火電廠環保實時數據冗余傳輸系統的升級改造

(江蘇新海發電有限公司，江蘇 連云港 222023 )

0 引 言

在火力發電企業的生產過程中，脫硫、脫硝、除塵等環保的數據上傳系統主要為采集設備、發送服務器，其作用是完成所有監控點數據的采集、存儲、發送，如此重要的設備在長期運行過程中難免會出現計算機死機、程序故障、電源系統掉電等突發故障，使得所有功能無法實現。目前，國家環保部門對環保數據連續、可靠性要求越來越嚴格，環保在線數據異常將直接影響企業經濟效益。采用雙套數據冗余終端是一種較為有效方式，可以解決由于計算機硬件故障、操作系統崩潰或網絡故障等無法恢復的情況造成的數據記錄和傳輸失敗的問題，能夠通過數據互為冗余的方式使故障狀態下的數據保持完整性，使得數據監測、存儲及數據上傳功能更加可靠穩定從而大大降低了系統失效的風險。

1 問題的提出

目前某火力發電廠4臺機組環保實時監控信息均通過唯一數據傳輸通道與上級電監辦及環保部門實現數據通訊，之前采用的數據傳輸通道模式是由多個串聯的子系統構成：SIS服務器→采集服務器1(電廠側)→正向網絡隔離裝置→采集服務器2(省調側)→調度數據網。如圖1所示。

圖1 環保數據傳輸通道示意圖

由于采集服務器1至采集服務器2的數據傳輸為非冗余配置，這種數據傳輸通道相當脆弱，及其容易造成環保數據上傳中斷。目前出現過的異常情況主要有以下幾種：(1)服務器1、2出現死機、斷電；(2)配合隔離裝置發送數據的程序卡死、退出；(3)網絡隔離裝置硬件故障；(4)系統采集程序異常；(5)系統發送程序異常；(6)網線插口松動等。

信號數據傳輸失敗，有時發生在白天，有時發生在夜間，維護人員必須及時趕到并立即處理恢復。在機組2011年投運初期，系統工作相對穩定，17年以來故障現象逐漸增多，尤以服務器程序死機現象較多，重啟后又恢復正常，維護人員工作量較大。當相關硬件設備如網絡設備出現故障時，沒有備件短時間內無法恢復系統正常，都曾嚴重影響環保經濟考核。

因此，如何保障實時數據通訊安全可靠及如何解決數據上傳中斷問題是我們需要突破的方向。

2 解決方案

雖然一度通過服務器換新，軟件升級，網絡設備換新等手段，短期內系統運行很好，但偶爾出現的數據擁堵情況依然造成數據上傳中斷。通過多方論證，我們認為采用實時數據冗余控制是一種行之有效的技術實現方案。

冗余控制，嚴格講是采用一定或成倍量的設備或元器件來組成控制系統進行控制。當某一設備或元器件發生故障而損壞時，它可通過硬件、軟件或人為方式，相互切換作為后備設備或元器件，替代因故障而損壞的設備或元器件，保持系統正常工作，使控制設備因意外而導致的停機損失降到最低。冗余設計相應的可根據系統組成對每個部分均作冗余設計，同時，也可根據實際運行情況僅對容易出現故障的組成部分進行冗余設計。可以避免由于相關部分故障引起的長時間停機，具有設計安裝周期短，成本較低等優點。

解決方案具體內容：綜合考慮各方面因素，本設計方案對采集、發送服務器及監控軟件、數據傳輸設備作了冗余設計，將服務器和網絡設備及線路等意外而導致的系統失效的風險降到最低。

增加一套冗余并行采集發送裝置，通過IBMX3850 X6服務器同步從SIS系統交換機上調用數據，將數據通過SysKeeper2000隔離網閘，發送到外網服務器再經調度三區交換機發送至方天監控中心。兩套數據處理終端采用完全相同的服務器及所使用的工程文件軟件，兩臺主機的版本一致，所存儲的數據在同一時間段內的數據內容相同、數據格式相同、數據大小相同，包括分鐘數據，日、月、年數據，通過采集時間的一致性來解決數據的一致性問題。

新增采集發送裝置與原系統同步接收數據，并通過本機自帶的NJXY-RM-S808冗余監測軟件，保持對原系統的實時監控，可以實現兩套采集發送軟件之間的自動切換，以提高上傳數據通訊的可靠性，它是保障數據正常傳輸配置方案的另一種形式。當設備及線路發生異常時能夠不發生數據中斷，并有充足的時間來處理故障，是有效解決環保考核的有效途徑。

示意圖如圖2所示：黑框中為新增冗余設備。

3 應用案例

某火力發電廠對脫硫、脫硝及除塵數據上傳系統進行改造，實時監控遠程終端系統采用了環保實時數據傳輸冗余系統。

改造后系統拓撲圖如圖3所示。

硬件上設置兩套內網采集服務器1和2、兩套正向網絡隔離裝置1和2、兩套外網采集服務器1和2，整體網絡采用以太網結構，在上傳設備硬件上實現冗余。同時上傳數據分別取自鏡像服務器和內網服務器，在數據內容及通道上也實現冗余。對于導致數據上傳故障點盡量做到全覆蓋。

圖2 冗余配置的數據上傳系統示意圖

圖3 冗余系統拓撲圖

在硬件軟件安裝調試結束后，對整個冗余裝置性能做了冗余切換試驗，以驗證在各種模擬故障情況下，冗余系統是否能達到保持數據傳輸正常，并及時發出短信報警。

通過切換試驗驗證，實現對本機和外網采集服務器1(主)的軟硬件運行狀態上的在線監測功能，系統完全能夠達成一臺工作，另一臺進行冗余保護的功能要求，保障了環保數據發送的可靠性，大大提高了環保實時監控數據采集傳輸系統的穩定性，有效避免因設備故障造成的環保考核。

在改造完成后，系統正式投用后，該系統已經成功的進行了多次冗余切換操作(故障原因為內網服務器1(主)故障，外網采集服務器1(主)軟件死機、SIS交換機插口故障等)，上傳數據始終處于連續暢通狀態，改造項目收到了明顯實效。

通過這套冗余通訊系統設施的投入使用，使脫硫、脫硝及除塵系統的重要環保監控數據信號，在日常傳輸中不再出現環保數據中斷或者丟失的現象，并能及時的向指定的相關工作人員發送短信，實時反映系統的運行狀態和故障診斷內容。這套冗余數據傳輸系統功能的應用已取得了很好的實際作用。

4 結束語

由于國家環保部門的重視，迫使火電廠的環保數據傳輸系統引進了冗余，冗余設計能最大程度地保證系統的穩定性和可靠度。本次以冗余監測軟件與環保實時數據傳輸系統相結合，實現數據冗余上傳系統改造的實踐，可以說明環保數據遠程終端系統進行冗余傳輸的方案是可行且效果明顯，對電監辦及環保部門實現對各單位脫硫、脫硝及除塵數據監管和提高環保數據分析都是有著重要的意義。