浅议闸门泵站自动化监控的更新改造

张绿原 马军建 许小锋 李 虎

（南京南瑞集团公司，江苏 南京211103）

0 引言

“十五”以来，国家加大了对水利工程项目的投入，新建、改造了一批闸泵站工程（项目），这些工程都把实现自动控制作为一个重要目标，在建设过程中基本都配置了计算机监控系统［1］。现如今，最早的一批计算机监控系统已运行多年，这些监控系统为闸泵站安全可靠运行做出了巨大贡献。但受电子产品的使用寿命限制，这些监控运行趋于不稳定、监控设备保养维护成本逐年增大，随着新技术的不断出现这批自动化系统已进入更新换代阶段，亟需进行改造。本文根据多个闸泵站计算机监控系统的更新改造经验，提炼出系统改造的一般原则、范围、常见问题及准备工作，抛砖引玉，以求对今后自动化系统的改造有所借鉴。最后，以某工程的南瑞NC2000监控系统升级改造为例说明了改造的过程方法。

1 升级改造的原则

监控系统的升级改造，既要考虑升级后系统的先进性，又要考虑升级后新系统与旧系统的兼容性。根据工程经验，系统的升级一般遵循如下原则：（1）先进性。升级后的系统应当是当前最流行或较为先进的系统，不能受价格等因素影响，采购性能下降或多年前的硬件设备、软件产品，误入频繁改造的陷阱。（2）软硬件并重。软件也是一种产品，是监控系统的核心和灵魂，没有好的软件产品，系统不但无法发挥最佳功能，反而会增加运行人员的工作量。因此，在系统升级改造时，必须将软件成本考虑在内，根据既往的运行和管理模式，对采购软件产品的功能提出具体的要求。（3）通用性。新的系统应是水利工程上广泛应用的监控系统，以变于后续的应用和维护。采用在水利工程上不常用的监控系统，将对建设和维护带来不可控风险。此外，采用行业内非主流组态软件，在原有厂商无法提供质保服务时，不易从新的集成商获得维保服务，就会陷入进退两难的困境。

2 升级改造的范围确定

在闸泵站计算机监控系统建设的早期，由于建设规范尚不完善，自动化建设的结构和模式也是多种多样。但总体来说，监控系统在结构上可分为现地测控装置层、现地控制层、集中控制层3个层级，如图1所示。

现地测控装置层包含各类传感设备、继保设备等，这些设备属于日常运行管理的常规维护内容，设备损坏后造成的影响直观，能够及时维修更换。因此在升级改造过程中，一般较少涉及现地测控装置层。

现地控制层包含各类PLC、触摸屏或当地工控机等，早期的闸泵站监控系统一般采用进口PLC 或触摸屏，这些PLC 或触摸屏性能稳定，在信号采集和响应速度上仍能满足系统需求，因此一般无需改造。

图1 监控系统结构图

集中控制层将所有信号汇至中控室，经过多年运行，计算机死机、蓝屏等现象频发。计算机硬件、软件产品不但早已被淘汰，而且维护成本逐年攀升。因此，集中控制层成了泵站计算机监控系统升级改造的重点，本文重点研究和探讨的也是该部分内容。

3 升级改造中的问题

监控系统的升级改造是个系统、细致的工程，若考虑不周或不细致，很有可能陷入误区，造成工期延误或改造失败。根据多个工程改造的经验，在系统升级改造过程中主要存在如下问题：（1）上位机操作系统与采购的服务器（工作站）硬件系统不兼容。常见的问题如：操作系统版本过低，硬件不支持。（2）应用系统软件与操作系统不兼容。如应用系统需要Linux/Unix操作系统环境，却采购了Windows操作系统软件。（3）组态软件与现场PLC或测控设备通讯不兼容。如升级后的组态软件与既有PLC或测控设备无通讯驱动程序，需要重新开发或单独购买驱动程序，增加系统更新改造投资成本，延误工期。（4）组态软件与上级集控站点通讯不兼容。如某些工程在升级改造后，需将监控数据送入新建设的上级集控中心，新建设的集控中心仅支持有限的通讯协议，此时就需要考虑新的组态软件是否支持此类协议。

4 升级改造

4.1 旧系统完整性测试

在改造开始前对旧系统的完整性测试非常必要，这既是对旧系统的运行状态的一个把握，也是对旧系统熟悉的一个过程。有的项目改造前未做完整性测试，改造开始后发现系统和现地设备通讯异常，系统部分测点无法正常显示，系统控制异常等问题。但是，由于改造已经开始，无法判断是改造后带来的问题，还是旧系统本来就存在问题，增加了系统调试工作量、延长了改造工期，因此在改造前对旧系统的完整性测试非常必要。

一般来说，完整性测试的内容和顺序如下：（1）PLC开入量、模入量检查：在每个开入、模入模件上抽样选取开入、模入点位，改变当前状态，观察上位机系统是否正常响应，若正常，则进入步骤（2）；若异常则检查判断原因，并做记录。（2）PLC开出量、模出量检查：在每个开出、模出模件上抽样选取开出、模出点位，上位机发令测试，观察PLC是否正常响应，若正常，则进入步骤（3）；若异常则检查判断原因，并做记录。（3）通讯检查：通讯检查主要是检查上位机与现场测控设备（不含PLC）的通讯状况，测试内容主要包括通断数据正常测试、自愈测试。数据正常测试参考步骤（1）和（2），自愈测试是指断开通讯链路，然后恢复，观察通讯链路是否恢复，数据是否正常。若正常，则进入步骤（4）；若异常则检查判断原因，并做记录。（4）上位机系统检查：上位机系统检查主要是检查上位机的时钟是否一致，上位机的节点状态是否正常，若系统有冗余配置，测试冗余切换后的系统状态是否正常。若正常，则进入改造步骤；若异常则进行记录。

4.2 旧系统的备份

原有集中控制层的上位机系统经过多年的运行和维护，功能上已比较准确、全面，因此若原有上位机系统计算机准备移作它用或进入报废阶段，必须对旧系统做详细备份。备份的内容一般包括组态文件、关键系统文件（如hosts文件等）、历史数据库等。也可以借助第三方工具如再生龙（Clonezilla），进行全硬盘备份。

4.3 新系统基本性能测试

新的监控系统在替换旧系统前，应进行基本的调试工作。确保旧系统拆除后，新系统能立即接替旧系统的工作。

新系统的调试工作主要包括：操作系统安装，应用组态软件安装，工程组态，历史库出入库状况查询，PLC 通讯驱动程序测试，其他通讯驱动程序测试等。

准备工作完成后，在现场进行上位机监控系统的升级改造。

5 结语

随着国家水利信息化战略的持续推进，功能更强大、运行更安全的计算机监控系统不断涌现。按照国家安全生产的基本要求，“十五”期间建设的闸泵站计算机监控系统已将面临大范围升级改造。本文通过分析总结闸泵站计算机监控系统的升级改造原则、范围，升级改造中易出现的问题以及升级改造前的准备、改造的过程方法等，为参与闸泵站计算机监控系统改造的单位和企业提供了有力的借鉴和参考。

［1］霍宁.泵站监控系统及其结构的发展趋势［J］.水电自动化与大坝监测，2004，28（4）：81－85.