基于分層分布式計算機監控系統調試用上位機的研究及應用

周艷龍　張玉嬌　董俊君

計算機監控系統是水電廠的核心控制系統，目前大多采用分層分布式結構，其中現地層下位機由各LCU組成;控制層上位機由各數據服務器、操作員站等組成。現地層某一機組LCU檢修后期，需將其接入監控系統上位機進行點量核對、控制令核對等試驗。在該階段，該機組LCU處于檢修狀態，而其接入的上位機系統則處于運行狀態。在這種方式下進行試驗存在以下問題： （1）檢修態LCU的試驗數據上送易引起監控系統、遠動系統數據異常。例如虛負荷試驗中的有功、無功數據易引起全廠AGC誤調節。

（2）進行控制令下發試驗中，需要運行人員配合下令。一方面影響運行人員的正常值班;另一方面未經試驗驗證的控制令易導致運行人員誤操作，甚至誤下令至其他LCUo （3）控制層與現地層分隔較遠，需安排專人留守在上位機，通過電話聯系對點、修改數據庫等;尤其是在LCU檢修調試期間不可避免地會多次修改某些點量，此時，上位機也需要配合修改數據庫并多次完成數據庫的生成、同步工作。造成重復性工作、效率低下且容易出錯。

基于上述問題，結合水電廠分層分布式監控系統特點，提出搭建一個“調試專用上位機”系統，用于檢修機組下位機的安全、高效調試。該系統能夠基本模擬實際運行的監控系統上位機功能，且便于攜帶。檢修期間，將該“虛擬上位機”放至現地層，同時，將檢修態LCU接入該系統，可方便直觀地完成點量核對、控制令下發、數據庫實時修改等。調試完成后，只需將最終修改完成的數據庫文件拷貝至實際運行上位機系統，并一次性完成數據庫的生成及同步工作即可。

（一）系統基本功能

利用成熟可靠的硬件平臺及網絡設備，搭建出一套便攜式的、可用于LCU的接入調試的專用上位機系統。該系統應能通過簡單的配置后，即可實現分層分布式站控層監控系統的主要功能，包括：

1.支持單臺或多臺LCU的通訊接入。

2.支持LCU接入后的“四遙”信號調試。

3.支持廠控模式下AGC/AVC所有功能。

4.支持監控系統數據庫、閉鎖庫、計算庫及畫面的編輯維護。

（二）設計基本原則

系統主要應用于水電廠分層分布式計算機監控系統LCU的接入調試。針對應用場合及特點，設計中將遵循以下原則：

1.安全。作為安全I區的調試接入設備，系統應采用成熟可靠、國產化的硬件平臺和網絡設備進行搭建。

2.實時。采用高性能處理器和數據交換設備，以滿足監控系統數據的實時通信要求。

3.冗余。系統采用N+1故障容錯設計，配置的工作站或服務器應具備故障自診斷、冗余切換等功能。

4.靈活。系統各工作站、服務器、數據交換等設備均采用通用模塊化設計，應具有良好的擴展性能和方便的軟/硬件升級空間。同時調試環境豐富，通過簡單的配置變更即可適應于不同廠站的監控系統調試。

5.高效。系統各設備采用緊湊、便攜式集成方案，適應于復雜的檢修調試作業環境。

（一）系統架構

系統由數據采集服務器、數據交換及接口設備、電源系統等組成，并經布局結構優化后，形成為成套裝置。系統架構如下圖：

圖1 調試用上位機系統架構圖

（二）硬件配置

1.工作站及服務器

配置兩臺Think Book系列便攜式主機，用于實現虛擬上位機系統的數據采集服務器及操作員站。兩臺主機硬件配置一致，預裝國廠凝思操作系統。運行內存16GB，固態硬盤容量1TB。

2.交換機

配置1臺H3C IE4300-6P型三層管理交換機，用于系統主機與主機、主機與待接入LCU之間的數據交換。交換容量不低于10Gbps，包轉發率不低于6Mpps，2個LC光纖接口，4個RJ45網口，各接口通訊速率10/100/1000Mbps自適應。

3.電源

配置1個6孔電源分配器（PDU）及1個MDR-20-24開關電源。其中PDU內置防浪涌模塊，開關電源適應AC100—240V輸入，輸出DC24V供交換機。

（三）軟件環境配置

1.主機及網絡配置

為系統工作站及服務器配置主機名，安裝監控系統集成及歷史庫。同時對交換機進行配置，配置管理及業務vlan、規劃ip地址段等。以北京中水科技H9000 v4.5計算機監控系統配置為例，相關配置示例如下表：

表1 主機及網絡配置示例

2.調試環境配置

完成相關主機及網絡配置后，即可對業務系統相關應用功能進行配置，主要包括調試環境、應用進程、數據庫（實時庫和歷史庫）、AGC/AVC等高級應用。仍以北京中水科技H9000 v4.5計算機監控系統配置為例，具體如下：

（1）建立/h9000系統工作目錄，完成主機授權文件更新。

（2）修改系統配置文件emsconfig.def，完成各主機自啟動進程配置。

（3）更新電廠側最新數據庫、閉鎖庫、計算庫及畫面文件至主機。

（4）安裝Oracle數據庫及客戶端，完成歷史數據庫的配置。

（5）完成數據服務器上的AGC、AVC程序編譯及配置生效。

（6）啟動各主機H9000系統，檢查測試系統基本功能。

3.系統加固

嚴格按照《電力行業信息安全等級保護基本要求》、《國家電網公司網絡與信息系統安全管理辦法》等要求，并對照系統加固清單對工作站、服務器進行系統加固，對異動介質進行信息檢測并注冊。具體如下：

（1）配置密碼及賬戶鎖定策略。

（2）配置審核及日志記錄策略。

（3）關閉不必要的系統端口，例如TCP/UDP138、TCP/UDP139、TCP/UDP445等。

（4）禁用不必要的應用服務，包括Telnet，Rlogin，FTP等通用網絡服務等。

（5）安裝防病毒軟件。

（四）系統便攜式集成

配置一臺便攜式移動工作臺。工作臺采用兩層設計，上一層為敞開式作業層，下一層為箱式封閉式結構。其中兩臺主機及相關人機接口設備布置于第一層，交換機、PDU及開關電源等設備布置于第二層。整個工作臺采用靜音滾輪推動，設計緊湊、輕巧、便攜、適應于機組檢修的現場布置。

（一）機組修后LCU接人調試 結合鳳灘電廠3號機檢修后調試，申請將LCU接入該專用調試平臺，完成數據采集、控制令下發、控制權切換及歷史庫檢查等，完成的具體試驗項目有：掃查量/中斷量數據采集、模擬量及溫度量數據采集、SOE量分辨率試驗、SOE量雪崩試驗、設備控制令及傳動試驗、開出DO/AO功能測試、網絡控制測試、AGC功能測試。

（二）成效分析

通過實際應用測試表明，該套專用調試上位機基本性能滿足《水電廠計算機監控系統試驗驗收規程》、《水電廠計算機監控系統基本技術條件》等相關指標要求。其遙控/遙調準確率達100%，事件順序記錄分辨率（ SOE）≤2ms.模擬量越死區傳送時延≤2s，狀態量變位傳送時延≤1s，控制執行命令從生成到輸出的時間≤1s。

另外，調試期間LCU與電廠實際運行監控系統上位機在物理鏈路上隔離，徹底杜絕了誤操作及對運行設備的影響。通過將該成套調試上位機搬至調試現場，大大提升了調試工作效率，單臺機組LCU修后的調試時間由原來的16h縮減至4h。

為助力“雙碳”目標實現，常規水電及抽水蓄能等清潔能源蓬勃發展，分層分布式計算機監控系統大量應用，其中現地控制單元的安全、高效調試需求日益凸顯。本文正是立足這一專業需求，對專用調試上位機系統開展了一定程度的研究和應用。雖然研究范圍及應用案例稍顯局限，但其中蘊含的安全隔離調試思想則具有一定啟示意義，其搭建出的調試系統架構更是具有相當的普適性。