華光潭梯級電站IT設備運維管理系統設計與實現

程言忠，遲海龍，王嘉敏，毛 琦，姚維達，王 玥

（1.浙江浙能華光潭水力發電有限公司，浙江 臨安311322；2.中國水利水電科學研究院自動化所，北京100038）

1 引言

華光潭梯級水電站位于浙江省分水江干流昌化江上游的巨溪，由兩級電站組成，即一級電站和二級電站，目前已實現集中控制。集控中心位于二級電站，設有多個自動化系統。在各系統中部署了多種服務器 、網絡等IT設備，且對軟硬件維護工作有極高的要求。

華光潭二級電站控制中心部署了眾多的自動化信息系統。以往的巡檢方式只能做到人為定期巡檢，很難在故障前做出預判。不但效率不高，而且也很難及時準確地定位問題原因并找到解決方案。為了全面掌握各自動化系統中的IT設備的運行信息，提高設備維護的自動化、信息化、智能化水平，華光潭電站研究開發了滿足安全分區要求的IT設備狀態集中智能監管平臺。

2 方案設計

對于華光潭梯級電站各自動化系統內的IT設備運行信息，電廠要求做到：實時全面掌握、及時發現問題；迅速定位故障、及時恢復運行；提高使用效率、合理利用資源；規范運行管理及維護；提供多種分析報表、保障各系統穩定運行。

結合華光潭電廠綠色經營理念以及科技興業的發展戰略，基于電站正在建設“無人值守、關門運行”電站的有力條件，輔以當前水電站主流軟件的設計理念，對該系統提出如下原則：良好的集成性、開放性、可維護性及安全可靠性。

系統在III區配置1臺服務器，用于華光潭水電廠設備維護管控一體化平臺的建設。該服務器用于系統功能及應用的開發、編輯和修改畫面、數據庫維護、系統初始化和管理、檢索歷史記錄、系統故障診斷和維護等工作。

智能設備管控平臺監控網絡中的幾乎所有的IT設備，給維護人員提供一個全面系統的網絡視圖。能夠管控的對象包括：

監控系統骨干網交換機：4臺GE EL2404系列管理型工業以太網交換機，通過SNMP讀取public團體名，全面采集交換機端口狀態、接收詳情、傳輸詳情、端口連接狀態、基本信息、設備概況。

監控系統操作員站：4臺HP Z840工作站，Red hat Linux 6.9操作系統，主要采集主機基本信息、磁盤信息、進程動態、網絡端口信息、網絡連接信息、應用程序安裝列表。

監控系統歷史數據服務器：2臺SUN SPARC T5-2服務器，Solaris 10操作系統MySQL數據庫，除采集與操作員站相同內容外，主要對MySQL數據庫進行了數據收集。

安全Ⅱ區綜合管控服務器：2臺HP DL388p Gen9服務器Windows server 2012操作系統，采集內容基本與操作員站相同內容。

3 系統結構

3.1 總體結構及部署

本系統是分層次框架，分為表現層、中間業務層和數據抓取層。系統表現層基于EXT WEB框架，主要通過工作站電腦的瀏覽器或者手機移動終端APP，及水電站的監控系統等發布；數據處理層主要是各個模塊系統數據處理的WEB服務接口層。系統設有主流商用數據庫，后端的數據采集層采用SNMP抓取方式和細分業務層面補充的自定義AGENT的模式進行抓取。平臺軟件模塊包括：普通主機服務器節點模塊和管理服務器節點模塊。

智能平臺網絡框架部署情況如圖1所示，從圖中可以看出華光潭水電站信息化控制系統滿足電力系統二次安防的要求，整個控制系統劃分為生產實時區、生產非實時區以及生產信息區3大安全防護分區。圖中給出了各個生產分區內部的各個子系統的分區及拓撲關系 。

圖1 華光潭智能管控系統部署結構圖

3.2 數據采集與分發

簡單網絡管理協議（SNMP）首先是由Internet工程任務組織（Internet Engineering Task Force IETF）為了解決Internet上的路由器管理問題而提出的。鑒于SNMP V2目前被絕大多數廠商所支持，所以本系統采集模塊支持的版本為SNMP V2C。同時采用擁有自主知識產權的跨平臺Agent采集代理模塊，可以完成采集、同步節點信息、主機間通信等復雜功能，作為SNMP-Agent的有力補充可彌補后者獲取信息不夠專業、不完備的缺點，主要完成以下功能。

主機信息采集：負責各節點信息的收集、查詢、匯總等工作。

網絡拓撲發現：采用主動學習發現為主、人工拓撲干預為輔策略，負責收集網絡的拓撲結構信息。通過各個網絡節點信息的查詢和匯總來完成網絡結構的探測和學習，并通過啟發式發現算法生成網絡拓撲結構信息，并將信息轉發給網絡其他各節點。人工拓撲干預，作為主動發現功能的補充，通過人為錄入信息對自動產生的拓撲進行糾偏和細節調整。使得拓撲信息更直觀、簡潔和準確。

數據重定向和通信：負責本分區內智能管理設備的信息交互、匯總、重定向等工作。

其他功能：滿足系統運轉的其他子業務模塊。主要包括文件同步管理、消息應答、數據加密以及系統日志管理等功能。

以國家電力系統二次安全防護相關條例為標準，集控中心劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區；智能監管平臺跨越安全分區對集控系統中心系統側和電站側IT設備的軟硬件運行信息集中智能監管，包括：實時系統如監控、閘門等，非實時系統如水情、視頻監控等系統。

在同一分區內，各個系統之間主要由網關機器對信息進行分發。數據流向只能為由內向外的單向。管理系統的數據中心設在Ⅲ區，通過路由方式將本區信息向安全Ⅲ區匯總（圖2）。

圖2 水電廠系統拓撲圖

4 系統功能

智能監管系統的主要功能：主機及網絡設備的監控、應用系統的管理、數據庫系統監控、機房動環管理、資產管理、信息發布、故障報警及預判。

4.1 主機及網絡的監控

主機硬件監控：可以采集華光潭電站一級站和二級站計算機監控系統的硬件信息，硬件資源信息等。

網絡設備監控：對華光潭一級站和二級站計算機監控系統網絡設備的性能參數進行采集和實時監控，采集信息網絡設備的端口狀態，端口使用情況，收發丟包率，網絡時延等參量統計數據。

網絡拓撲：提供一套真實精確的網絡物理拓撲圖形系統，能夠直觀地了解全網所有設備之間復雜的物理連接關系、連接線路信息和設備的工作情況。并在此基礎上提供IP定位查找功能，使管理人員對網絡整體工作情況做到一目了然、心中有數，真正做到將分散放置的設備和網絡資源統一管理。

圖3 水電廠網絡設備監視圖

4.2 應用業務的管理

監控業務管理：作為生產系統核心業務之一的監控業務管理是該系統管控的重點。華光潭監控系統和綜合管控系統的廠家同源。所以該系統充分掌握監控業務的工作機制和細節，可以深入監控業務的硬件和軟件資源進行跟蹤監控。

其他業務子系統管理：能夠對華光潭電站內其他的子業務系統進行管理。 能夠產生相關報警信息并對不滿足要求的進程進行必要合理的干預。

4.3 資產管理

為有效管理水電廠IT設備資產，平臺軟件內建立了相關數據的設備臺賬數據庫，對常見IT設備進行全生命周期的管理，建立計劃檢修臺歷、便于跟蹤對設備的維護。

4.4 信息發布

桌面設備終端發布展示：在桌面系統中對智能設備的各狀態參量及統計結果進行展示，同時提供管理、分析手段。

移動設備終端發布：支持在主流移動設備平臺上運行，支持IOS和android系統平臺。針對移動端處理能力及網絡帶寬的限制，在移動業務上做了相關優化和業務取舍，目前僅支持主控設備的監視查看功能。

4.5 知識規則庫建設

我們在華光潭IT設備運維管理平臺中設計了簡單的規則引擎和流程引擎。

規則引擎：主要用于報警及預警信息規則的自定義。通過人工方式配置或定制相關的報警及預警規則并存儲到內置規則庫中。系統規則引擎就可以不間斷巡回的方式來監控系統各個預設狀態信息，并產生報警事件信息給終端用戶。

流程引擎：流程引擎主要采用配合規則引擎驅動規則并將規則信息實例化事件報警信息推送給用戶。規則引擎和流程引擎二者相輔相成緊密結合構成了平臺的知識規則庫。

目前知識規則庫還主要采用人工分析配置的方式。未來研究中可以通過目前人工智能的一些研究方法，做到自適應自學習規則，并能把從歷史知識中學到的規則和經驗服務于平臺故障分析診斷、預警等工作。

5 結束語

華光潭水電廠IT設備運維管理系統的投運，為解決該電廠自動化系統快速發展與人力資源相對緊張的矛盾，提供了良好的技術手段。該系統不僅可以降低生產系統運行中的各種風險，還可減輕運維對人工的壓力。為全面提升華光潭電廠精細化管理水平，實現降本提質增效的經營目標做出巨大貢獻，同時為中小型水電廠的精細、智能管理探索了一條新道路。