某水电站计算机监控系统改造模式探讨与实践

张其生

（新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 伊犁 835000）

1 概况

某水电站于1958年动工兴建，1961年因故停建，一期工程于1979年复工，1984年底建成，装机容量为2×6 000 kW，二期工程于2000年建成，总装机容量为2×6 000 kW+1×16 000 kW。水电站原计算机监控系统，是南京电力自动化设备总厂研制生产的SD 200型水电站计算机监控系统。

从2000年二期投入运行以来，出现的通信与监控软件问题：事故报警延时、通信信号延迟、误报、现地LCU工控机死机、历史数据残缺不全等；同时目前调度端自动化系统，需要电站提供实时采集的遥测、遥信数据，水电站原计算机监控系统无法实现这一要求。结合水电站实际情况，为提高计算机监控系统运行可靠性和稳定性，同时满足调度端的要求，近年来开始逐步实施水电站计算机监控系统的改造工作。本次改造的系统，采用南京钛能电气有限公司研发的NAS-901水电厂计算机监控系统。

本次改造的目的主要有两个：一是，满足调度自动化系统对电站遥测、遥信的要求。由监控系统通信管理机向调度发送实时采集的遥信、遥测信息，并且为以后调度的远控操作，预留控制通道；为电站自动化测点，预留上报数据通道。二是，解决电站内部通信网络及监控软件所存在的问题。将现有网络改造成单一的一级局域网络，并采取屏蔽措施，减少不必要的网络串接设备，解决水电站计算机监控系统存在的问题。

2 系统改造原则

经讨论，水电站计算机监控系统改造保留了原监控系统全部PLC硬件设备，以改造厂站层上位机硬件设备和部分现地控制层硬件设备为目标实施改造。新的计算机监控系统改造，以利于提高水电站运行的安全性和可靠性为基本原则，应遵循以下设计原则[1]：

硬件系统：在原有系统硬件的基础上进行改造，分析优缺点，优化现有硬件系统。

软件系统：采用成熟、先进、可靠的软件系统，以备今后按应用需求进行升级改造，建设优化的网络结构和可操作性强的汉化系统。

成本控制：新的计算机监控系统，尽量在原有计算机监控系统的基础上改造，在符合国家规范和安全标准的前提下，最大程度地节约成本。

3 网络功能实现

监控系统改造方案，改变了原网络局部结构，采用按单元区分的分层分布式链路结构，所有辅助设备和元件与其所在单元的LCU直接通信，改变原监控系统中PLC和一体化工控机串口通信，一体化工控通过以太网传送数据。每套现地LCU通过自带交换机自成一套独立的现地监视控制单元，通过触摸屏、盘柜指示灯及按钮可现地监视控制该LCU设备，同时提升了数据交互的速度和可靠性，现地控制单元对该LCU数据的采集不再依赖于整个网络结构的状态，系统层次分明，保证了该现地LCU的独立性和安全性，在上位机与下位机网络中断时，现地控制单元可对本单元设备进行独立的完全的监视和控制功能。改造前后通信系统图如图1和图2所示。

4 系统实施方案

水电站计算机监控系统的改造，应是逐步过渡完成的，为实现对全厂设备的监视控制，有两种方案可供选择[2]。

方案一：在新的系统改造完成前，工作人员在新旧两套设备中分别监控和运行与其对应的设备，逐渐将功能转移到新系统中。此种方式对旧系统影响较小，但存在改造完成前新系统中不能监控的问题。

方案二：在对旧系统操作改造过程中，工作人员可以通过通信方式，对新旧两套系统同时操作，进行数据交互，实现对全厂所有设备进行操控。此种方式涉及新旧两套监控系统的复杂切换过程，存在着一定的沟通环节与实施困难。

图1 改造前通信系统图

图2 改造后通信系统图

水电站计算机监控系统改造采用第一种方案，根据现场网络结构，现地LCU工控机需要拆除更换，就中断了与原上位机系统的通信，因此，先将前期工作准备好，最后再更换现地LCU工控机，防止影响原系统的正常运行。首先铺设通信电缆，将整个网络框架预先搭设完毕，然后将新计算机系统接入搭设好的网络系统，用以太网方式实现与现地LCU的数据交互，先将公用LCU系统接入，根据机组的检修计划，进行系统调试，将遥信，遥测信号逐一调试完毕，最后根据调度计划申请控制系统的调试。针对遥控操作采用了仿真调试系统，在调试前先用仿真软件接收上位机下发的遥控命令，仔细核对后再进行实际设备的操作，这样不但减少了失误操作的可能，也大大减少了调试时间，为电厂的正常运行争取了时间[3]。

5 系统硬件构成

原监控系统配置情况：上位机为两台64位的Alpha计算机和1台通信管理机，两套机组LCU，一套公用LCU。其中，一套机组LCU负责1号、2号机组的信号监视、电气量采集等，不对机组进行控制；第二套机组LCU负责3号机组的信号监视、电气量采集，机组控制等工作；公用LCU负责公用系统，开关站的信号监视，开关控制等工作。现地控制单元(LCU)，采用美国通用电气公司GE-9030系列PLC，PLC通过串口将数据送到现地一体化工控机，现地LCU上的一体化工控机运行监控软件，通过网络转发数据到操作员站。

改造方案及配置：64位的Alpha计算机，硬件与软件与现今使用的32位机型硬件和软件商均不兼容，计算机已运行10年左右，运行速度偏慢，性能已不能满足目前电站运行的需要，改造方案中更换成目前监控系统流行配置的HP XW4600系列工作站，更换原CRT显示器为液晶显示器。

原监控系统中GPS装置损坏，更换成具有串口通信、B码对时、32路硬接点对时，完成上位机系统、保护系统、LCU系统的对时。

机组及公用LCU中的PLC增加网络通信模块，以实现上位机与PLC通过网络直接进行数据交互，现地LCU增加交换机以实现现地触摸屏与PLC的数据交互，增加一台思科交换机，实现主控层与现地层的数据交互。

从目前流行的技术趋势看，采用工控机代价高而且故障点增多，造成整个系统的可靠性下降[4]。一体化工控机中网络硬盘及风扇老化现象比较严重，备件的采购较困难，CPU运行速度缓慢，性能指标无法满足电站运行要求。目前在运行过程中，也经常出现数据包丢失、传输延时过长、现地工控机死机等现象，而作为数据的中转站工控机一旦死机，所有的数据都将无法传送，后台监控将瘫痪。改造方案中取消现地LCU研华一体化工控机，更换成触摸屏（配置以太网及4串口）。原研华一体化工控机上的现地自动操作、监视功能由触摸屏代替。

在计算机监控系统改造中，基本保留了原现地控制单元LCU中除一体化工控机外的全部硬件设备，施工改造难度较小。

6 系统软件设计

本工程用触摸屏兼有一定的通信管理机功能，通过以太网和现场PLC以及上位机通信，这种方案和电站的主干通信网（以太网）相一致，可靠性和通信速度比串行链路高出几个数量级；对于LCU，触摸屏除了完成现地监控功能，还代替通信管理机将部分现地设备（如调速励磁等）接入其中，通过以太网将数据转发给上位机。

更换原国内某品牌的监控软件，改用南京钛能电气有限公司的Talent View监控软件，该软件具有组态灵活，使用简单方便的特点，在不改变原机组PLC程序的前提下，完全应用以前的接口，实现了遥测、遥信、遥调、遥控、参数越限报警、事故顺序记录、故障及状态显示记录、语音报警、数据转发等功能，这样减小了机组LCU的调试工作量，只需要更换监控系统软件即可，为现场机组的正常运行争取更多的时间。

在此次改造中还涉及到调度通信，增加一台通信管理机，用于对调度上送数据及接受调度的控制，通过光纤通道进行传输，大大提高了调度通信的速率，减少了信号的延迟，提高了系统的可靠性。

7 系统改造存在的问题及对策

第一，水电站计算机监控系统改造，是一项具体而系统的工程，其中新系统运行时，最困难也最容易出现的问题，是改造前的资料不能完好的输送到新系统中，因此，前期图纸等在系统进行变更后要及时复制和更新，以便新设备和图纸的配套使用。

第二，上位机部分属于水电站系统的核心部分，涉及与其他众多设备的通信问题，包括与各级调度部门、保护系统、MIS系统、水情系统、GPS装置、返回屏、电能计费系统等进行数据交互，往往出现通信规约和点表缺失的情况，必须通过逐一排查测试进行确认。因此，对水电站计算机监控系统管理上提出了相应要求，在日常维护中必须把资料的保存和数据更新工作做好[5]。

第三，计算机监控系统改造过程往往还涉及到工期问题，由于系统改造机组一般在正常运行，这就需要改造过程既快又准确，做好充分的准备措施不可缺少，考虑到可能出现的问题，做好必要的防护措施。

8 结语

水电站计算机监控系统的改造，是一项复杂而又细致的工作。在改造前必须充分地对原监控系统进行了解，分析原系统存在的优缺点，在改造中保留优点，改进不足之处。尤其存在特殊设备的情况，在改造实施前，必须进行认真分析，做好方案比较。某水电正是充分考虑到以上因素，所以改造顺利，计算机系统稳定运行，改造情况良好，是一例成功改造的典范。