xiàn)象發(fā)生的次數(shù)自2004年以來逐年呈上升趨勢，僅2005年上半年就出現(xiàn)了5次之多，嚴重影響了運行值班人員對發(fā)電機組設備的監(jiān)視與控制。如果兩臺運行值班員工作站同時出現(xiàn)故障，所有運行機組將完全失控。此外，由于硬件問題工程師站（CCC）HDSR應用意外終止現(xiàn)象也屢次發(fā)生，致使運行值班人員無法進行歷史事件記錄查詢，維護人員無法對設備出現(xiàn)的問題做出正確的分析判斷。上位機與下位機進行數(shù)據(jù)交換與處理的主計算機（CIS）也曾多次出現(xiàn)宕機現(xiàn)象，這種故障可以發(fā)展到整個上位機系統(tǒng)癱瘓，全部機組及開關(guān)、刀閘將失去控制，后果不堪設想。

1.2 上位機系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)已經(jīng)落后

目前隨著調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的建設，監(jiān)控系統(tǒng)與外界數(shù)據(jù)連接擴展，對二次防護提出了很高的要求。由于目前我廠監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)問題，二次安全防護要求的入侵檢測系統(tǒng)IDS設備無法正常接入上位機網(wǎng)絡，病毒及網(wǎng)絡入侵將無法被系統(tǒng)檢測到，從而使上位機系統(tǒng)失去了安全保障，網(wǎng)絡安全問題嚴峻，最嚴重的后果可導致整個上位機系統(tǒng)癱瘓。

1.3 整個上位機的備份僅限于基本的LOG、HDSR數(shù)據(jù)備份，無系統(tǒng)級備份

系統(tǒng)的災難性恢復功能沒有實現(xiàn)，這就意味著任何一個工作站的一個系統(tǒng)級故障將導致整個工作站的癱瘓乃至整個上位機系統(tǒng)的癱瘓。

1.4 上位機系統(tǒng)軟件可擴展、可維護性差

特別是下位機有改動時，上位機相應的配置增加、修改等操作均無法進行。報表的重新定義也是一大難題。

管理接口單一，如有出錯只能看到系統(tǒng)級錯誤，維護變成了簡單的重啟恢復初始操作；并且系統(tǒng)依賴原有配置，容錯能力差，稍做維護性修改，可能導致系統(tǒng)無法啟動或者運行異常。

1.5 上位機系統(tǒng)人機接口設備通用性差

原有鼠標、鍵盤的設備均為廠家成套供應，其他產(chǎn)品無法替代。由于人機接口設備老化，其靈敏度大大降低，從而給運行值班人員的操作帶來極大不便。為了維持系統(tǒng)的運行，只有將使用頻率較低的通訊工作站的人機接口設備拿來替代。

1.6 國外廠家售后服務差

凌廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)由原法國CEGELEC公司成套供應，后CEGELEC被法國ALSTOM兼并，存在技術(shù)交接的問題，部分問題ALSTOM也無法提出解決方案。廠家支持服務差，且費用十分昂貴，僅簡單修改一個報警點就需幾萬元。

1.7 部分設計不完善

公用LCU邏輯設計不完善，對公用系統(tǒng)的遠方控制功能未能實現(xiàn)，400V廠用電系統(tǒng)等的操作均需運行人員到現(xiàn)場手動操作，增加了運行人員的工作強度。

諸如以上原因，為了保證監(jiān)控系統(tǒng)的繼續(xù)穩(wěn)定運行，確保全廠設備安全穩(wěn)定運行，必須根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)及產(chǎn)品對監(jiān)控系統(tǒng)進行系統(tǒng)升級改造。

2 系統(tǒng)選型

為了解決監(jiān)控系統(tǒng)存在的諸多難點問題，相關(guān)專業(yè)人員精心研究策劃，在完成多次調(diào)研工作后制定如下改造思路。本次改造的原則是消除計算機監(jiān)控系統(tǒng)的安全隱患，在確保改造成功的前提下，盡量節(jié)省投資。

2.1 合理搭配的上位機操作系統(tǒng)

Windows操作系統(tǒng)具備如下特點：工具軟件、應用軟件支持廠商較多；價格較低，技術(shù)更新快，計算機管理成本較低，支持多處理機和集群功能，支持強大服務器的能力不如UNIX，安全性較低。

UNIX操作系統(tǒng)的特點：在國際上作為大型服務器操作系統(tǒng)的首選，性能可靠，安全性等級較高，可高于美國國家C2級標準，處理能力強，支持多處理機和集群功能，價格較貴，工具軟件的支持廠商比Windows少很多。

Linux操作系統(tǒng)的特點：開放源代碼，可自主定制、消除某些刻意的安全后門，價格很低，支持多處理機和集群功能，處理復雜任務的有效性有待考驗。

對比以上三個操作系統(tǒng)以及它們在其他電廠的應用可知，UNIX和Windows操作系統(tǒng)都是可以選用的，從安全、穩(wěn)定、可靠方面考慮，監(jiān)控系統(tǒng)主機服務器、操作員工作站選用UNIX操作系統(tǒng)。從價格及應用軟件支持方面考慮，工程師站、通訊工作站選用Windows操作系統(tǒng)。

2.2 高性能SPARC處理器的主機服務器

由于凌津灘水電機組臺數(shù)多，數(shù)據(jù)量大，可靠性和實時性要求高，應選擇運行可靠的、速度高的電廠級服務器?？紤]數(shù)據(jù)庫服務器和歷史數(shù)據(jù)服務器采用64位RISC多CPU服務器，并采用集群方式運行。

目前在國內(nèi)電力系統(tǒng)自動化中廣泛采用的64位的服務器有SUN公司SunFire V系列服務器和COMPAQ公司（現(xiàn)為新HP公司）的DS系列、ES系列服務器，考慮到COMPAQ公司已停止了服務器、工作站、包括ALPHA CPU的開發(fā)、研制、生產(chǎn)，可能影響其售后及產(chǎn)品升級服務。而SUN公司對其SPARC處理器的生產(chǎn)、研發(fā)仍一如既往，綜合考慮我們選用SUN公司的SunFire V系列服務器。

2.3 簡單、實用的GE90-30系列PLC

我們對Schneider Quantum、GE 90-30兩種PLC從產(chǎn)品推出時間、100M網(wǎng)絡冗余、CPU冗余、現(xiàn)地I/O網(wǎng)冗余、對外通訊等多方面進行比較。其中Quantum是1994年推出的產(chǎn)品，在技術(shù)和性能上更為優(yōu)越。易于實現(xiàn)現(xiàn)場總線采用雙冗余結(jié)構(gòu)的雙I/O網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。QuantumI/O模件可帶電插拔，易于系統(tǒng)維護，支持100M的以太網(wǎng)，但價格較高?？紤]到現(xiàn)有GE 90-30系列PLC的I/O模塊的設計壽命一般在20～30年，且至今未出現(xiàn)過任何問題。經(jīng)過試驗驗證，簡單地升級CPU為IC693CPU374并增加一個以太網(wǎng)模塊是可以實現(xiàn)其功能的。原有I/O模塊的保留在滿足系統(tǒng)改造要求的前提下大大節(jié)省了工程的投資。

3 改造內(nèi)容及預期效果

凌津灘水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造工程，主要是更換電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位機全部設備和網(wǎng)絡設備，升級PLC等工作。工程保持現(xiàn)地控制單元(LCU)端子柜位置、盤面布置不變，以減少工作量，縮短施工工期。具體施工內(nèi)容如下：

（1）軟件實施部分：包括上位機控制功能重新設計開發(fā)；上位機監(jiān)控畫面、報表文件重新設計開發(fā)；上位機數(shù)據(jù)庫配置設計開發(fā)；上位機報警功能設計開發(fā)；LCU控制邏輯及程序重新設計開發(fā)；LCU現(xiàn)地工作臺重新設計開發(fā)；與中調(diào)，五凌梯調(diào)系統(tǒng)的通訊開發(fā)；AGC、AVC、經(jīng)濟運行、人機接口；凌津灘電廠水調(diào)分中心建立后監(jiān)控系統(tǒng)與之的通訊開發(fā)。

（2）計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位機改造：包括計算機監(jiān)控主機的安裝；計算機監(jiān)控系統(tǒng)主機操作系統(tǒng)及支持軟件安裝；基本應用軟件安裝及調(diào)試；高級應用軟件安裝及調(diào)試；數(shù)據(jù)庫安裝及調(diào)試；監(jiān)控系統(tǒng)功能調(diào)試。

（3）計算機監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡改造：包括標準網(wǎng)絡機柜的安裝就位；監(jiān)控網(wǎng)絡主交換機的安裝及配置；監(jiān)控機房至中控室雙絞線敷設；監(jiān)控機房至1號～9號機機旁小室光纜敷設；監(jiān)控機房至線路保護室光纜敷設；監(jiān)控機房至主變繼保室光纜敷設；監(jiān)控機房至辦公樓光纜敷設。

（4）計算機監(jiān)控系統(tǒng)操作員工作站、工程師站及通訊工作站改造：包括各工作站主機設備的安裝；操作員工作站顯示器與主機設備的安裝調(diào)試；操作系統(tǒng)軟件及支持軟件的安裝調(diào)試；基本應用軟件的安裝；系統(tǒng)功能的調(diào)試。

（5）LCU部分的改造：包括PLC機架及模塊的安裝；PLC網(wǎng)絡通訊模塊的安裝配置及調(diào)試，實現(xiàn)上位機與下位機的正常通訊；交直流雙供電源的安裝；直流電源電纜敷設等。

（6）系統(tǒng)集成及試運行：包括當各設備按照規(guī)范中指定組態(tài)接入時，軟件運行操作是否正常；測試系統(tǒng)軟件、平臺軟件、支撐軟件及本技術(shù)規(guī)范中應用軟件的所有功能，并對計算機監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的重要功能(如：系統(tǒng)維護、數(shù)據(jù)采集和計算機通信的信息處理等)進行測試；系統(tǒng)在規(guī)范書規(guī)定的環(huán)境條件下正常持續(xù)工作。

改造后監(jiān)控系統(tǒng)硬件及網(wǎng)絡設備將采用目前市場主流產(chǎn)品，插件模塊化，可實現(xiàn)靈活組態(tài)，具有優(yōu)異的動態(tài)擴展性、伸縮性。整個網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)將采用全分布、開放式交換網(wǎng)絡，便于現(xiàn)有入侵檢測系統(tǒng)IDS的順利接入，從而確保了監(jiān)控系統(tǒng)上位機的網(wǎng)絡安全。系統(tǒng)可以實現(xiàn)在系統(tǒng)級和應用級兩個方面上的備份，真正實現(xiàn)系統(tǒng)的災難性恢復功能。上位機系統(tǒng)組態(tài)軟件可編輯能力強，軟件測試和調(diào)整的程序簡化，某個部分的修改對其他部分的影響很小，利于用戶日后對系統(tǒng)界面的修改及功能的完善。

4 系統(tǒng)平滑過渡

新老系統(tǒng)的平滑過渡，一直以來都是計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造項目中的核心問題。為此，在改造前我們做了大量前期策劃工作，以保證系統(tǒng)在改造時的平滑過渡。具體措施如下：

（1）新上位機系統(tǒng)設備的調(diào)試在監(jiān)控機房內(nèi)進行，所有工作的進行必須在確保老系統(tǒng)正常的情況下進行。

（2）首臺機組LCU的接入選擇在機組大修的期間進行，此時中控室內(nèi)拆除一臺老系統(tǒng)操作員工作站，布置一臺新系統(tǒng)的操作員工作站，以保證對全部機組的運行監(jiān)視。

（3）利用檢修機會逐臺接入全部9臺機組LCU、開關(guān)站LCU、公用系統(tǒng)LCU。機組LCU接入新系統(tǒng)期間牽涉到開關(guān)站LCU信號量時，在確保安全的前提下以強制方式實現(xiàn)。

（4）對外數(shù)據(jù)傳輸方面，接入新系統(tǒng)的機組信息將通過省調(diào)通訊工作站以101或104規(guī)約上送至湖南省調(diào)，老系統(tǒng)的數(shù)據(jù)仍然采用RTU通訊至省調(diào)。傳送至梯調(diào)、IMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)將經(jīng)過防火墻的隔離后進入，以保證數(shù)據(jù)的安全性。

（5）過渡時期，兩套上位機系統(tǒng)必須同時運行一段時間，直到新系統(tǒng)經(jīng)過全面的考驗之后才可以退出舊系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

凌津灘水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的升級改造由北京中水科水電科技開發(fā)有限公司中標，將采用其具有完全知識產(chǎn)權(quán)、先進成熟的面向?qū)ο蟮姆植际介_放水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)H9000V4.0。改造工程合同于2008年8月簽訂，目前項目已完成出廠驗收，即將現(xiàn)場投運。凌津灘水電廠監(jiān)控系統(tǒng)改造將對其它需進行監(jiān)控系統(tǒng)改造的電廠起到良好的借鑒作用。

TP273+.5

B

1672-5387（2010）03-0016-03

2010-04-28

鄧盛名(1981-)，男，助理工程師，從事計算機監(jiān)控系統(tǒng)的運行、開發(fā)、維護工作。（E-mail∶deng_dsm@wu-ling.com）