浅谈水库计算机监控系统应用

郑志良

【摘 要】随着计算机技术的不断发展，计算机监控系统已在水库中得到了稳定的运用。本文结合具体的应用实例，阐述了水库计算机监控系统结构，并对计算机监控系统的串口服务器、通讯工作站、监控计算机进行了介绍，对进一步推广水库计算机监控系统的运用提供了很好的参考范例。

【关键词】计算机监控系统；PLC；串口服务器

水库是国民经济和社会发展的基础设施，它的稳定运行直接关乎经济发展、民生大计。就目前水库管理上来看，一套稳定的、多功能的、集成度高的监控系统是很必要的，只有这样的系统才能辅助水库管理工作，为水库工作人员提供及时有效的数据和支持，保证水库的健康运行。以先进的计算机技术、信息技术，将水库的管理、监控和信息管理建成一体化的数字平台，实现水库智能化管理，是趋势所在。

1.概述

某水库流域面积110.8km2，坝址以上集雨面积110.8km2，多年平均来水量1.2145亿m3。

是一座以防洪、灌溉为主，结合供水、发电等综合利用的水利工程。水库大坝最大坝高46.02m，总库容6803万m3，正常蓄水位56.65m，电站装机容量2000KW共4台，年发电量223512.3度。该水库的计算机监控系统采用了网络化的结构设计，将闸门监控、电站监控、厂长办公室监控有机地结合在了一起，最大程度地共享了水库的信息并且提高了监控系统的扩展性。

2.系统结构及设备

该水库计算机监控、保护系统网络结构如下（见图1）。

水库计算机监控、保护系统由坝上闸门监控、电站监控以及厂长办公室监控3个部分组成，每个部分由交换机连接成网络，交换机之间通过光缆相连。坝上闸门监控交换机连接引水洞闸门现地控制单元串口服务器、坝区及引水现地控制单元串口服务器和坝上闸门监控通讯工作站。电站监控交换机连接机组现地控制单元串口服务器、机组保护现地控制单元串口服务器、公用现地控制单元串口服务器、线路厂变现地控制单元串口服务器、主变保护现地控制单元串口服务器、电站监控通讯工作站和监控计算机等设备。厂长办公室监控交换机连接厂长办公室监控计算机。

3.串口服务器

3.1串口通讯

监控系统的串口通信是指计算机和监控设备（如PLC、电参数仪、GPS、开度仪等）之间通过数据信号线，连接计算机的串口和监控设备的通讯口，并按某种规约进行传输数据的一种通讯方式。

计算机的1个串口可以与多个监控设备相连，通过编写通讯程序与设备经行逐个通讯。如果1个串口连接的设备太多，每个设备通讯时间间隔就会很长，影响监控的实时性。

由于监控系统中要通讯的设备较多，而计算机自带的串口很少，不能满足通讯要求，因此一般通过增加通讯串口扩展卡来增加计算机串口的数量。

3.2 MOXA（摩莎）串口服务器

MOXA（摩莎）是一家工控产品制造公司，主要生产信息联网产品，提供客户各种串口通信解决方案、串口设备联网解决方案及工业以太网解决方案。由于其设备的稳定性高、功能强大、性能卓越，使得MOXA在工控行业具有很高的知名度。

串口服务器是串口信号到TCP/IP网络信号之间完成数据转换的通讯接口转换器，提供终端串口与TCP/IP网络的数据双向透明传输。串口服务器具有现场布线简单、通讯距离长、数据量大、使用灵活等众多优点，在工控领域已经越来越普及。

串口服务器使用时大多是利用虚拟串口软件将串口服务器上终端串口映射成本地计算机的串口，从而达到串口扩展的目的。而MOXA公司的串口服务器还提供了/TCPSERVER0模式，在此模式下，无需将终端串口映射成本机串口，只需调用相关函数，即可实现对串口的控制。使用这种方式，能简化监控计算机的设置，使程序设计更加灵活。

由于水库的串口服务器使用的是/TCPSERVER0模式，通讯工作站无需经行串口映射，这使得当工作站操作系统崩溃，重新安装操作系统时减少了配置映射串口的麻烦。

3.3串口服务器连接的设备

水库监控系统采用了MOXA公司的串口服务器，在闸门监控和电站监控中，用以连接现地控制单元中的监控设备与交换机。

坝上闸门监控的现地控制单元由引水洞闸门现地控制单元、坝区及引水现地控制单元组成。坝区及引水现地控制单元串口服务器连接坝区PLC、触摸屏、电参数表、GPS同步时钟以及泄洪道闸门的3台开度仪。引水洞闸门现地控制单元串口服务器连接触摸显示屏、PLC、电流、电压表、引水洞闸门开度仪。

1号、2号机组现地控制单元串口服务器连接PLC、彩色触摸显示屏、多功能电参数仪、转速信号器、温度巡检仪、调速器PLC、励磁PLC等设备。1号、2号发电机保护现地控制单元串口服务器连接发电机保护。线路厂变保护现地控制单元串口服务器连接线路保护、厂变保护。主变保护现地控制单元串口服务器连接主变保护。公用现地控制单元串口服务器连接PLC、彩色触摸显示屏、多功能电度表、多功能电参数仪等设备。

4.通讯工作站

4.1工作原理

通讯工作站采用研祥1U机架式工控机，置于屏柜内部（见图2）。

通讯工作站运行通讯服务程序，该程序实现串口服务器连接的各设备与监控计算机之间的通讯协议转换。一方面，通讯服务程序通过IP地址识别网络中的串口服务器，打开串口服务器上的串口，根据串口上连接的设备采用相应的通讯协议与连接的各种设备进行实时通讯，并采集设备的遥测、遥信、保护告警等实时信息。另一方面，该程序等待网络中的监控计算机与之连接，当收到监控计算机提出的连接请求时，采用标准的Modbus/TCP协议与上位机监控程序进行通讯，将采集到的数据发送给上位机监控程序，同时转发监控程序需要下发到各工控设备的参数。

水库坝上闸门监控通讯工作站负责坝上各设备数据的采集，电站通讯工作站负责电站各设备数据的采集。

通讯服务程序通过开放不同的端口，可以同时与多台监控计算机进行通讯。

4.2工作特点

由于设备通讯过程中，一个设备不能同时与多台计算机通讯，所以当系统中有多台监控计算机需要共享数据时，通常的做法是以先启动的监控计算机作为主机，与设备进行通讯，其它监控计算机作为从机与主机进行通讯、共享数据。主机关闭时，从机自动切换为主机，与设备进行通讯。在这种模式下，如果监控计算机数量多于2台时，切换过程比较复杂，容易发生错误。

由于通讯工作站的使用，监控系统中的各监控计算机都单独与通讯工作站进行通讯，监控计算机之间相互独立，没有数据联系，不再需要主从切换，各监控计算机都可以当作主机来使用，数据采集更加顺畅。

5.监控计算机

监控计算机选用西门子547C工控机，安装IFIX415中文版组态软件，使用组态软件的MBE驱动。监控计算机接入水库局域网中，MBE驱动通过网络采用Modbus/TCP协议与通讯工作站的通讯服务软件进行通讯，采集设备的数据。

1）电站监控计算机。电站有2台监控计算机同时与电站通讯工作站上的通讯服务程序通讯，互为冗余。

2）厂长办公室监控。厂长办公室监控计算机安装有监控程序，可同时与电站监控通讯工作站和坝上闸门监控通讯工作站进行通讯。

监视画面内容在电站监控程序的基础上增加了泄洪闸和引水闸的监控信息；同时从电站安全考虑，取消了控制功能。

6.结语

综上所述，计算机监控系统设计先进、实用可靠、为我国水库实现数字化智能化管理积累了经验，具有引导性、示范性，有普遍推广应用的价值。为了保证系统长期稳定运行和升级换代，建议对系统进一步扩充完善、加强系统维护和落实，进而保证水库的健康运行。

参考文献：

[1] 叶至煌.计算机监控系统在笋塔水库闸门中的应用[J].中国科技信息，2005年第10期

[2] 徐军科；陈秋根.梅溪桥闸计算机监控管理系统优化改进与功能拓展刍议[J].人民珠江，2005年01期