基于NC2000系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊故障自動報警

[摘? 要]? 計算機網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)已大量應(yīng)用于水電站自動化運行中，日常運維中也出現(xiàn)了許多問題，本文通過對某水電站日常運行中計算機網(wǎng)絡(luò)通訊出現(xiàn)的問題進行分析，闡述了計算機網(wǎng)絡(luò)通訊的重要性及故障后可能產(chǎn)生的后果，以及網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)檢查的必要性及給日常運維工作帶來的不便。通過對基于南瑞NC2000系統(tǒng)的深入研究，提出了將網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)的監(jiān)測結(jié)果引入到NC2000系統(tǒng)中的方法，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)的實時監(jiān)測及故障自動報警功能，提高了設(shè)備運行的穩(wěn)定性，降低了日常運維的工作量，可為類似的基于南瑞NC2000系統(tǒng)的通訊服務(wù)提供參考。

[關(guān)鍵詞]? NC2000系統(tǒng);網(wǎng)絡(luò)通訊;實時監(jiān)測;故障自動報警;解決策略

Abstract： Information technology has been widely used in the automation of hydropower stations， but many problems are found during daily operation and maintenance.According to some problems appearing in the network communication of the equipment and the daily maintenance of operation and maintenance staffs during the daily operation of some hydropower station， this paper explains the importance of the network communication and the consequences of communication faults. Meanwhile， the paper analyzes the necessity of communication status inspection and the inconvenience caused by communication faults during daily operation and maintenance. Based on the study of NC2000 system of NARI Group Corporation， the monitored results of the communication status are introduced into NC2000. Accordingly， the network communication status of the equipment will be monitored in real-time and the fault alarm will be implemented. Besides， the stability of the equipment during operation will be improved and the daily operation and maintenance will be more convenient. The paper provides some reference for the similar communication services based on NC2000 system of NARI Group Corporation.

Key words： NC2000 system;Network communication;Real time monitoring;Automatic fault alarm;Solution strategy

0? 前言

隨著電力工業(yè)、計算機技術(shù)的發(fā)展， 用于水電站電力生產(chǎn)過程管理的電力監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了水電站自動化、信息化管理， 有效提升了水電站生產(chǎn)效率和管理水平[1]。水電站中PLC控制及計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為主流，PLC控制系統(tǒng)將現(xiàn)場采集的設(shè)備信號通過計算機網(wǎng)絡(luò)上送至上位機系統(tǒng)，并接收上位機系統(tǒng)下發(fā)的控制指令，實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的自動化控制。

1? 上、下位機的簡介

某水電站上位機系統(tǒng)采用南京南瑞集團有限公司開發(fā)的NC2000系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用全計算機控制的分層分布全開放式結(jié)構(gòu)， 由按功能分布的主控層及按對象分布的現(xiàn)地單元層組成[2]，采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，由C側(cè)程序和java側(cè)程序兩部分組成。C側(cè)程序主要實現(xiàn)上位機數(shù)據(jù)的組播、上下位機數(shù)據(jù)的通訊及數(shù)據(jù)流的處理等功能，java側(cè)程序主要實現(xiàn)與用戶的交互功能。全廠由兩臺主服務(wù)器負責(zé)主控制層實時數(shù)據(jù)采集和處理，并分別通過兩臺主交換機與全廠其他服務(wù)器及下位機進行通訊，組成A網(wǎng)和B網(wǎng)，兩臺主服務(wù)器使用UNIX系統(tǒng)。

下位機使用Schneider公司的Unity Quantum系列可編程控制器，CPU使用具有熱備冗余功能的140CPU67160系列實現(xiàn)主備用的冗余結(jié)構(gòu)，每個CPU使用2個NOE網(wǎng)絡(luò)模塊通過兩臺主交換機與上位機主服務(wù)器進行通訊。下位機PLC主用CPU將現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)上送至主用主服務(wù)器，主用主服務(wù)器將數(shù)據(jù)處理后通過組播的方式，組播至上位機其他服務(wù)器，實現(xiàn)全廠設(shè)備信號的采集監(jiān)視功能;運行人員通過操作員站服務(wù)器進行操作，操作命令通過主服務(wù)器下發(fā)至目標PLC的主用CPU，進而控制現(xiàn)場設(shè)備，實現(xiàn)遠方控制功能。

2? 正常運行時PLC與上位機通訊出現(xiàn)的問題

PLC正常運行時，由于主用CPU使用2個NOE模塊與上位機通訊，因此當(dāng)其中一個通訊中斷故障時，，會自動切至另一個NOE模塊進行通訊，并不影響PLC與上位機的正常通訊，并且NC2000系統(tǒng)與下位機通訊故障的判斷條件為兩個網(wǎng)絡(luò)同時中斷，才認為通訊故障，因此，當(dāng)其中一個NOE模塊故障時，上位機遠方監(jiān)視顯示一切正常，只有通過現(xiàn)地NOE模塊上的報警指示燈才能發(fā)現(xiàn)通訊已經(jīng)中斷。而當(dāng)主用CPU與上位機通訊的兩組網(wǎng)絡(luò)都中斷故障時，CPU并不會進行主備切換，雖然此時備用CPU通訊正常，具備正常工作運行的條件，但由于CPU不會進行主備切換，因此PLC實際上就已經(jīng)與上位機通訊中斷。

基于上述監(jiān)控系統(tǒng)上下位機的設(shè)計，PLC與上位機通訊存在以下幾點缺點：

1.當(dāng)PLC主、備用CPU其中一路網(wǎng)絡(luò)故障后，上位機無法及時監(jiān)測并發(fā)現(xiàn)故障信息，只有當(dāng)兩路網(wǎng)絡(luò)同時故障后才會進行報警，此時若是主用CPU故障，則PLC已經(jīng)與上位機通訊中斷，無法正常對PLC現(xiàn)場設(shè)備進行監(jiān)視及控制，設(shè)備將處于失控狀態(tài);

2.某水電站設(shè)計上具有上游調(diào)壓井PLC及進水口PLC，并且離電站主廠房較遠，平時巡檢頻次相對較少，因此，當(dāng)發(fā)生PLC主用CPU一路網(wǎng)絡(luò)故障時，并不能及時的發(fā)現(xiàn)，并且遠方監(jiān)視顯示一切正常。當(dāng)主用CPU的另一路網(wǎng)絡(luò)也發(fā)生故障時，將會導(dǎo)致PLC與上位機的通訊中斷，現(xiàn)場設(shè)備處于不可控狀態(tài)。目前，某水電站維護人員采取每天對上游調(diào)壓井及進水口網(wǎng)絡(luò)進行遠方人工檢查的方法，以便可以及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障問題。此種方法存在兩個缺點：1. 此種方法只有在進行檢查的時候，才能對網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)進行監(jiān)測，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)故障發(fā)生在檢查人員完成檢查工作后，此時網(wǎng)絡(luò)故障狀態(tài)將無法被監(jiān)測到，給設(shè)備的安全穩(wěn)定運行帶來隱患;2. 此種方法需要運維人員每天進行重復(fù)的工作，耗費一定的精力。

3? PLC與上位機通訊故障監(jiān)測及報警功能

基于主服務(wù)器的UNIX系統(tǒng)及NC2000系統(tǒng)，使用腳本對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進行監(jiān)測并將監(jiān)測結(jié)果信息引入到NC2000系統(tǒng)中，最終實現(xiàn)對上下位機的通訊狀態(tài)進行監(jiān)測及故障自動報警的功能。

3.1? 網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)的實時監(jiān)測功能

基于UNIX系統(tǒng)，采用shell腳本實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)的實時監(jiān)測功能。在UNIX系統(tǒng)/home/nari/NC3.0/exe目錄下建立新文件netcheck、 ipcheck，netcheck文件是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)的實時監(jiān)測功能的主程序，ipcheck用于配置需要監(jiān)測的設(shè)備IP地址。

使用vim對netcheck文件進行編輯，輸入如下程序段：

#！/bin/bash

total=6 #監(jiān)測IP的數(shù)量

TAGPATH_DEV=412 #NC2000系統(tǒng)TAGPATH偏移基準值

for （（I=1;I<=$total;I++））? #初始化故障IP

do

let badnum[$J]=0? #IP故障標志初始化

done

HLIST=$（cat /home/nari/NC3.0/exe/ipcheck） #需要監(jiān)測的IP

cd /home/nari/NC3.0/exe/ #切換至nari/exe目錄下

I=1

while true

do

for IP in $HLIST

do

ping -c 2 -i 0.2 -w 3 $IP >> /dev/null? #待監(jiān)測IP通訊狀態(tài)

if [ $？ -eq 0 ];then

badnum[$I]=0? #通訊正常將故障標志清零

else

badnum[$I]=1? #通訊故障將故障標志置1

fi

let I=$I+1

if [ $I -gt $total ];then

let I=1

fi

done

for （（N=1;N<=$total;N++））? #將監(jiān)測結(jié)果引入NC2000系統(tǒng)中

do

let M=$TAGPATH_DEV+$N? ?#TAGPATH偏移

if [ ${badnum[$n]} -eq 1 ];then

sh_data 5.1.1.3.$M.59 1

else

sh_data 5.1.1.3.$M.59 0

fi

done

done

程序說明：

1.total，待監(jiān)測IP的總數(shù)量，對于不同數(shù)量的IP需要進行手動修改，并與ipcheck文件中的IP總數(shù)量相對應(yīng);

2.TAGPATH，對應(yīng)NC2000系統(tǒng)中開關(guān)量的位置，將每個IP的監(jiān)測狀態(tài)對應(yīng)一個開關(guān)量，由于引入的開關(guān)量無法從第一個開始，因此有一定的偏移量;

3.ping -c 2 -i 0.2 -w 3 $IP >> /dev/null，使用ping命令對IP地址進行監(jiān)測;

4.if [ $？ -eq 0 ]，判斷IP地址能否ping通，若能正常ping通，則清除對應(yīng)的IP故障標志，反之則將故障標志置為1;

5.sh_data 5.1.1.3.$M.59 1，將故障IP對應(yīng)的開關(guān)量測值置為1，sh_data 5.1.1.3.$M.59 0則是將對應(yīng)的開關(guān)量測值置為0。

netcheck文件輸入完成后，使用“chmod 774 netcheck”命令將netcheck文件的屬性修改為可執(zhí)行。

ipcheck文件中輸入將要檢查的設(shè)備IP地址，如下所示：

10.6.1.151

10.6.1.152

10.6.2.151

10.6.2.152

10.6.1.161

10.6.1.162

說明：一個IP地址占用一行，以回車結(jié)束，并且待監(jiān)測的IP數(shù)量必須與netcheck文件中total的數(shù)量一致。

3.2? 網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)故障實時報警功能

打開NC2000系統(tǒng)，以超級用戶的身份登錄系統(tǒng)，修改系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，如圖1：

數(shù)據(jù)庫修改說明：

1.在數(shù)據(jù)庫中找到腳本里對應(yīng)的TAGPATH的開關(guān)量點號。注意，此處必須使用全廠開關(guān)量，因為使用LCU下的開關(guān)量時，LCU上送的開關(guān)量信號與腳本寫入的開關(guān)量信號會發(fā)生沖突，因此必須使用全廠開關(guān)量，并且編寫腳本時使用的TAGPATH要與數(shù)據(jù)庫使用的開關(guān)量對應(yīng);

2.腳本中經(jīng)過通訊判斷后引入的通訊狀態(tài)是通訊狀態(tài)報警的中間量，對應(yīng)于圖中“通訊判斷點”，而最終進行通訊狀態(tài)報警的點對應(yīng)于圖中“通訊”點，因此需要將“通訊判斷點”的測值引入“通訊”中，如圖2;

3.根據(jù)實際需求修改報警功能點的各個參量。

修改完成后，將數(shù)據(jù)編譯、保存后，重啟NC2000系統(tǒng)，并運行腳本文件netcheck，即實現(xiàn)了設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)實時監(jiān)測及故障自動報警的功能。

3.3? 網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)實時監(jiān)測及故障自動報警功能的補充說明

1.本文數(shù)據(jù)庫中開關(guān)量使用的是連續(xù)開關(guān)量，因此在將監(jiān)測結(jié)果引入NC2000系統(tǒng)時程序采用的是for循環(huán)語句，若使用的開關(guān)量為非連續(xù)的，則可使用case語句對程序進行調(diào)整，也可達到相同的目的。

2.實際工作中，常常會遇到重啟服務(wù)器的情況，而服務(wù)器重啟后，netcheck腳本文件不會自動運行，需要運維人員手動啟動，給工作帶來不便，因此可以使用如下方法，將netcheck腳本文件加入到系統(tǒng)自啟動程序內(nèi)。編輯文件 /etc/rc.local，在文件末尾（exit 0之前）輸入/home/nari/NC3.0/exe/netcheck，即輸入netcheck所在目錄的絕對路徑即可。

4? 結(jié)語

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的高速發(fā)展，越來越多的行業(yè)離不開網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)技術(shù)，而新一代的智能水電站更需要網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的支撐，因此，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)在水電站實際運行中出現(xiàn)的問題是值得重點關(guān)注的。本文結(jié)合某水電站日常運行中計算機網(wǎng)絡(luò)通訊出現(xiàn)的問題，深入分析了網(wǎng)絡(luò)通訊中斷后產(chǎn)生后果，并結(jié)合水電站上下位機系統(tǒng)，有針對性的提出了網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)的監(jiān)測及故障自動報警的方法，提高了設(shè)備運行的安全穩(wěn)定性，對類似的水電站應(yīng)用具有很好的借鑒性和應(yīng)用價值。

[參 考 文 獻]

[1]? 劉海濱，董海洋. 水電站智能監(jiān)控服務(wù)支持系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].水電能源科學(xué)，2018，36（08）：162-165

[2]? 路玉鋒. 國電南瑞NC2000監(jiān)控系統(tǒng)在泵站中的應(yīng)用[J]. 電世界，2018，59（04）：42-45

[作者簡介]

王博宇，男，出生于1988，中級工程師，目前從事水電站電力運維工作，地址：四川省成都市高新區(qū)雅合街名著司南8-1-2503，電話：18282862932，郵箱：wangboyu@ylhdc.com.cn。