陸水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

余春明，楊流學(xué)，陳康龍

（陸水樞紐工程局，湖北 赤壁 437302）

1 概 述

陸水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院研究開發(fā)的PSC－2100H開放分布式電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為主控級(jí)和現(xiàn)地控制單元兩層。主控級(jí)設(shè)置有2套操作員工作站、1套工程師工作站、1套廠長(zhǎng)監(jiān)視工作站、1套遠(yuǎn)程通信服務(wù)器和1套系統(tǒng)同步時(shí)鐘。現(xiàn)地控制單元設(shè)置有機(jī)組現(xiàn)地控制單元1（2、3、4和5）LCU、全廠公共設(shè)備現(xiàn)地控制單元6LCU及開關(guān)站現(xiàn)地控制單元7LCU。主控級(jí)計(jì)算機(jī)采用SUN公司的操作員工作站，CUP為SRARC系列，操作系統(tǒng)為SPARC Solaris UNIX。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 陸水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 改造的必要性

由于電廠現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)備件、系統(tǒng)擴(kuò)充以及網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)存在一定的問題，因此，迫切需要對(duì)現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2.1 主控級(jí)工作站的安全性問題

監(jiān)控系統(tǒng)主控級(jí)工作站為1999年購置，2000年投入運(yùn)行，從主控級(jí)投運(yùn)至今運(yùn)行情況來看，設(shè)備一直運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。但由于SUN公司2009年被ORACLE公司收購，SPARC系列工作站已全面停產(chǎn)，僅保留SPARC服務(wù)器系列架構(gòu)，現(xiàn)市場(chǎng)上已無相應(yīng)的硬件更換，一旦硬件出現(xiàn)問題，工作站將癱瘓，直接影響設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 新增的10kV和35kV系統(tǒng)無法接入監(jiān)控系統(tǒng)

電廠從1997年開始對(duì)10kV和35kV系統(tǒng)進(jìn)行了擴(kuò)充，由于原監(jiān)控系統(tǒng)預(yù)留量和接口方式限制，目前該部分未接入現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)，造成監(jiān)控盲區(qū)，形成安全隱患，并相應(yīng)增加了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.3 電廠監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)需安全隔離

陸水電廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)（MIS）通過一臺(tái)雙網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)服務(wù)器與監(jiān)控系統(tǒng)通信，在硬件及軟件上均未做隔離，存在較大的安全隱患。為保證監(jiān)控系統(tǒng)的安全運(yùn)行并達(dá)到電力系統(tǒng)相關(guān)安全要求，需對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行隔離。

3 監(jiān)控系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

3.1 主控級(jí)工作站改造

基于SUN公司已不再生產(chǎn)SPARC系列工作站的實(shí)際情況，本次監(jiān)控系統(tǒng)主控級(jí)計(jì)算機(jī)將更換為Inter x86平臺(tái)的計(jì)算機(jī)?？紤]到現(xiàn)在計(jì)算機(jī)硬件的快速發(fā)展，普通商用PC機(jī)已經(jīng)能完全滿足監(jiān)控系統(tǒng)所需的穩(wěn)定性及可靠性，因此陸水計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主控級(jí)計(jì)算機(jī)將采用市面上性能較好的商用PC機(jī)。在操作系統(tǒng)平臺(tái)選擇上，采用SUN公司的Solaris x86。原因之一是Solaris操作系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、功能強(qiáng)大。原因之二是原監(jiān)控系統(tǒng)軟件移值的方便性。原因之三是長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院機(jī)電研究所已經(jīng)成功的將PSC2100移植到Solaris x86操作系統(tǒng)的PC機(jī)平臺(tái)上。

3.2 10kV及35kV設(shè)備信息接入監(jiān)控系統(tǒng)

3.2.1 10kV設(shè)備信息接入

圖2 10kV系統(tǒng)主接線圖

陸水電廠10kV系統(tǒng)共計(jì)有7臺(tái)高壓開關(guān)，兩臺(tái)電壓互感器。10kV系統(tǒng)主接線圖如圖2所示。

10kV高壓開關(guān)保護(hù)測(cè)控裝置、電壓互感器保護(hù)測(cè)控裝置使用的是南京深科博業(yè)公司生產(chǎn)的通用型保護(hù)測(cè)控裝置DMP301P及電壓互感器保護(hù)測(cè)控裝置DMR381P。

DMP301P、DMR381P集保護(hù)、測(cè)量、監(jiān)視、控制、人機(jī)接口、通信等多種功能于一體。該產(chǎn)品采用RS485、RS232、CAN、EtherNet（TCPIP）等通信方式與DCS系統(tǒng)或上一級(jí)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)連接。MODBUS是應(yīng)用層協(xié)議，可基于上述通信媒介進(jìn)行系統(tǒng)互聯(lián)。MODBUS采用直接內(nèi)存訪問的模式，其基本協(xié)議定義了內(nèi)存訪問的具體細(xì)節(jié)，各應(yīng)用程序或系統(tǒng)互連時(shí)只須提供內(nèi)存地址表即可。

陸水電廠4臺(tái)機(jī)組現(xiàn)地控制單元前置工控機(jī)使用的是弘格公司生產(chǎn)的7188E8嵌入式以太網(wǎng)控制器，該產(chǎn)品組網(wǎng)簡(jiǎn)單，投資小，開發(fā)容易，且在長(zhǎng)期的使用中，表現(xiàn)出工作可靠，維護(hù)量小的特點(diǎn)。基于上述理由，并為減小備品備件的壓力，故將7188E8嵌入式以太網(wǎng)控制器做為10kV設(shè)備的前置工控機(jī)。

考慮到DMR－P系列保護(hù)測(cè)控裝置支持CAN總線，為減少網(wǎng)絡(luò)設(shè)備投資，經(jīng)過比較及實(shí)驗(yàn)，將9臺(tái)DMR－P系列保護(hù)測(cè)控裝置組成CAN總線網(wǎng)絡(luò)，并經(jīng)由一臺(tái)CAN轉(zhuǎn)RS232協(xié)議轉(zhuǎn)換器與7188E8通信，最后通過光纖將7188E8在保護(hù)室接入監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。10kV網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

3.2.2 35kV設(shè)備信息接入

35kV中的31、32、33、36開關(guān)因7LCU容量問題，除開關(guān)位置和分合操作信號(hào)外，模似量及報(bào)警信號(hào)均未送至監(jiān)控系統(tǒng)。

35kV開關(guān)保護(hù)測(cè)控裝置類型眾多。31DL、32DL、34DL使用的是珠海萬力達(dá)公司的 MLPR－610線路保護(hù)測(cè)控裝置，36DL、6B使用的是南京深科博業(yè)公司生產(chǎn)的變壓器后備保護(hù)測(cè)控裝置DMR391P和變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置DMR392P，33DL使用的是武漢國(guó)測(cè)公司生產(chǎn)的數(shù)字線路保護(hù)測(cè)控裝置GCL110。

圖3 10kV網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

除33DL線路保護(hù)測(cè)控裝置GCL110外，其余均支持RS485總線組網(wǎng)，故考慮將33DL模似量、開關(guān)量接入LCU7上，其余6B、31、32、34、36組成 RS485總線網(wǎng)絡(luò)，然后通過一臺(tái)嵌入式以太網(wǎng)控制器7188E8接入監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 35kV網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3.3 監(jiān)控系統(tǒng)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)隔離

陸水電廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)MIS通過一臺(tái)雙網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)服務(wù)器從監(jiān)控系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)。較低安全等級(jí)的MIS系統(tǒng)導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)的安全性大大降低。解決的方案一是MIS系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)中間通過物理隔離設(shè)備進(jìn)行聯(lián)接，但物理隔離設(shè)備價(jià)格昂貴。解決的方案二是MIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)器通過串口與監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)／歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器交換信息?？紤]到第二種方案投入較少，且串口通信程序決定了串口通信的單向性，監(jiān)控系統(tǒng)無法向MIS系統(tǒng)發(fā)送除程序請(qǐng)求以外的數(shù)據(jù)，安全性較高，故本次改造采用第二種方案。

3.4 監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能改造

（1）根據(jù)運(yùn)行人員反饋，在進(jìn)行開關(guān)分合操作時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)，在本次更新改造中對(duì)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采樣時(shí)間進(jìn)行測(cè)試，使之達(dá)到如下要求：①狀態(tài)和報(bào)警點(diǎn)采周期：≤1s；②模擬量采集周期：電量≤2s，非電量1～5s；③SOE點(diǎn)分辨率：≤10ms。

（2）增強(qiáng)歷史數(shù)據(jù)處理能力。①自動(dòng)統(tǒng)計(jì)機(jī)組工況轉(zhuǎn)換次數(shù)及運(yùn)行、備用、檢修時(shí)間累計(jì)；②被控設(shè)備操作動(dòng)作次數(shù)累計(jì)及事故動(dòng)作次數(shù)累計(jì)；③對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和計(jì)算處理，形成歷史數(shù)據(jù)庫記錄，并提供歷史數(shù)據(jù)檢索、查詢、打印等功能。

（3）增加操作語音提示功能。為保證在監(jiān)控系統(tǒng)上對(duì)設(shè)備對(duì)象操作的正確性，本次監(jiān)控系統(tǒng)改造將增加操作語音提示功能，主要是為了避免和防止運(yùn)行人員在操作過程中出現(xiàn)誤操作。

（4）增加一臺(tái)顯示器，實(shí)現(xiàn)雙屏顯示。雙屏顯示技術(shù)的實(shí)施有助于運(yùn)行人員不用切換屏幕即可了解更多的設(shè)備信息，其中一屏顯示主接線圖，一屏顯示熱工儀表等其它信息。

4 結(jié)束語

通過以上設(shè)計(jì)和改造，有效地解決了電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)備備件困難、系統(tǒng)容量不夠以及網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)低等問題，同時(shí)增加了部分功能，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了全面升級(jí)，消除了安全隱患，使電廠的安全生產(chǎn)水平得到了較大的提高。

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