基于PKS體系的國(guó)產(chǎn)風(fēng)電行業(yè)監(jiān)控解決方案

[摘 要]文章介紹了一種基于PKS體系的國(guó)產(chǎn)風(fēng)電行業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)解決方案，該方案基于國(guó)產(chǎn)飛騰芯片和國(guó)產(chǎn)麒麟操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)分散在風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組的全面監(jiān)控。該方案不僅提供了全國(guó)產(chǎn)適用于風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的超御IM30系列PLC產(chǎn)品，還提供了風(fēng)場(chǎng)監(jiān)控中心系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，包括服務(wù)器、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等。

[關(guān)鍵詞]PKS體系；國(guó)產(chǎn)風(fēng)電控制PLC；風(fēng)電SCADA全國(guó)產(chǎn)解決方案

[中圖分類號(hào)]TM63 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2024）06–0183–03

A Monitoring Solution for Domestic Wind Power Industry Based on PKS System

HUANG Chuanhu，LIU Chenxu，QI Tao，GAO Yongjie，TIAN Xingxing

[Abstract]This article introduces a domestic wind power industry monitoring/control solution based on the PKS system. The solution is based on domestic Phytium chips and domestic Kylin operating system， and achieves comprehensive monitoring of wind turbines distributed in wind farms. The program not only provides domestically produced IM30 series PLC products suitable for the wind power field， but also provides wind farm monitoring center systems， wind power data center systems， including servers， operating systems， databases， and so on.

[Keywords]PKS system； domestic wind power control PLC； wind power SCADA national production solution

風(fēng)力發(fā)電作為新能源發(fā)電的重要組成部分，其網(wǎng)絡(luò)信息安全至關(guān)重要。風(fēng)電SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）系統(tǒng)是一種可監(jiān)視、控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行和采集數(shù)據(jù)的自動(dòng)化系統(tǒng)，用于管理風(fēng)電場(chǎng)中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和相關(guān)設(shè)備。該系統(tǒng)主要采用以太網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息化技術(shù)等，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備參數(shù)、安全警報(bào)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)化調(diào)度。基于PKS體系開發(fā)研制的全國(guó)產(chǎn)風(fēng)電SCADA系統(tǒng)方案，從底層硬件、操作系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)控制等多個(gè)維度實(shí)現(xiàn)風(fēng)電領(lǐng)域控制系統(tǒng)的本質(zhì)安全。

1 風(fēng)電SCADA系統(tǒng)

一個(gè)完整的風(fēng)電監(jiān)控系統(tǒng)如圖1所示，包含了區(qū)域級(jí)監(jiān)控、風(fēng)場(chǎng)級(jí)監(jiān)控、現(xiàn)場(chǎng)端監(jiān)控，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等將各個(gè)級(jí)別的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和權(quán)限管理。

1.1 設(shè)備端

傳感器和執(zhí)行器是風(fēng)電系統(tǒng)中最基本的組成部分，用于采集和控制系統(tǒng)中的各種信號(hào)。具體來(lái)講，傳感器（包括風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器等）用于監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)，執(zhí)行器（包括各種電氣和液壓裝置）用于控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)和相關(guān)設(shè)備的動(dòng)作。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)端監(jiān)控

現(xiàn)場(chǎng)端使用PLC作為核心控制器采集和處理大量現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，包括傳感器采集的數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、故障信息等，并對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。系統(tǒng)需要將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，以獲得有價(jià)值的信息，如風(fēng)能利用率、設(shè)備故障預(yù)測(cè)等。

1.3 風(fēng)場(chǎng)級(jí)監(jiān)控

風(fēng)電SCADA系統(tǒng)需要對(duì)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和其他相關(guān)設(shè)備進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，以保證其正常運(yùn)行和最大化利用資源。例如，系統(tǒng)可以根據(jù)風(fēng)速和風(fēng)向等參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率輸出，以保證電網(wǎng)穩(wěn)定性和最大化利用風(fēng)能。此外，系統(tǒng)還可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和調(diào)節(jié)，如停機(jī)、啟動(dòng)、調(diào)速等。

1.4 區(qū)域級(jí)監(jiān)控

區(qū)域級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)是更高層級(jí)的監(jiān)管系統(tǒng)，監(jiān)控的范圍更廣，控制的風(fēng)機(jī)數(shù)量更多。其從更大范圍搜集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可保證更大范圍的風(fēng)機(jī)更高效、穩(wěn)定的運(yùn)行。

總的來(lái)說(shuō)，風(fēng)電SCADA系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，需要多個(gè)組件之間的協(xié)同工作才能實(shí)現(xiàn)其功能。但是通過(guò)該系統(tǒng)的應(yīng)用，可以提高風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行效率和可靠性，減少人工干預(yù)成本，并降低故障發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，在風(fēng)電領(lǐng)域發(fā)展和應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用。

2 基于PKS體系的全國(guó)產(chǎn)風(fēng)電行業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)方案

PKS體系是中國(guó)自主計(jì)算體系的一個(gè)代表，結(jié)合了 飛騰（Phytium）處理器和麒麟（Kylin）操作系統(tǒng)的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)體系，被譽(yù)為“中國(guó)架構(gòu)”，筑牢自主核心安全技術(shù)的基礎(chǔ)和底座。這個(gè)體系不僅包括了硬件和軟件等基礎(chǔ)設(shè)備，還特別強(qiáng)調(diào)了安全性，旨在提供全面自主可控的基礎(chǔ)安全保護(hù)體系?；赑KS體系，以飛騰芯片和麒麟操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，為風(fēng)電行業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)提供了一系列硬件產(chǎn)品和軟件應(yīng)用，如超御IM30系列PLC產(chǎn)品、超御IM30-X3001風(fēng)電CPU控制器、SC-ProSys、SC-ProView、長(zhǎng)城電腦、長(zhǎng)城服務(wù)器、達(dá)夢(mèng)數(shù)據(jù)庫(kù)、奇安信防護(hù)系統(tǒng)等。

2.1 飛騰CPU

飛騰CPU由飛騰信息技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“飛騰”）研發(fā)，是國(guó)產(chǎn)飛騰服務(wù)器CPU、國(guó)產(chǎn)飛騰桌面CPU、國(guó)產(chǎn)飛騰嵌入式CPU等系列產(chǎn)品的簡(jiǎn)稱。FT-2000/4芯片集成4個(gè)飛騰自主研發(fā)的新一代高性能處理器內(nèi)核FTC663，采用亂序四發(fā)射超標(biāo)量流水線，兼容64位ARMV8指令集，并支持ARM64和ARM32兩種執(zhí)行模式，支持單精度、雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算指令和ASIMD處理指令，支持硬件虛擬化。FT-2000/4從硬件層面增強(qiáng)了芯片的安全性，支持飛騰自主定義的處理器安全架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)PSPA（飛騰安全平臺(tái)架構(gòu)），可滿足更復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景下對(duì)性能和安全可信的需求。FT-2000/4所有安全相關(guān)模塊均為飛騰公司自主設(shè)計(jì)，是首款可在CPU層面有效支撐可信計(jì)算3.0標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)產(chǎn)CPU。該產(chǎn)品適用于構(gòu)建有更高性能、能耗比及安全需要的桌面終端、便攜式終端、輕量級(jí)服務(wù)器及嵌入式低功耗產(chǎn)品。

2.2 銀河麒麟系統(tǒng)

銀河麒麟操作系統(tǒng)V10是一款適配國(guó)產(chǎn)軟硬件平臺(tái)并深入優(yōu)化和創(chuàng)新的簡(jiǎn)單易用、穩(wěn)定高效、安全創(chuàng)新的新一代圖形化桌面操作系統(tǒng)產(chǎn)品。其基于超過(guò)20 a的技術(shù)積累，追求卓越的產(chǎn)品性能，在自身技術(shù)優(yōu)化、業(yè)界測(cè)試及行業(yè)應(yīng)用等方面都得到了全面驗(yàn)證，能夠滿足多種數(shù)據(jù)中心場(chǎng)景的需求，具備內(nèi)核修改維護(hù)和定制能力。

（1）性能優(yōu)化卓越。在磁盤IO性能、CPU多核調(diào)度、內(nèi)存調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化及虛擬化層等方面性能顯著。例如，通過(guò)優(yōu)化內(nèi)核頁(yè)拷貝、軟件RAID加速、FC-SAN讀性能、NVMe中斷負(fù)載均衡等，大幅提升了系統(tǒng)性能。

（2）兼容性良好。與眾多知名廠商合作，進(jìn)行軟硬件兼容適配，確保在多種場(chǎng)景及復(fù)雜的軟硬件環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）安全性能高。提供全新升級(jí)的安全中心、統(tǒng)一認(rèn)證等安全套件，支持對(duì)外設(shè)進(jìn)行管控，管理接口權(quán)限、設(shè)備權(quán)限，有效防止用戶系統(tǒng)數(shù)據(jù)泄漏。

（4）支持國(guó)產(chǎn)平臺(tái)多樣化。同源支持飛騰、龍芯、鯤鵬、申威、兆芯、海光六大國(guó)產(chǎn)平臺(tái)及Intel、AMD CPU，兼容國(guó)內(nèi)外主流數(shù)據(jù)庫(kù)、中間件等軟件產(chǎn)品。

銀河麒麟系統(tǒng)通過(guò)其卓越的性能優(yōu)化、用戶友好的界面設(shè)計(jì)、強(qiáng)大的安全性能及對(duì)多種硬件平臺(tái)的支持，展現(xiàn)了其在現(xiàn)代計(jì)算環(huán)境中的強(qiáng)大能力和廣泛適用性。

2.3 超御PLC

超御PLC是一款國(guó)產(chǎn)高端工業(yè)控制設(shè)備，基于自主研發(fā)的軟硬件體系。主要用于國(guó)防軍工、航空航天、石油化工、水利水電、電力發(fā)電、軌道交通等重要領(lǐng)域。IM30系列CPU控制器采用飛騰4核高性能處理器FT2000/4，主頻1GHz，具備CFast卡擴(kuò)展、風(fēng)電專用函數(shù)庫(kù)、復(fù)雜數(shù)據(jù)類型及故障錄波等功能，產(chǎn)品性能指標(biāo)、環(huán)境適應(yīng)性、抗電磁干擾能力可滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)組惡劣環(huán)境應(yīng)用要求。風(fēng)機(jī)主控邏輯和控制策略完全基于國(guó)產(chǎn)化平臺(tái)（SC-ProSys）開發(fā)，具有100%知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

超御PLC產(chǎn)品具有以下特點(diǎn)。

（1）全自主。產(chǎn)品從CPU芯片到PLC系統(tǒng)軟件等核心組件全部采用自主研發(fā)，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

（2）強(qiáng)安全。產(chǎn)品采用可信計(jì)算等信息安全防御技術(shù)進(jìn)行安全加固，構(gòu)建深度安全防護(hù)體系，是國(guó)內(nèi)唯一取得IT產(chǎn)品信息安全認(rèn)證的PLC產(chǎn)品。

（3）高可靠。產(chǎn)品具有高可靠性，適用于對(duì)可靠性、可用性要求較高的大型控制場(chǎng)合。

（4）多協(xié)議。產(chǎn)品支持Modbus TCP、CAN、ProfibusDP等多種協(xié)議，現(xiàn)場(chǎng)總線采用EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)。

此外，超御PLC的邏輯編程軟件具備跨平臺(tái)功能，支持銀河麒麟、中標(biāo)麒麟、Win7、Win10等操作系統(tǒng)，支持遵循IEC61131-5標(biāo)準(zhǔn)的IL、ST、LD、FBD、SFC等編程語(yǔ)言和C語(yǔ)言?？偟膩?lái)說(shuō)，超御PLC產(chǎn)品是一款基于國(guó)產(chǎn)軟硬件研制的高端工業(yè)控制設(shè)備，具有全自主、強(qiáng)安全、高可靠、多協(xié)議、人機(jī)交互等特點(diǎn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章基于PKS體系提供了一種全國(guó)產(chǎn)風(fēng)電行業(yè)監(jiān)控解決方案，從底層芯片、操作系統(tǒng)，到PLC、計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等高性能產(chǎn)品，再到上層應(yīng)用軟件，全面實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的可行方案。作為網(wǎng)信產(chǎn)業(yè)國(guó)家隊(duì)，我國(guó)電子正加快打造國(guó)家網(wǎng)信產(chǎn)業(yè)核心力量和組織平臺(tái)。經(jīng)過(guò)近10 a的刻苦攻關(guān)、突破，掌握了CPU芯片和操作系統(tǒng)等關(guān)鍵核心技術(shù)?；赑KS體系的風(fēng)電行業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案，從本質(zhì)上做到安全、自主、可控，是PKS體系在風(fēng)電行業(yè)應(yīng)用的具體實(shí)現(xiàn)。從2020年開始在風(fēng)電行業(yè)項(xiàng)目中推廣應(yīng)用，已經(jīng)在十余個(gè)風(fēng)場(chǎng)、幾百臺(tái)風(fēng)機(jī)上穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)實(shí)踐的檢驗(yàn)，基于PKS體系的風(fēng)電監(jiān)控系統(tǒng)完全可以滿足風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的技術(shù)需求，為國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施本質(zhì)安全提供了有效解決方案。

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