基于以太網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)

周浩杰?曹艷明

摘要： ?基于班組在日常設(shè)備管理及員工培訓(xùn)方面存在的問題，利用水電廠監(jiān)控班組退庫物資，設(shè)計(jì)了基于以太網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)，解決了監(jiān)控班組在日常監(jiān)控系統(tǒng)維護(hù)以及員工技能培訓(xùn)過程中的難題，提升了班組設(shè)備管理水平，促進(jìn)了班組新員工培訓(xùn)進(jìn)度。

關(guān)鍵詞： ?以太網(wǎng);監(jiān)控系統(tǒng);試驗(yàn)平臺(tái)

[中圖分類號] TM622 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A ? ?[文章編號]

前言

隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷發(fā)展和要求，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在電力生產(chǎn)過程中已成為不可缺少的遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制操作設(shè)備的手段，體現(xiàn)了不可替代的重要地位[1]。水電廠監(jiān)控班組負(fù)責(zé)廠里監(jiān)控系統(tǒng)的檢修維護(hù)工作，對水電站安全穩(wěn)定發(fā)電起著重要作用。監(jiān)控班組在進(jìn)行日常設(shè)備維護(hù)以及員工培訓(xùn)方面存在一些難點(diǎn)：

（1）班組目前大部分日常培訓(xùn)、應(yīng)急演練過度強(qiáng)調(diào)理論，實(shí)操較為欠缺，培訓(xùn)效果不甚明顯，員工實(shí)操能力提高較慢。

（2）班組重大缺陷處理、技改兩措項(xiàng)目、SJ30通信調(diào)試實(shí)施前實(shí)際模擬驗(yàn)證較為麻煩，部分工作無法進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證，直接按照理論方案實(shí)施，存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)。

（3）班組監(jiān)控系統(tǒng)中PLC、通信裝置等重要設(shè)備在備品到貨入庫后，未對其進(jìn)行上電檢查及內(nèi)部配置校驗(yàn)，當(dāng)此類設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，無法立即進(jìn)行更換處理，延長設(shè)備缺陷處理時(shí)間。

（4）電廠設(shè)備經(jīng)過多年檢修、維護(hù)后，設(shè)備狀況基本趨于穩(wěn)定，后續(xù)新員工進(jìn)廠后缺少機(jī)會(huì)對設(shè)備進(jìn)行實(shí)際動(dòng)手操作。

基于以上問題，班組設(shè)計(jì)了一套試驗(yàn)平臺(tái)，以提高班組設(shè)備維護(hù)管理水平，加快新員工技能培訓(xùn)進(jìn)程。

一、試驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）平臺(tái)設(shè)備布置結(jié)構(gòu)

結(jié)合班組日常消缺、培訓(xùn)等工作的需求，利用班組退庫物資，搭建一套基于以太網(wǎng)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)，試驗(yàn)平臺(tái)采用標(biāo)準(zhǔn)42U服務(wù)器機(jī)柜。

試驗(yàn)平臺(tái)由CPU模塊、IO模塊（開關(guān)量、模擬量、溫度量及開出量模塊）、開關(guān)電源、交換機(jī)、SJ30通信裝置、觸摸屏、網(wǎng)絡(luò)模塊、上位機(jī)服務(wù)器等組成。

（2）平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)參照現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元采用兩套施耐德Unity PLC實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備，觸摸屏、PLC、服務(wù)器等設(shè)備均接入交換機(jī)，使用TCP/IP通信。

二、試驗(yàn)平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

（1）操作員站及歷史站

兩個(gè)服務(wù)器均使用UNIX操作系統(tǒng)。在試驗(yàn)平臺(tái)操作員站服務(wù)器上安裝NC3.0軟件，對其進(jìn)行配置，將其配置為仿真操作員站。在試驗(yàn)平臺(tái)歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器上安裝NC3.0、mysql軟件，將其配置為仿真歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器，將監(jiān)控系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)文件拷貝至試驗(yàn)平臺(tái)歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器。

（2）繼電器插箱

配有繼電器插箱，實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的輸出功能，可以外接元件完成一些控制功能，可進(jìn)行控制操作的練習(xí)以及設(shè)備元件的檢查校驗(yàn)。

（3）SJ30通信裝置

配有SJ30通信裝置，實(shí)現(xiàn)以總線方式采集現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)的功能，可進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)通信的練習(xí)以及現(xiàn)場設(shè)備配置的檢查、測試功能。

（4）I/O模塊

配有常用的開關(guān)量、模擬量等IO模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集讀取和輸出功能，通過外接傳感器元件，實(shí)現(xiàn)對傳感器的配置、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等操作，可進(jìn)行自動(dòng)化元件的檢驗(yàn)、配置檢查和使用方法培訓(xùn)。

（5）觸摸屏

配有觸摸屏，可以完成現(xiàn)場人機(jī)界面的搭建，可進(jìn)行現(xiàn)場觸摸屏修改的工作的實(shí)際操練。

三、試驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)用

（1）日常工作及缺陷處理

通過試驗(yàn)平臺(tái)可以解決SJ30通信裝置調(diào)試問題，在現(xiàn)場重要區(qū)域出現(xiàn)SJ30裝置故障需更換設(shè)備時(shí)，可先在平臺(tái)上進(jìn)行調(diào)試試驗(yàn)，待確認(rèn)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定后，再更換設(shè)備，可極大降低工作中的潛在風(fēng)險(xiǎn)。在更換CPU過程中存在較高風(fēng)險(xiǎn)或突發(fā)狀況，可先使用試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行模擬，再考慮進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)際操作。在現(xiàn)場設(shè)備需要升級軟件版本時(shí)，可使用試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行備品固件版本升級，在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)可直接進(jìn)行更換。

（2）重大項(xiàng)目改造

在涉及一些重大項(xiàng)目改造時(shí)，需要提前編制方案，如果涉及更改PLC程序，需要提前進(jìn)行修改驗(yàn)證，但由于目前條件限制往往僅能依靠理論進(jìn)行驗(yàn)證。通過試驗(yàn)平臺(tái)，可以模擬相關(guān)IO模塊驗(yàn)證輸入輸出，確認(rèn)更改后程序的邏輯正確性，確保方案中相關(guān)程序修改準(zhǔn)確無誤。

（3）培訓(xùn)及應(yīng)急演練

可使用試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)急演練，模擬重大缺陷，進(jìn)行應(yīng)急演練實(shí)操，能夠極大提高班組應(yīng)急處置能力。將試驗(yàn)平臺(tái)用于日常培訓(xùn)，能使班組員工將理論與實(shí)際緊密結(jié)合，起到較好的培訓(xùn)效果。通過試驗(yàn)平臺(tái)能夠模擬監(jiān)控系統(tǒng)重要設(shè)備故障時(shí)的應(yīng)急搶修場景，以此進(jìn)行搶修工作實(shí)操仿真，可提高班組應(yīng)急搶修能力。

（4）技術(shù)比武

使用試驗(yàn)平臺(tái)可以進(jìn)行技術(shù)比武的程序調(diào)試工作，也可作為技術(shù)比武平臺(tái)。由于平臺(tái)具有一定的開放性，通過外接元器件可以實(shí)現(xiàn)不同的功能，從而迅速將試驗(yàn)平臺(tái)轉(zhuǎn)化為程序調(diào)試平臺(tái)或技術(shù)比武平臺(tái)，大大節(jié)省平臺(tái)搭建時(shí)間，提高程序調(diào)試效率，節(jié)約成本。

（5）元件檢查、校驗(yàn)

通過試驗(yàn)平臺(tái)可進(jìn)行元器件的檢查、校驗(yàn)，如各類自動(dòng)化元件直接接入平臺(tái)可實(shí)時(shí)監(jiān)測其測量信號，進(jìn)行自動(dòng)化元件的定值檢查，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋進(jìn)行定值調(diào)節(jié)。

四、試驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)用效果

通過平臺(tái)的應(yīng)用，有效提升了班組成員PLC控制工程設(shè)計(jì)能力、監(jiān)控系統(tǒng)配置編程及調(diào)試能力、工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)MB+及以太網(wǎng)等通訊協(xié)議的運(yùn)用能力、人機(jī)界面（HMI）及觸摸屏的組態(tài)能力等。按照實(shí)踐題目的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)可進(jìn)行的實(shí)踐培訓(xùn)項(xiàng)目，班組轉(zhuǎn)變了培訓(xùn)思路，探索出了新的員工培訓(xùn)方式，將理論教學(xué)與實(shí)踐操作相結(jié)合，迅速提高員工的理論知識(shí)和實(shí)操水平。

通過將應(yīng)急預(yù)案桌面推演推廣至實(shí)踐仿真演練，提升了班組應(yīng)急演練效果，提高了班組應(yīng)急搶修能力。在工作實(shí)施前，借助仿真平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證，降低了在運(yùn)行設(shè)備上工作帶來的潛在風(fēng)險(xiǎn)。使用試驗(yàn)平臺(tái)提前完成SJ30通信裝置等重要設(shè)備的內(nèi)部配置以及自動(dòng)化元件定值的檢查校驗(yàn)，緊急情況下可直接使用，提高了班組故障處理能力，節(jié)約了消缺時(shí)間。

五、結(jié)論

基于以太網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)有效解決了班組監(jiān)控系統(tǒng)日常維護(hù)及員工技能培訓(xùn)工作過程中的難點(diǎn)，提升了班組設(shè)備管理水平，推進(jìn)了班組員工技能培養(yǎng)進(jìn)度。但試驗(yàn)平臺(tái)的使用場景還有待開發(fā)，基于平臺(tái)的培訓(xùn)項(xiàng)目也需要進(jìn)行擴(kuò)展和完善，以期在班組設(shè)備管理和員工培訓(xùn)工作中發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]張?zhí)煲?大朝山水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)升級改造[J].云南水力發(fā)電，2021，37（07）：252-256.