凌津?yàn)┧姀S計(jì)算機(jī)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?yàn)┧姀S，湖南 桃源 415700)

凌津?yàn)┧姀S計(jì)算機(jī)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?yàn)┧姀S，湖南 桃源 415700)

說明了凌津?yàn)┧姀S計(jì)算機(jī)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(shí)運(yùn)行，如何考慮安全、操作人員如何運(yùn)行，如何實(shí)現(xiàn)平滑過渡等問題進(jìn)行了闡述。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；H 9000V 4.0；改造

凌津?yàn)┧姀S位于湖南省桃源縣境內(nèi)，位于沅水流域干流，上距五強(qiáng)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(gè)梯級(jí)電站，裝機(jī)總?cè)萘繛?70MW（9×30MW），為燈泡貫流式機(jī)組。其計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是從法國ALSTOM公司通過國際招標(biāo)引進(jìn)的，本系統(tǒng)于1998年正式投產(chǎn)，具有凌津?yàn)┧姀S270MW的發(fā)、變、輸電設(shè)備全自動(dòng)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(jí)采用總線型雙以太網(wǎng)絡(luò)方式，用兩臺(tái)互為備用的SUN公司64位SUN Ultra Sparc 1服務(wù)器作主機(jī)，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(luò)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(jìn)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(jí)之間均采用雙Fip網(wǎng)絡(luò)通訊方式。整個(gè)系統(tǒng)包括設(shè)計(jì)到投產(chǎn)至今已運(yùn)行10余年，主機(jī)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都已處于淘汰和老化的境地，備品備件難于購置，設(shè)備故障頻發(fā)，嚴(yán)重影響監(jiān)控系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 改造必要性

計(jì)算機(jī)設(shè)備的設(shè)計(jì)壽命一般在5～8年，超過年限，設(shè)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(shè)備用在發(fā)電機(jī)組的控制上是很危險(xiǎn)的。再加上國外系統(tǒng)在設(shè)計(jì)理念、操作習(xí)慣、后期服務(wù)方面都存弊端，凌津?yàn)┧姀S的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)國產(chǎn)化改造勢(shì)在必行。

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

上位機(jī)運(yùn)行值班員工作站（CVS）頻繁出現(xiàn)宕機(jī)、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(shì)，僅2005年上半年就出現(xiàn)了5次之多，嚴(yán)重影響了運(yùn)行值班人員對(duì)發(fā)電機(jī)組設(shè)備的監(jiān)視與控制。如果兩臺(tái)運(yùn)行值班員工作站同時(shí)出現(xiàn)故障，所有運(yùn)行機(jī)組將完全失控。此外，由于硬件問題工程師站（CCC）HDSR應(yīng)用意外終止現(xiàn)象也屢次發(fā)生，致使運(yùn)行值班人員無法進(jìn)行歷史事件記錄查詢，維護(hù)人員無法對(duì)設(shè)備出現(xiàn)的問題做出正確的分析判斷。上位機(jī)與下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與處理的主計(jì)算機(jī)（CIS）也曾多次出現(xiàn)宕機(jī)現(xiàn)象，這種故障可以發(fā)展到整個(gè)上位機(jī)系統(tǒng)癱瘓，全部機(jī)組及開關(guān)、刀閘將失去控制，后果不堪設(shè)想。

1.2 上位機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已經(jīng)落后

目前隨著調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，監(jiān)控系統(tǒng)與外界數(shù)據(jù)連接擴(kuò)展，對(duì)二次防護(hù)提出了很高的要求。由于目前我廠監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)問題，二次安全防護(hù)要求的入侵檢測(cè)系統(tǒng)IDS設(shè)備無法正常接入上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)，病毒及網(wǎng)絡(luò)入侵將無法被系統(tǒng)檢測(cè)到，從而使上位機(jī)系統(tǒng)失去了安全保障，網(wǎng)絡(luò)安全問題嚴(yán)峻，最嚴(yán)重的后果可導(dǎo)致整個(gè)上位機(jī)系統(tǒng)癱瘓。

1.3 整個(gè)上位機(jī)的備份僅限于基本的LOG、HDSR數(shù)據(jù)備份，無系統(tǒng)級(jí)備份

系統(tǒng)的災(zāi)難性恢復(fù)功能沒有實(shí)現(xiàn)，這就意味著任何一個(gè)工作站的一個(gè)系統(tǒng)級(jí)故障將導(dǎo)致整個(gè)工作站的癱瘓乃至整個(gè)上位機(jī)系統(tǒng)的癱瘓。

1.4 上位機(jī)系統(tǒng)軟件可擴(kuò)展、可維護(hù)性差

特別是下位機(jī)有改動(dòng)時(shí)，上位機(jī)相應(yīng)的配置增加、修改等操作均無法進(jìn)行。報(bào)表的重新定義也是一大難題。

管理接口單一，如有出錯(cuò)只能看到系統(tǒng)級(jí)錯(cuò)誤，維護(hù)變成了簡單的重啟恢復(fù)初始操作；并且系統(tǒng)依賴原有配置，容錯(cuò)能力差，稍做維護(hù)性修改，可能導(dǎo)致系統(tǒng)無法啟動(dòng)或者運(yùn)行異常。

1.5 上位機(jī)系統(tǒng)人機(jī)接口設(shè)備通用性差

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

1.6 國外廠家售后服務(wù)差

凌廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由原法國CEGELEC公司成套供應(yīng)，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(wù)差，且費(fèi)用十分昂貴，僅簡單修改一個(gè)報(bào)警點(diǎn)就需幾萬元。

1.7 部分設(shè)計(jì)不完善

公用LCU邏輯設(shè)計(jì)不完善，對(duì)公用系統(tǒng)的遠(yuǎn)方控制功能未能實(shí)現(xiàn)，400V廠用電系統(tǒng)等的操作均需運(yùn)行人員到現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作，增加了運(yùn)行人員的工作強(qiáng)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(yùn)行，確保全廠設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)及產(chǎn)品對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)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(diǎn)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(jì)算機(jī)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(jī)操作系統(tǒng)

Windows操作系統(tǒng)具備如下特點(diǎn)：工具軟件、應(yīng)用軟件支持廠商較多；價(jià)格較低，技術(shù)更新快，計(jì)算機(jī)管理成本較低，支持多處理機(jī)和集群功能，支持強(qiáng)大服務(wù)器的能力不如UNIX，安全性較低。

UNIX操作系統(tǒng)的特點(diǎn)：在國際上作為大型服務(wù)器操作系統(tǒng)的首選，性能可靠，安全性等級(jí)較高，可高于美國國家C2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，處理能力強(qiáng)，支持多處理機(jī)和集群功能，價(jià)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(diǎn)：開放源代碼，可自主定制、消除某些刻意的安全后門，價(jià)格很低，支持多處理機(jī)和集群功能，處理復(fù)雜任務(wù)的有效性有待考驗(yàn)。

對(duì)比以上三個(gè)操作系統(tǒng)以及它們?cè)谄渌姀S的應(yīng)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(jī)服務(wù)器、操作員工作站選用UNIX操作系統(tǒng)。從價(jià)格及應(yīng)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(jī)服務(wù)器

由于凌津?yàn)┧姍C(jī)組臺(tái)數(shù)多，數(shù)據(jù)量大，可靠性和實(shí)時(shí)性要求高，應(yīng)選擇運(yùn)行可靠的、速度高的電廠級(jí)服務(wù)器?？紤]數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器采用64位RISC多CPU服務(wù)器，并采用集群方式運(yùn)行。

目前在國內(nèi)電力系統(tǒng)自動(dòng)化中廣泛采用的64位的服務(wù)器有SUN公司SunFire V系列服務(wù)器和COMPAQ公司（現(xiàn)為新HP公司）的DS系列、ES系列服務(wù)器，考慮到COMPAQ公司已停止了服務(wù)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(jí)服務(wù)。而SUN公司對(duì)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(wù)器。

2.3 簡單、實(shí)用的GE90-30系列PLC

我們對(duì)Schneider Quantum、GE 90-30兩種PLC從產(chǎn)品推出時(shí)間、100M網(wǎng)絡(luò)冗余、CPU冗余、現(xiàn)地I/O網(wǎng)冗余、對(duì)外通訊等多方面進(jìn)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(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)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(hù)，支持100M的以太網(wǎng)，但價(jià)格較高?？紤]到現(xiàn)有GE 90-30系列PLC的I/O模塊的設(shè)計(jì)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(yàn)驗(yàn)證，簡單地升級(jí)CPU為IC693CPU374并增加一個(gè)以太網(wǎng)模塊是可以實(shí)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(yù)期效果

凌津?yàn)┧姀S計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造工程，主要是更換電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)全部設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，升級(jí)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(shí)施部分：包括上位機(jī)控制功能重新設(shè)計(jì)開發(fā)；上位機(jī)監(jiān)控畫面、報(bào)表文件重新設(shè)計(jì)開發(fā)；上位機(jī)數(shù)據(jù)庫配置設(shè)計(jì)開發(fā)；上位機(jī)報(bào)警功能設(shè)計(jì)開發(fā)；LCU控制邏輯及程序重新設(shè)計(jì)開發(fā)；LCU現(xiàn)地工作臺(tái)重新設(shè)計(jì)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(jì)運(yùn)行、人機(jī)接口；凌津?yàn)╇姀S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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)改造：包括計(jì)算機(jī)監(jiān)控主機(jī)的安裝；計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)操作系統(tǒng)及支持軟件安裝；基本應(yīng)用軟件安裝及調(diào)試；高級(jí)應(yīng)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)改造：包括標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜的安裝就位；監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)主交換機(jī)的安裝及配置；監(jiān)控機(jī)房至中控室雙絞線敷設(shè)；監(jiān)控機(jī)房至1號(hào)～9號(hào)機(jī)機(jī)旁小室光纜敷設(shè)；監(jiān)控機(jī)房至線路保護(hù)室光纜敷設(shè)；監(jiān)控機(jī)房至主變繼保室光纜敷設(shè)；監(jiān)控機(jī)房至辦公樓光纜敷設(shè)。

（4）計(jì)算機(jī)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(jī)設(shè)備的安裝；操作員工作站顯示器與主機(jī)設(shè)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(yīng)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(jī)架及模塊的安裝；PLC網(wǎng)絡(luò)通訊模塊的安裝配置及調(diào)試，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的正常通訊；交直流雙供電源的安裝；直流電源電纜敷設(shè)等。

（6）系統(tǒng)集成及試運(yùn)行：包括當(dāng)各設(shè)備按照規(guī)范中指定組態(tài)接入時(shí)，軟件運(yùn)行操作是否正常；測(cè)試系統(tǒng)軟件、平臺(tái)軟件、支撐軟件及本技術(shù)規(guī)范中應(yīng)用軟件的所有功能，并對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的重要功能(如：系統(tǒng)維護(hù)、數(shù)據(jù)采集和計(jì)算機(jī)通信的信息處理等)進(jìn)行測(cè)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(luò)設(shè)備將采用目前市場(chǎng)主流產(chǎn)品，插件模塊化，可實(shí)現(xiàn)靈活組態(tài)，具有優(yōu)異的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展性、伸縮性。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將采用全分布、開放式交換網(wǎng)絡(luò)，便于現(xiàn)有入侵檢測(cè)系統(tǒng)IDS的順利接入，從而確保了監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)的網(wǎng)絡(luò)安全。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)級(jí)和應(yīng)用級(jí)兩個(gè)方面上的備份，真正實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的災(zāi)難性恢復(fù)功能。上位機(jī)系統(tǒng)組態(tài)軟件可編輯能力強(qiáng)，軟件測(cè)試和調(diào)整的程序簡化，某個(gè)部分的修改對(duì)其他部分的影響很小，利于用戶日后對(duì)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造項(xiàng)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(shí)的平滑過渡。具體措施如下：

（1）新上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)備的調(diào)試在監(jiān)控機(jī)房內(nèi)進(jìn)行，所有工作的進(jìn)行必須在確保老系統(tǒng)正常的情況下進(jìn)行。

（2）首臺(tái)機(jī)組LCU的接入選擇在機(jī)組大修的期間進(jìn)行，此時(shí)中控室內(nèi)拆除一臺(tái)老系統(tǒng)操作員工作站，布置一臺(tái)新系統(tǒng)的操作員工作站，以保證對(duì)全部機(jī)組的運(yùn)行監(jiān)視。

（3）利用檢修機(jī)會(huì)逐臺(tái)接入全部9臺(tái)機(jī)組LCU、開關(guān)站LCU、公用系統(tǒng)LCU。機(jī)組LCU接入新系統(tǒng)期間牽涉到開關(guān)站LCU信號(hào)量時(shí)，在確保安全的前提下以強(qiáng)制方式實(shí)現(xiàn)。

（4）對(duì)外數(shù)據(jù)傳輸方面，接入新系統(tǒng)的機(jī)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(jìn)入，以保證數(shù)據(jù)的安全性。

（5）過渡時(shí)期，兩套上位機(jī)系統(tǒng)必須同時(shí)運(yùn)行一段時(shí)間，直到新系統(tǒng)經(jīng)過全面的考驗(yàn)之后才可以退出舊系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

凌津?yàn)┧姀S監(jiān)控系統(tǒng)的升級(jí)改造由北京中水科水電科技開發(fā)有限公司中標(biāo)，將采用其具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)、先進(jìn)成熟的面向?qū)ο蟮姆植际介_放水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)H9000V4.0。改造工程合同于2008年8月簽訂，目前項(xiàng)目已完成出廠驗(yàn)收，即將現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)。凌津?yàn)┧姀S監(jiān)控系統(tǒng)改造將對(duì)其它需進(jìn)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行、開發(fā)、維護(hù)工作。（E-mail∶deng_dsm@wu-ling.com）