甘早斌 陈传波 宋善德 张再侯 罗功林
摘 要 介绍了隔河岩水力发电厂计算机监控系统的软硬件配置，详细分析了该系统改造的必要性和可行性。将该系统中的一些事务性功能分离出来，开发了一套生产管理子系统进行处理，解决了原系统中存在的缺少生产管理功能、监控系统负载过重、无法与企业管理信息系统接口等问题，提高了系统的实时性、可靠性和安全性，达到了预期目的。
关键词 SCADA 管理信息系统 网络技术 改造
分类号 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
隔河岩水电厂计算机监控系统［1］由加拿大CAE公司负责研制开发。该系统自1993年4月23日投入运行以来，各种运行工况基本正常。但是由于计算机技术和网络技术的高速发展以及当时需求的局限性，从发展的眼光来看，原有的监控系统还存在着一些不足之处：
a.缺少生产管理功能。主要体现在：很多数据不能在已有的报表中正确地反映出来；对发生的事故报警信息没有整理和归档；实时故障报警手段单一；对机组运行工况的表现形式单调、不直观，并且缺乏对机组某些运行参数的统计分析功能。
b.监控系统负载过重。原有系统既要做监控工作，又要从事数据处理及报表生成打印，加之原计算机硬件系统性能有限，势必使系统不堪重负，从而产生数据拥塞现象，甚至造成死机。
c.无法与企业的管理信息系统接口。湖北清江水电开发有限责任公司管理信息系统(QDCMIS)于1996年9月全面启动，总投资3 000多万元。该系统将对整个公司(包括清江流域的3个梯级电站)实现全方位全过程的管理，成为提高企业现代化管理水平的重要手段和基础。由于原监控系统受当时技术条件限制，没有提供与外部的接口，使生产过程中的重要生产统计信息无法与QDCMIS集成。
因此，有必要对原监控系统进行技术改造。
1 隔河岩水电厂SCADA系统配置
隔河岩水电厂SCADA系统采用主控级双机热备用冗余系统，现地控制单元中，每台机组采用双微机分布处理兼事故处理双重化系统，应用软件采用FORTRAN，PL/M和RCL语言编写，并利用CMX工具和RCL工具对FORTRAN，PL/M和RCL语言源文件进行编译、链接和装载。其系统配置如下。
1.1 计算机子系统
系统采用2台冗余主计算机和双口共享存储器，以备用方式在线同步运行，其主工作机可以输出信息，后备机不输出信息，当主工作机出现故障时，后备机承担主工作机工作，另外配置1台同型计算机执行离线开发和培训。3台计算机均为VAX3800，内存16 MB，硬盘1.2 GB。
1.2 人机接口子系统
主控级配置了结构相同的控制台，其中2台为运行人员使用，1台用于开发和培训。
1.3 通信子系统
系统采用50 Ω同轴电缆双冗余以太网总线，长240 m的总线贯穿全厂各节点，单根总线上现有节点21个。
1.4 现地控制单元子系统
厂内现地控制单元(LCU)共分5类13个节点，每个节点包含机柜和组件，机柜分别布置在机组、开关站和全厂公用系统现地。
1.5 电源子系统
主控级各节点设备的电源采用“1+1”并行冗余AC—UPS，现地控制单元采用两路110 V直流电源和两路厂用交流电源组成冗余控制电源，不设外部UPS电源。
2 SCADA系统改造方案
结合隔河岩水电厂SCADA系统的实际情况，拟开发一套生产管理子系统，一方面完成各种在线数据和历史数据的保存、查询、显示以及报表打印功能，以弥补SCADA系统在生产管理方面的不足；另一方面把采集到的生产实时信息送到QDCMIS中去，使QDCMIS成为一个全方位、全过程的综合信息集成系统，以扩大实时信息的使用范围，让更多的生产管理人员及时了解现场的生产情况，便于作出科学的生产调度决策。其系统拓扑结构如图1所示。
图1 系统拓扑结构图
Fig.1 Structure of the system
在图1中，W0作为SCADA系统中的工作站，负责从离线培训开发机VAXⅢ中定时获取实时数据，并通过串口传送给生产管理子系统中的W1工作站。W1作为生产管理子系统中的通信处理工作站，一方面接收监控系统送来的在线生产信息和事故报警信息，另一方面将处理后的实时数据送至数据库服务器。W2为扩展电话语音报警功能工作站，当出现事故报警信息时，自动拨打有关人员的办公电话、住宅电话或寻呼机，以便及时处理事故。W3，W4，…，W8为管理工作站，放在主管生产的领导的办公桌上，将现场的生产状况实时地展现在领导面前，为他们作出正确及时的生产调度决策提供科学的依据。信息可接入QDCMIS广域网和公司无线寻呼系统，并通过寻呼系统在BP机上定时滚动发送生产实时数据。
2.1 SCADA系统在线生产数据的获取
SCADA系统中的数据有两类：在线生产数据和事故报警数据。从主站监控系统的安全性和可靠性方面考虑，在开发机(VAXⅢ)和PC机(W0)上分别装上PATHWORKS软件产品，这样在开发机上可建立一个2 MB磁盘工作区，它可看作是PC机的一个虚拟盘(设为G盘)，可直接对其进行读操作，实际上也是开发机的一个文件目录；在主机(VAXⅠ或VAXⅡ)应用系统中加入一个数据获取进程，该进程将获取的实时数据以文件(PC.DAT)形式保存到开发机的G盘中，供PC机调用，并定时更新PC.DAT。PC机再将该在线数据文件PC.DAT通过RS232串行通信的方式送到生产管理子系统中。
为了避免PC机W0在读取PC.DAT时可能与VAX主机更新PC.DAT发生冲突，建立一个标志文件S.TXT。该标志文件在VAX主机更新PC.DAT之前生成，更新完之后便删除。W0只在确认S.TXT不存在时才读取PC.DAT，且没有生成和删除S.TXT的权利。
2.2 SCADA系统事故报警数据的获取
在电厂监控系统中，当有报警事件产生时，VAX主机的打印进程立即将事件信息送控制台的串行打印机打印。该串行打印机接口信号与标准的串行通信接口有一定的差别，但可通过软件对其进行仿真，模拟真实打印机工作，这样只要控制台串口有信息输出，生产管理子系统中的通信机W1就可实时接收和处理，并送往数据库服务器。由于事故报警信息处理的优先级别较高，串口2的中断优先级为3，串口1的中断优先级为4，所以用W1的串口2来接收事故报警信息，而生产实时信息采用W1的串口1来接收。
3 生产管理子系统的性能分析
SCADA系统的生产实时数据和事故报警信息向生产管理子系统的传送是单向的、不可逆的。W0作为SCADA系统以太网中的一个工作站，它只能读取G盘的数据(也就是开发机VAXⅢ上的一个2 MB磁盘工作区)。这样将生产管理子系统与监控系统完全隔离开来，保证了监控系统的独立性，可将监控系统中的报表管理和历史数据库管理等进程删除，减轻系统的负担，避免了原系统因数据拥塞造成系统响应迟钝以及死机等现象，提高了监控系统的实时性、安全性和可靠性。
生产管理子系统作为SCADA系统的扩展，实现了以下功能：
a.监控系统方的数据收集和发送处理(进程调整)；
b.生产报表的生成、管理和打印；
c.语音处理，包括数据流到语音流的转换、语音库的建立、语音查询处理、语音呼叫处理、语音报警处理、多路语音查询的并行调度处理；
d.各类图形的可视化处理，包括趋势图、直方图、二维和三维图形以及状态图形处理等；
e.实时信息的管理、趋势对比分析以及离线统计分析；
f.运行值班长记录和工作票的管理。
4 结论
改造后的系统已从1997年8月开始正式投入运行。运行情况表明：该系统很好地解决了原系统中存在的一些问题，提高了系统的实时性、可靠性和安全性。同时该系统将SCADA系统和QDCMIS集成起来，使QDCMIS成为一个全方位全过程的综合信息管理集成系统，在公司电力生产管理中发挥更大的作用，从而使公司的现代化管理水平上了一个新的台阶，为公司建设自己的Intranet打下了坚实的基础。
作者单位：甘早斌 陈传波 宋善德：华中理工大学计算机系 430074 武汉
张再侯 罗功林隔河岩水电厂 443503 湖北长阳
作者简介：
甘早斌，男，1968年生，硕士，讲师，研究实时监控及网络集成。
陈传波，男，1957年生，硕士，教授，系主任，研究实时监控及网络集成。
宋善德，男，1944年生，硕士，副教授，研究计算机网络安全。
参考文献
［1］邓诗军.隔河岩水电厂计算机监控系统.电力系统自动化，1995，19(11)：54～58
