甘早斌 陳傳波 宋善德 張再侯 羅功林
摘 要 介紹了隔河巖水力發電廠計算機監控系統的軟硬件配置，詳細分析了該系統改造的必要性和可行性。將該系統中的一些事務性功能分離出來，開發了一套生產管理子系統進行處理，解決了原系統中存在的缺少生產管理功能、監控系統負載過重、無法與企業管理信息系統接口等問題，提高了系統的實時性、可靠性和安全性，達到了預期目的。
關鍵詞 SCADA 管理信息系統 網絡技術 改造
分類號 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
隔河巖水電廠計算機監控系統［1］由加拿大CAE公司負責研制開發。該系統自1993年4月23日投入運行以來，各種運行工況基本正常。但是由于計算機技術和網絡技術的高速發展以及當時需求的局限性，從發展的眼光來看，原有的監控系統還存在著一些不足之處：
a.缺少生產管理功能。主要體現在：很多數據不能在已有的報表中正確地反映出來；對發生的事故報警信息沒有整理和歸檔；實時故障報警手段單一；對機組運行工況的表現形式單調、不直觀，并且缺乏對機組某些運行參數的統計分析功能。
b.監控系統負載過重。原有系統既要做監控工作，又要從事數據處理及報表生成打印，加之原計算機硬件系統性能有限，勢必使系統不堪重負，從而產生數據擁塞現象，甚至造成死機。
c.無法與企業的管理信息系統接口。湖北清江水電開發有限責任公司管理信息系統(QDCMIS)于1996年9月全面啟動，總投資3 000多萬元。該系統將對整個公司(包括清江流域的3個梯級電站)實現全方位全過程的管理，成為提高企業現代化管理水平的重要手段和基礎。由于原監控系統受當時技術條件限制，沒有提供與外部的接口，使生產過程中的重要生產統計信息無法與QDCMIS集成。
因此，有必要對原監控系統進行技術改造。
1 隔河巖水電廠SCADA系統配置
隔河巖水電廠SCADA系統采用主控級雙機熱備用冗余系統，現地控制單元中，每臺機組采用雙微機分布處理兼事故處理雙重化系統，應用軟件采用FORTRAN，PL/M和RCL語言編寫，并利用CMX工具和RCL工具對FORTRAN，PL/M和RCL語言源文件進行編譯、鏈接和裝載。其系統配置如下。
1.1 計算機子系統
系統采用2臺冗余主計算機和雙口共享存儲器，以備用方式在線同步運行，其主工作機可以輸出信息，后備機不輸出信息，當主工作機出現故障時，后備機承擔主工作機工作，另外配置1臺同型計算機執行離線開發和培訓。3臺計算機均為VAX3800，內存16 MB，硬盤1.2 GB。
1.2 人機接口子系統
主控級配置了結構相同的控制臺，其中2臺為運行人員使用，1臺用于開發和培訓。
1.3 通信子系統
系統采用50 Ω同軸電纜雙冗余以太網總線，長240 m的總線貫穿全廠各節點，單根總線上現有節點21個。
1.4 現地控制單元子系統
廠內現地控制單元(LCU)共分5類13個節點，每個節點包含機柜和組件，機柜分別布置在機組、開關站和全廠公用系統現地。
1.5 電源子系統
主控級各節點設備的電源采用“1+1”并行冗余AC—UPS，現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，不設外部UPS電源。
2 SCADA系統改造方案
結合隔河巖水電廠SCADA系統的實際情況，擬開發一套生產管理子系統，一方面完成各種在線數據和歷史數據的保存、查詢、顯示以及報表打印功能，以彌補SCADA系統在生產管理方面的不足；另一方面把采集到的生產實時信息送到QDCMIS中去，使QDCMIS成為一個全方位、全過程的綜合信息集成系統，以擴大實時信息的使用范圍，讓更多的生產管理人員及時了解現場的生產情況，便于作出科學的生產調度決策。其系統拓撲結構如圖1所示。
圖1 系統拓撲結構圖
Fig.1 Structure of the system
在圖1中，W0作為SCADA系統中的工作站，負責從離線培訓開發機VAXⅢ中定時獲取實時數據，并通過串口傳送給生產管理子系統中的W1工作站。W1作為生產管理子系統中的通信處理工作站，一方面接收監控系統送來的在線生產信息和事故報警信息，另一方面將處理后的實時數據送至數據庫服務器。W2為擴展電話語音報警功能工作站，當出現事故報警信息時，自動撥打有關人員的辦公電話、住宅電話或尋呼機，以便及時處理事故。W3，W4，…，W8為管理工作站，放在主管生產的領導的辦公桌上，將現場的生產狀況實時地展現在領導面前，為他們作出正確及時的生產調度決策提供科學的依據。信息可接入QDCMIS廣域網和公司無線尋呼系統，并通過尋呼系統在BP機上定時滾動發送生產實時數據。
2.1 SCADA系統在線生產數據的獲取
SCADA系統中的數據有兩類：在線生產數據和事故報警數據。從主站監控系統的安全性和可靠性方面考慮，在開發機(VAXⅢ)和PC機(W0)上分別裝上PATHWORKS軟件產品，這樣在開發機上可建立一個2 MB磁盤工作區，它可看作是PC機的一個虛擬盤(設為G盤)，可直接對其進行讀操作，實際上也是開發機的一個文件目錄；在主機(VAXⅠ或VAXⅡ)應用系統中加入一個數據獲取進程，該進程將獲取的實時數據以文件(PC.DAT)形式保存到開發機的G盤中，供PC機調用，并定時更新PC.DAT。PC機再將該在線數據文件PC.DAT通過RS232串行通信的方式送到生產管理子系統中。
為了避免PC機W0在讀取PC.DAT時可能與VAX主機更新PC.DAT發生沖突，建立一個標志文件S.TXT。該標志文件在VAX主機更新PC.DAT之前生成，更新完之后便刪除。W0只在確認S.TXT不存在時才讀取PC.DAT，且沒有生成和刪除S.TXT的權利。
2.2 SCADA系統事故報警數據的獲取
在電廠監控系統中，當有報警事件產生時，VAX主機的打印進程立即將事件信息送控制臺的串行打印機打印。該串行打印機接口信號與標準的串行通信接口有一定的差別，但可通過軟件對其進行仿真，模擬真實打印機工作，這樣只要控制臺串口有信息輸出，生產管理子系統中的通信機W1就可實時接收和處理，并送往數據庫服務器。由于事故報警信息處理的優先級別較高，串口2的中斷優先級為3，串口1的中斷優先級為4，所以用W1的串口2來接收事故報警信息，而生產實時信息采用W1的串口1來接收。
3 生產管理子系統的性能分析
SCADA系統的生產實時數據和事故報警信息向生產管理子系統的傳送是單向的、不可逆的。W0作為SCADA系統以太網中的一個工作站，它只能讀取G盤的數據(也就是開發機VAXⅢ上的一個2 MB磁盤工作區)。這樣將生產管理子系統與監控系統完全隔離開來，保證了監控系統的獨立性，可將監控系統中的報表管理和歷史數據庫管理等進程刪除，減輕系統的負擔，避免了原系統因數據擁塞造成系統響應遲鈍以及死機等現象，提高了監控系統的實時性、安全性和可靠性。
生產管理子系統作為SCADA系統的擴展，實現了以下功能：
a.監控系統方的數據收集和發送處理(進程調整)；
b.生產報表的生成、管理和打印；
c.語音處理，包括數據流到語音流的轉換、語音庫的建立、語音查詢處理、語音呼叫處理、語音報警處理、多路語音查詢的并行調度處理；
d.各類圖形的可視化處理，包括趨勢圖、直方圖、二維和三維圖形以及狀態圖形處理等；
e.實時信息的管理、趨勢對比分析以及離線統計分析；
f.運行值班長記錄和工作票的管理。
4 結論
改造后的系統已從1997年8月開始正式投入運行。運行情況表明：該系統很好地解決了原系統中存在的一些問題，提高了系統的實時性、可靠性和安全性。同時該系統將SCADA系統和QDCMIS集成起來，使QDCMIS成為一個全方位全過程的綜合信息管理集成系統，在公司電力生產管理中發揮更大的作用，從而使公司的現代化管理水平上了一個新的臺階，為公司建設自己的Intranet打下了堅實的基礎。
作者單位：甘早斌 陳傳波 宋善德：華中理工大學計算機系 430074 武漢
張再侯 羅功林隔河巖水電廠 443503 湖北長陽
作者簡介：
甘早斌，男，1968年生，碩士，講師，研究實時監控及網絡集成。
陳傳波，男，1957年生，碩士，教授，系主任，研究實時監控及網絡集成。
宋善德，男，1944年生，碩士，副教授，研究計算機網絡安全。
參考文獻
［1］鄧詩軍.隔河巖水電廠計算機監控系統.電力系統自動化，1995，19(11)：54～58
