甘早斌 陳傳波 宋善德 張?jiān)俸睢×_功林
摘 要 介紹了隔河巖水力發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件配置，詳細(xì)分析了該系統(tǒng)改造的必要性和可行性。將該系統(tǒng)中的一些事務(wù)性功能分離出來(lái)，開發(fā)了一套生產(chǎn)管理子系統(tǒng)進(jìn)行處理，解決了原系統(tǒng)中存在的缺少生產(chǎn)管理功能、監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)載過(guò)重、無(wú)法與企業(yè)管理信息系統(tǒng)接口等問(wèn)題，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和安全性，達(dá)到了預(yù)期目的。
關(guān)鍵詞 SCADA 管理信息系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 改造
分類號(hào) TM 76 TV 736
MODIFICATION OF SCADA SYSTEM IN GEHEYAN HYDROPOWER PLANT
Gan Zaobin, Chen Chuanbo, Song Shande(Huazhong University of Science and Technology, 430074, Wuhan, China)
Zhang Zaihou, Luo Gonglin(Geheyan Hydropower Plant, 443503, Changyang, China)
Abstract This paper introduces the hardware and software configurations of SCADA system in Geheyan hydropower plant, analyses the necessity and feasibility of system modification in detail. By way of modification, some problems existing in Geheyan SCADA system are solved, the performance of the system is improved.
Keywords SCADA management information system network technology modification
0 引言
隔河巖水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)［1］由加拿大CAE公司負(fù)責(zé)研制開發(fā)。該系統(tǒng)自1993年4月23日投入運(yùn)行以來(lái)，各種運(yùn)行工況基本正常。但是由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展以及當(dāng)時(shí)需求的局限性，從發(fā)展的眼光來(lái)看，原有的監(jiān)控系統(tǒng)還存在著一些不足之處：
a.缺少生產(chǎn)管理功能。主要體現(xiàn)在：很多數(shù)據(jù)不能在已有的報(bào)表中正確地反映出來(lái)；對(duì)發(fā)生的事故報(bào)警信息沒(méi)有整理和歸檔；實(shí)時(shí)故障報(bào)警手段單一；對(duì)機(jī)組運(yùn)行工況的表現(xiàn)形式單調(diào)、不直觀，并且缺乏對(duì)機(jī)組某些運(yùn)行參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析功能。
b.監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)載過(guò)重。原有系統(tǒng)既要做監(jiān)控工作，又要從事數(shù)據(jù)處理及報(bào)表生成打印，加之原計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)性能有限，勢(shì)必使系統(tǒng)不堪重負(fù)，從而產(chǎn)生數(shù)據(jù)擁塞現(xiàn)象，甚至造成死機(jī)。
c.無(wú)法與企業(yè)的管理信息系統(tǒng)接口。湖北清江水電開發(fā)有限責(zé)任公司管理信息系統(tǒng)(QDCMIS)于1996年9月全面啟動(dòng)，總投資3 000多萬(wàn)元。該系統(tǒng)將對(duì)整個(gè)公司(包括清江流域的3個(gè)梯級(jí)電站)實(shí)現(xiàn)全方位全過(guò)程的管理，成為提高企業(yè)現(xiàn)代化管理水平的重要手段和基礎(chǔ)。由于原監(jiān)控系統(tǒng)受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件限制，沒(méi)有提供與外部的接口，使生產(chǎn)過(guò)程中的重要生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)信息無(wú)法與QDCMIS集成。
因此，有必要對(duì)原監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。
1 隔河巖水電廠SCADA系統(tǒng)配置
隔河巖水電廠SCADA系統(tǒng)采用主控級(jí)雙機(jī)熱備用冗余系統(tǒng)，現(xiàn)地控制單元中，每臺(tái)機(jī)組采用雙微機(jī)分布處理兼事故處理雙重化系統(tǒng)，應(yīng)用軟件采用FORTRAN，PL/M和RCL語(yǔ)言編寫，并利用CMX工具和RCL工具對(duì)FORTRAN，PL/M和RCL語(yǔ)言源文件進(jìn)行編譯、鏈接和裝載。其系統(tǒng)配置如下。
1.1 計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)
系統(tǒng)采用2臺(tái)冗余主計(jì)算機(jī)和雙口共享存儲(chǔ)器，以備用方式在線同步運(yùn)行，其主工作機(jī)可以輸出信息，后備機(jī)不輸出信息，當(dāng)主工作機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，后備機(jī)承擔(dān)主工作機(jī)工作，另外配置1臺(tái)同型計(jì)算機(jī)執(zhí)行離線開發(fā)和培訓(xùn)。3臺(tái)計(jì)算機(jī)均為VAX3800，內(nèi)存16 MB，硬盤1.2 GB。
1.2 人機(jī)接口子系統(tǒng)
主控級(jí)配置了結(jié)構(gòu)相同的控制臺(tái)，其中2臺(tái)為運(yùn)行人員使用，1臺(tái)用于開發(fā)和培訓(xùn)。
1.3 通信子系統(tǒng)
系統(tǒng)采用50 Ω同軸電纜雙冗余以太網(wǎng)總線，長(zhǎng)240 m的總線貫穿全廠各節(jié)點(diǎn)，單根總線上現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)21個(gè)。
1.4 現(xiàn)地控制單元子系統(tǒng)
廠內(nèi)現(xiàn)地控制單元(LCU)共分5類13個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含機(jī)柜和組件，機(jī)柜分別布置在機(jī)組、開關(guān)站和全廠公用系統(tǒng)現(xiàn)地。
1.5 電源子系統(tǒng)
主控級(jí)各節(jié)點(diǎn)設(shè)備的電源采用“1+1”并行冗余AC—UPS，現(xiàn)地控制單元采用兩路110 V直流電源和兩路廠用交流電源組成冗余控制電源，不設(shè)外部UPS電源。
2 SCADA系統(tǒng)改造方案
結(jié)合隔河巖水電廠SCADA系統(tǒng)的實(shí)際情況，擬開發(fā)一套生產(chǎn)管理子系統(tǒng)，一方面完成各種在線數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的保存、查詢、顯示以及報(bào)表打印功能，以彌補(bǔ)SCADA系統(tǒng)在生產(chǎn)管理方面的不足；另一方面把采集到的生產(chǎn)實(shí)時(shí)信息送到QDCMIS中去，使QDCMIS成為一個(gè)全方位、全過(guò)程的綜合信息集成系統(tǒng)，以擴(kuò)大實(shí)時(shí)信息的使用范圍，讓更多的生產(chǎn)管理人員及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)情況，便于作出科學(xué)的生產(chǎn)調(diào)度決策。其系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖
Fig.1 Structure of the system
在圖1中，W0作為SCADA系統(tǒng)中的工作站，負(fù)責(zé)從離線培訓(xùn)開發(fā)機(jī)VAXⅢ中定時(shí)獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并通過(guò)串口傳送給生產(chǎn)管理子系統(tǒng)中的W1工作站。W1作為生產(chǎn)管理子系統(tǒng)中的通信處理工作站，一方面接收監(jiān)控系統(tǒng)送來(lái)的在線生產(chǎn)信息和事故報(bào)警信息，另一方面將處理后的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送至數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。W2為擴(kuò)展電話語(yǔ)音報(bào)警功能工作站，當(dāng)出現(xiàn)事故報(bào)警信息時(shí)，自動(dòng)撥打有關(guān)人員的辦公電話、住宅電話或?qū)ず魴C(jī)，以便及時(shí)處理事故。W3，W4，…，W8為管理工作站，放在主管生產(chǎn)的領(lǐng)導(dǎo)的辦公桌上，將現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況實(shí)時(shí)地展現(xiàn)在領(lǐng)導(dǎo)面前，為他們作出正確及時(shí)的生產(chǎn)調(diào)度決策提供科學(xué)的依據(jù)。信息可接入QDCMIS廣域網(wǎng)和公司無(wú)線尋呼系統(tǒng)，并通過(guò)尋呼系統(tǒng)在BP機(jī)上定時(shí)滾動(dòng)發(fā)送生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
2.1 SCADA系統(tǒng)在線生產(chǎn)數(shù)據(jù)的獲取
SCADA系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)有兩類：在線生產(chǎn)數(shù)據(jù)和事故報(bào)警數(shù)據(jù)。從主站監(jiān)控系統(tǒng)的安全性和可靠性方面考慮，在開發(fā)機(jī)(VAXⅢ)和PC機(jī)(W0)上分別裝上PATHWORKS軟件產(chǎn)品，這樣在開發(fā)機(jī)上可建立一個(gè)2 MB磁盤工作區(qū)，它可看作是PC機(jī)的一個(gè)虛擬盤(設(shè)為G盤)，可直接對(duì)其進(jìn)行讀操作，實(shí)際上也是開發(fā)機(jī)的一個(gè)文件目錄；在主機(jī)(VAXⅠ或VAXⅡ)應(yīng)用系統(tǒng)中加入一個(gè)數(shù)據(jù)獲取進(jìn)程，該進(jìn)程將獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以文件(PC.DAT)形式保存到開發(fā)機(jī)的G盤中，供PC機(jī)調(diào)用，并定時(shí)更新PC.DAT。PC機(jī)再將該在線數(shù)據(jù)文件PC.DAT通過(guò)RS232串行通信的方式送到生產(chǎn)管理子系統(tǒng)中。
為了避免PC機(jī)W0在讀取PC.DAT時(shí)可能與VAX主機(jī)更新PC.DAT發(fā)生沖突，建立一個(gè)標(biāo)志文件S.TXT。該標(biāo)志文件在VAX主機(jī)更新PC.DAT之前生成，更新完之后便刪除。W0只在確認(rèn)S.TXT不存在時(shí)才讀取PC.DAT，且沒(méi)有生成和刪除S.TXT的權(quán)利。
2.2 SCADA系統(tǒng)事故報(bào)警數(shù)據(jù)的獲取
在電廠監(jiān)控系統(tǒng)中，當(dāng)有報(bào)警事件產(chǎn)生時(shí)，VAX主機(jī)的打印進(jìn)程立即將事件信息送控制臺(tái)的串行打印機(jī)打印。該串行打印機(jī)接口信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)的串行通信接口有一定的差別，但可通過(guò)軟件對(duì)其進(jìn)行仿真，模擬真實(shí)打印機(jī)工作，這樣只要控制臺(tái)串口有信息輸出，生產(chǎn)管理子系統(tǒng)中的通信機(jī)W1就可實(shí)時(shí)接收和處理，并送往數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。由于事故報(bào)警信息處理的優(yōu)先級(jí)別較高，串口2的中斷優(yōu)先級(jí)為3，串口1的中斷優(yōu)先級(jí)為4，所以用W1的串口2來(lái)接收事故報(bào)警信息，而生產(chǎn)實(shí)時(shí)信息采用W1的串口1來(lái)接收。
3 生產(chǎn)管理子系統(tǒng)的性能分析
SCADA系統(tǒng)的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和事故報(bào)警信息向生產(chǎn)管理子系統(tǒng)的傳送是單向的、不可逆的。W0作為SCADA系統(tǒng)以太網(wǎng)中的一個(gè)工作站，它只能讀取G盤的數(shù)據(jù)(也就是開發(fā)機(jī)VAXⅢ上的一個(gè)2 MB磁盤工作區(qū))。這樣將生產(chǎn)管理子系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)完全隔離開來(lái)，保證了監(jiān)控系統(tǒng)的獨(dú)立性，可將監(jiān)控系統(tǒng)中的報(bào)表管理和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)管理等進(jìn)程刪除，減輕系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，避免了原系統(tǒng)因數(shù)據(jù)擁塞造成系統(tǒng)響應(yīng)遲鈍以及死機(jī)等現(xiàn)象，提高了監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、安全性和可靠性。
生產(chǎn)管理子系統(tǒng)作為SCADA系統(tǒng)的擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了以下功能：
a.監(jiān)控系統(tǒng)方的數(shù)據(jù)收集和發(fā)送處理(進(jìn)程調(diào)整)；
b.生產(chǎn)報(bào)表的生成、管理和打印；
c.語(yǔ)音處理，包括數(shù)據(jù)流到語(yǔ)音流的轉(zhuǎn)換、語(yǔ)音庫(kù)的建立、語(yǔ)音查詢處理、語(yǔ)音呼叫處理、語(yǔ)音報(bào)警處理、多路語(yǔ)音查詢的并行調(diào)度處理；
d.各類圖形的可視化處理，包括趨勢(shì)圖、直方圖、二維和三維圖形以及狀態(tài)圖形處理等；
e.實(shí)時(shí)信息的管理、趨勢(shì)對(duì)比分析以及離線統(tǒng)計(jì)分析；
f.運(yùn)行值班長(zhǎng)記錄和工作票的管理。
4 結(jié)論
改造后的系統(tǒng)已從1997年8月開始正式投入運(yùn)行。運(yùn)行情況表明：該系統(tǒng)很好地解決了原系統(tǒng)中存在的一些問(wèn)題，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和安全性。同時(shí)該系統(tǒng)將SCADA系統(tǒng)和QDCMIS集成起來(lái)，使QDCMIS成為一個(gè)全方位全過(guò)程的綜合信息管理集成系統(tǒng)，在公司電力生產(chǎn)管理中發(fā)揮更大的作用，從而使公司的現(xiàn)代化管理水平上了一個(gè)新的臺(tái)階，為公司建設(shè)自己的Intranet打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
作者單位：甘早斌 陳傳波 宋善德：華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)系 430074 武漢
張?jiān)俸睢×_功林隔河巖水電廠 443503 湖北長(zhǎng)陽(yáng)
作者簡(jiǎn)介：
甘早斌，男，1968年生，碩士，講師，研究實(shí)時(shí)監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)集成。
陳傳波，男，1957年生，碩士，教授，系主任，研究實(shí)時(shí)監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)集成。
宋善德，男，1944年生，碩士，副教授，研究計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全。
參考文獻(xiàn)
［1］鄧詩(shī)軍.隔河巖水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng).電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1995，19(11)：54～58
