基于PKS体系的国产风电行业监控解决方案

[摘 要]文章介绍了一种基于PKS体系的国产风电行业监控系统解决方案，该方案基于国产飞腾芯片和国产麒麟操作系统，实现了对分散在风电场的风电机组的全面监控。该方案不仅提供了全国产适用于风力发电领域的超御IM30系列PLC产品，还提供了风场监控中心系统、风力发电数据中心系统，包括服务器、操作系统、数据库等。

[关键词]PKS体系；国产风电控制PLC；风电SCADA全国产解决方案

[中图分类号]TM63 [文献标志码]A [文章编号]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

风力发电作为新能源发电的重要组成部分，其网络信息安全至关重要。风电SCADA（数据采集与监视控制）系统是一种可监视、控制风力发电机组运行和采集数据的自动化系统，用于管理风电场中的风力发电机组和相关设备。该系统主要采用以太网技术、计算机技术、信息化技术等，对风力发电机组的运行状态、设备参数、安全警报等进行实时监控，并且可以实现远程控制和自动化调度。基于PKS体系开发研制的全国产风电SCADA系统方案，从底层硬件、操作系统、风机控制等多个维度实现风电领域控制系统的本质安全。

1 风电SCADA系统

一个完整的风电监控系统如图1所示，包含了区域级监控、风场级监控、现场端监控，并通过网络技术、计算机技术等将各个级别的监控系统进行连接实现数据共享和权限管理。

1.1 设备端

传感器和执行器是风电系统中最基本的组成部分，用于采集和控制系统中的各种信号。具体来讲，传感器（包括风速传感器、风向传感器、温度传感器、压力传感器、转速传感器等）用于监测风力发电机组的运行状态和环境参数，执行器（包括各种电气和液压装置）用于控制风力发电机组的运行状态和相关设备的动作。

1.2 现场端监控

现场端使用PLC作为核心控制器采集和处理大量现场数据，包括传感器采集的数据、运行状态数据、故障信息等，并对风力发电机进行控制。系统需要将这些数据进行处理和分析，以获得有价值的信息，如风能利用率、设备故障预测等。

1.3 风场级监控

风电SCADA系统需要对整个风电场的风力发电机组和其他相关设备进行控制和调节，以保证其正常运行和最大化利用资源。例如，系统可以根据风速和风向等参数自动调节风力发电机组的功率输出，以保证电网稳定性和最大化利用风能。此外，系统还可以对设备进行远程控制和调节，如停机、启动、调速等。

1.4 区域级监控

区域级监控系统是更高层级的监管系统，监控的范围更广，控制的风机数量更多。其从更大范围搜集数据进行分析，可保证更大范围的风机更高效、稳定的运行。

总的来说，风电SCADA系统是一个非常复杂的系统，需要多个组件之间的协同工作才能实现其功能。但是通过该系统的应用，可以提高风电场运行效率和可靠性，减少人工干预成本，并降低故障发生的风险，在风电领域发展和应用中发挥着重要作用。

2 基于PKS体系的全国产风电行业监控系统方案

PKS体系是中国自主计算体系的一个代表，结合了 飞腾（Phytium）处理器和麒麟（Kylin）操作系统的技术和产业体系，被誉为“中国架构”，筑牢自主核心安全技术的基础和底座。这个体系不仅包括了硬件和软件等基础设备，还特别强调了安全性，旨在提供全面自主可控的基础安全保护体系。基于PKS体系，以飞腾芯片和麒麟操作系统为基础，为风电行业监控系统提供了一系列硬件产品和软件应用，如超御IM30系列PLC产品、超御IM30-X3001风电CPU控制器、SC-ProSys、SC-ProView、长城电脑、长城服务器、达梦数据库、奇安信防护系统等。

2.1 飞腾CPU

飞腾CPU由飞腾信息技术有限公司（以下简称“飞腾”）研发，是国产飞腾服务器CPU、国产飞腾桌面CPU、国产飞腾嵌入式CPU等系列产品的简称。FT-2000/4芯片集成4个飞腾自主研发的新一代高性能处理器内核FTC663，采用乱序四发射超标量流水线，兼容64位ARMV8指令集，并支持ARM64和ARM32两种执行模式，支持单精度、双精度浮点运算指令和ASIMD处理指令，支持硬件虚拟化。FT-2000/4从硬件层面增强了芯片的安全性，支持飞腾自主定义的处理器安全架构标准PSPA（飞腾安全平台架构），可满足更复杂应用场景下对性能和安全可信的需求。FT-2000/4所有安全相关模块均为飞腾公司自主设计，是首款可在CPU层面有效支撑可信计算3.0标准的国产CPU。该产品适用于构建有更高性能、能耗比及安全需要的桌面终端、便携式终端、轻量级服务器及嵌入式低功耗产品。

2.2 银河麒麟系统

银河麒麟操作系统V10是一款适配国产软硬件平台并深入优化和创新的简单易用、稳定高效、安全创新的新一代图形化桌面操作系统产品。其基于超过20 a的技术积累，追求卓越的产品性能，在自身技术优化、业界测试及行业应用等方面都得到了全面验证，能够满足多种数据中心场景的需求，具备内核修改维护和定制能力。

（1）性能优化卓越。在磁盘IO性能、CPU多核调度、内存调度、网络优化及虚拟化层等方面性能显著。例如，通过优化内核页拷贝、软件RAID加速、FC-SAN读性能、NVMe中断负载均衡等，大幅提升了系统性能。

（2）兼容性良好。与众多知名厂商合作，进行软硬件兼容适配，确保在多种场景及复杂的软硬件环境中稳定运行。

（3）安全性能高。提供全新升级的安全中心、统一认证等安全套件，支持对外设进行管控，管理接口权限、设备权限，有效防止用户系统数据泄漏。

（4）支持国产平台多样化。同源支持飞腾、龙芯、鲲鹏、申威、兆芯、海光六大国产平台及Intel、AMD CPU，兼容国内外主流数据库、中间件等软件产品。

银河麒麟系统通过其卓越的性能优化、用户友好的界面设计、强大的安全性能及对多种硬件平台的支持，展现了其在现代计算环境中的强大能力和广泛适用性。

2.3 超御PLC

超御PLC是一款国产高端工业控制设备，基于自主研发的软硬件体系。主要用于国防军工、航空航天、石油化工、水利水电、电力发电、轨道交通等重要领域。IM30系列CPU控制器采用飞腾4核高性能处理器FT2000/4，主频1GHz，具备CFast卡扩展、风电专用函数库、复杂数据类型及故障录波等功能，产品性能指标、环境适应性、抗电磁干扰能力可满足风力发电机组恶劣环境应用要求。风机主控逻辑和控制策略完全基于国产化平台（SC-ProSys）开发，具有100%知识产权。

超御PLC产品具有以下特点。

（1）全自主。产品从CPU芯片到PLC系统软件等核心组件全部采用自主研发，具有完全自主知识产权。

（2）强安全。产品采用可信计算等信息安全防御技术进行安全加固，构建深度安全防护体系，是国内唯一取得IT产品信息安全认证的PLC产品。

（3）高可靠。产品具有高可靠性，适用于对可靠性、可用性要求较高的大型控制场合。

（4）多协议。产品支持Modbus TCP、CAN、ProfibusDP等多种协议，现场总线采用EtherCAT工业以太网。

此外，超御PLC的逻辑编程软件具备跨平台功能，支持银河麒麟、中标麒麟、Win7、Win10等操作系统，支持遵循IEC61131-5标准的IL、ST、LD、FBD、SFC等编程语言和C语言。总的来说，超御PLC产品是一款基于国产软硬件研制的高端工业控制设备，具有全自主、强安全、高可靠、多协议、人机交互等特点。

3 结束语

文章基于PKS体系提供了一种全国产风电行业监控解决方案，从底层芯片、操作系统，到PLC、计算机、服务器等高性能产品，再到上层应用软件，全面实现国产化的可行方案。作为网信产业国家队，我国电子正加快打造国家网信产业核心力量和组织平台。经过近10 a的刻苦攻关、突破，掌握了CPU芯片和操作系统等关键核心技术。基于PKS体系的风电行业监控系统的解决方案，从本质上做到安全、自主、可控，是PKS体系在风电行业应用的具体实现。从2020年开始在风电行业项目中推广应用，已经在十余个风场、几百台风机上稳定运行。通过实践的检验，基于PKS体系的风电监控系统完全可以满足风力发电领域的技术需求，为国家重要基础设施本质安全提供了有效解决方案。

参考文献

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