淺議閘門泵站自動化監(jiān)控的更新改造

張綠原 馬軍建 許小鋒 李 虎

（南京南瑞集團公司，江蘇 南京211103）

0 引言

“十五”以來，國家加大了對水利工程項目的投入，新建、改造了一批閘泵站工程（項目），這些工程都把實現(xiàn)自動控制作為一個重要目標，在建設(shè)過程中基本都配置了計算機監(jiān)控系統(tǒng)［1］?，F(xiàn)如今，最早的一批計算機監(jiān)控系統(tǒng)已運行多年，這些監(jiān)控系統(tǒng)為閘泵站安全可靠運行做出了巨大貢獻。但受電子產(chǎn)品的使用壽命限制，這些監(jiān)控運行趨于不穩(wěn)定、監(jiān)控設(shè)備保養(yǎng)維護成本逐年增大，隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)這批自動化系統(tǒng)已進入更新?lián)Q代階段，亟需進行改造。本文根據(jù)多個閘泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的更新改造經(jīng)驗，提煉出系統(tǒng)改造的一般原則、范圍、常見問題及準備工作，拋磚引玉，以求對今后自動化系統(tǒng)的改造有所借鑒。最后，以某工程的南瑞NC2000監(jiān)控系統(tǒng)升級改造為例說明了改造的過程方法。

1 升級改造的原則

監(jiān)控系統(tǒng)的升級改造，既要考慮升級后系統(tǒng)的先進性，又要考慮升級后新系統(tǒng)與舊系統(tǒng)的兼容性。根據(jù)工程經(jīng)驗，系統(tǒng)的升級一般遵循如下原則：（1）先進性。升級后的系統(tǒng)應(yīng)當是當前最流行或較為先進的系統(tǒng)，不能受價格等因素影響，采購性能下降或多年前的硬件設(shè)備、軟件產(chǎn)品，誤入頻繁改造的陷阱。（2）軟硬件并重。軟件也是一種產(chǎn)品，是監(jiān)控系統(tǒng)的核心和靈魂，沒有好的軟件產(chǎn)品，系統(tǒng)不但無法發(fā)揮最佳功能，反而會增加運行人員的工作量。因此，在系統(tǒng)升級改造時，必須將軟件成本考慮在內(nèi)，根據(jù)既往的運行和管理模式，對采購軟件產(chǎn)品的功能提出具體的要求。（3）通用性。新的系統(tǒng)應(yīng)是水利工程上廣泛應(yīng)用的監(jiān)控系統(tǒng)，以變于后續(xù)的應(yīng)用和維護。采用在水利工程上不常用的監(jiān)控系統(tǒng)，將對建設(shè)和維護帶來不可控風險。此外，采用行業(yè)內(nèi)非主流組態(tài)軟件，在原有廠商無法提供質(zhì)保服務(wù)時，不易從新的集成商獲得維保服務(wù)，就會陷入進退兩難的困境。

2 升級改造的范圍確定

在閘泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的早期，由于建設(shè)規(guī)范尚不完善，自動化建設(shè)的結(jié)構(gòu)和模式也是多種多樣。但總體來說，監(jiān)控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上可分為現(xiàn)地測控裝置層、現(xiàn)地控制層、集中控制層3個層級，如圖1所示。

現(xiàn)地測控裝置層包含各類傳感設(shè)備、繼保設(shè)備等，這些設(shè)備屬于日常運行管理的常規(guī)維護內(nèi)容，設(shè)備損壞后造成的影響直觀，能夠及時維修更換。因此在升級改造過程中，一般較少涉及現(xiàn)地測控裝置層。

現(xiàn)地控制層包含各類PLC、觸摸屏或當?shù)毓た貦C等，早期的閘泵站監(jiān)控系統(tǒng)一般采用進口PLC 或觸摸屏，這些PLC 或觸摸屏性能穩(wěn)定，在信號采集和響應(yīng)速度上仍能滿足系統(tǒng)需求，因此一般無需改造。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

集中控制層將所有信號匯至中控室，經(jīng)過多年運行，計算機死機、藍屏等現(xiàn)象頻發(fā)。計算機硬件、軟件產(chǎn)品不但早已被淘汰，而且維護成本逐年攀升。因此，集中控制層成了泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)升級改造的重點，本文重點研究和探討的也是該部分內(nèi)容。

3 升級改造中的問題

監(jiān)控系統(tǒng)的升級改造是個系統(tǒng)、細致的工程，若考慮不周或不細致，很有可能陷入誤區(qū)，造成工期延誤或改造失敗。根據(jù)多個工程改造的經(jīng)驗，在系統(tǒng)升級改造過程中主要存在如下問題：（1）上位機操作系統(tǒng)與采購的服務(wù)器（工作站）硬件系統(tǒng)不兼容。常見的問題如：操作系統(tǒng)版本過低，硬件不支持。（2）應(yīng)用系統(tǒng)軟件與操作系統(tǒng)不兼容。如應(yīng)用系統(tǒng)需要Linux/Unix操作系統(tǒng)環(huán)境，卻采購了Windows操作系統(tǒng)軟件。（3）組態(tài)軟件與現(xiàn)場PLC或測控設(shè)備通訊不兼容。如升級后的組態(tài)軟件與既有PLC或測控設(shè)備無通訊驅(qū)動程序，需要重新開發(fā)或單獨購買驅(qū)動程序，增加系統(tǒng)更新改造投資成本，延誤工期。（4）組態(tài)軟件與上級集控站點通訊不兼容。如某些工程在升級改造后，需將監(jiān)控數(shù)據(jù)送入新建設(shè)的上級集控中心，新建設(shè)的集控中心僅支持有限的通訊協(xié)議，此時就需要考慮新的組態(tài)軟件是否支持此類協(xié)議。

4 升級改造

4.1 舊系統(tǒng)完整性測試

在改造開始前對舊系統(tǒng)的完整性測試非常必要，這既是對舊系統(tǒng)的運行狀態(tài)的一個把握，也是對舊系統(tǒng)熟悉的一個過程。有的項目改造前未做完整性測試，改造開始后發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)和現(xiàn)地設(shè)備通訊異常，系統(tǒng)部分測點無法正常顯示，系統(tǒng)控制異常等問題。但是，由于改造已經(jīng)開始，無法判斷是改造后帶來的問題，還是舊系統(tǒng)本來就存在問題，增加了系統(tǒng)調(diào)試工作量、延長了改造工期，因此在改造前對舊系統(tǒng)的完整性測試非常必要。

一般來說，完整性測試的內(nèi)容和順序如下：（1）PLC開入量、模入量檢查：在每個開入、模入模件上抽樣選取開入、模入點位，改變當前狀態(tài)，觀察上位機系統(tǒng)是否正常響應(yīng)，若正常，則進入步驟（2）；若異常則檢查判斷原因，并做記錄。（2）PLC開出量、模出量檢查：在每個開出、模出模件上抽樣選取開出、模出點位，上位機發(fā)令測試，觀察PLC是否正常響應(yīng)，若正常，則進入步驟（3）；若異常則檢查判斷原因，并做記錄。（3）通訊檢查：通訊檢查主要是檢查上位機與現(xiàn)場測控設(shè)備（不含PLC）的通訊狀況，測試內(nèi)容主要包括通斷數(shù)據(jù)正常測試、自愈測試。數(shù)據(jù)正常測試參考步驟（1）和（2），自愈測試是指斷開通訊鏈路，然后恢復，觀察通訊鏈路是否恢復，數(shù)據(jù)是否正常。若正常，則進入步驟（4）；若異常則檢查判斷原因，并做記錄。（4）上位機系統(tǒng)檢查：上位機系統(tǒng)檢查主要是檢查上位機的時鐘是否一致，上位機的節(jié)點狀態(tài)是否正常，若系統(tǒng)有冗余配置，測試冗余切換后的系統(tǒng)狀態(tài)是否正常。若正常，則進入改造步驟；若異常則進行記錄。

4.2 舊系統(tǒng)的備份

原有集中控制層的上位機系統(tǒng)經(jīng)過多年的運行和維護，功能上已比較準確、全面，因此若原有上位機系統(tǒng)計算機準備移作它用或進入報廢階段，必須對舊系統(tǒng)做詳細備份。備份的內(nèi)容一般包括組態(tài)文件、關(guān)鍵系統(tǒng)文件（如hosts文件等）、歷史數(shù)據(jù)庫等。也可以借助第三方工具如再生龍（Clonezilla），進行全硬盤備份。

4.3 新系統(tǒng)基本性能測試

新的監(jiān)控系統(tǒng)在替換舊系統(tǒng)前，應(yīng)進行基本的調(diào)試工作。確保舊系統(tǒng)拆除后，新系統(tǒng)能立即接替舊系統(tǒng)的工作。

新系統(tǒng)的調(diào)試工作主要包括：操作系統(tǒng)安裝，應(yīng)用組態(tài)軟件安裝，工程組態(tài)，歷史庫出入庫狀況查詢，PLC 通訊驅(qū)動程序測試，其他通訊驅(qū)動程序測試等。

準備工作完成后，在現(xiàn)場進行上位機監(jiān)控系統(tǒng)的升級改造。

5 結(jié)語

隨著國家水利信息化戰(zhàn)略的持續(xù)推進，功能更強大、運行更安全的計算機監(jiān)控系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。按照國家安全生產(chǎn)的基本要求，“十五”期間建設(shè)的閘泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)已將面臨大范圍升級改造。本文通過分析總結(jié)閘泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的升級改造原則、范圍，升級改造中易出現(xiàn)的問題以及升級改造前的準備、改造的過程方法等，為參與閘泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造的單位和企業(yè)提供了有力的借鑒和參考。

［1］霍寧.泵站監(jiān)控系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢［J］.水電自動化與大壩監(jiān)測，2004，28（4）：81－85.