闸泵站计算机监控系统升级改造的探讨

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，监控系统运行已趋于不稳定，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。

作为最早的一批闸泵站计算机监控系统，在建设时投入了巨大的成本，建成后肩负着日常生产任务。因此，如何合理地升级改造，使投入的成本最少，同时对生产运行的影响降到最低，是改造建设单位面临的首要问题。

笔者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，以求为今后自动化系统的改造提供借鉴。并以某工程的某监控系统升级改造为例，说明改造的过程方法。

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：

1.1 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，掉入频繁改造的陷阱。如：某些单位依据多年前相似产品的合同价格，压低改造合同中产品价格，结果造成采购产品内在配置或性能下降，为改造后的长期运行埋下了隐患。

1.2 软硬件并重

软件也是一种产品，是监控系统的核心和灵魂，有好的硬件设备，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。如：某些单位在年末统计工程的运行年鉴时，因监控系统无法生成年鉴报表，操作人员只能通过历史查询手动编写。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。

1.3 广泛性

新的系统应当是水利工程上广泛应用的监控系统，以便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。如：某些组态软件本来是针对化工等行业开发的，不能根据水利工程监控特点做出变通，采用该类软件会造成软件组态的人力成本过高，集成商无法投入足够的人力，从而导致建成后的系统性能不佳，系统欠稳定，给系统后续运行管理带来困扰。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，不易从新的集成商处获得维保服务，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，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、集中控制层三个层级，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。

图1 监控系统结构图

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，故一般无须改造。若现地控制层采用当地工控机，受工控机的使用寿命限制，持续运行多年后，工控机易出现故障，这种情况下，现地层需要进行改造，可取消工控机甚至更换PLC。

集中控制层将所有信号汇至中控室，一般采用品牌服务器或工控机作为硬件平台，以Windows/Linux/Unix系统作为系统平台、组态软件作为上位机监控软件。经过多年运行，集中控制层计算机死机、蓝屏等现象频发。根据摩尔定律［2］，近10年来，计算机产品的性能和功能得到了大幅度提升，计算机操作系统已升级多次，上位机组态软件也已更新换代多次。集中控制层硬件、软件产品不但早已被淘汰，而且维护成本逐年攀升，典型的状况是：原有计算机系统损坏后，重新购置的计算机无法安装原有操作系统，更无法运行原有上位机监控软件。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，现笔者对此作重点研究和探讨。

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：操作系统为32 位，服务器为64 位，造成系统性能无法充分发挥；操作系统版本过低，如Windows采用Server2008 版本操作系统，而当前某些新型号服务器（工作站）硬件最低支持到Server2012 版本操作系统。

（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，需要将监控数据送入新建设的上级集控中心，而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 升级改造的准备

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，这既是对旧系统运行状态的把握，也是一次熟悉旧系统的过程。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，存在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，在改造前必须对旧系统作完整性测试。

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量、模入量点位，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量、模出量点位，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，测试的内容主要包括通断数据正常测试和自愈测试。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，以确保旧系统拆除后，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，其它通讯驱动程序测试等。

5 升级改造的方法

在准备工作完成后，将在现场进行上位机监控系统的升级改造。以某典型工程改造为例进行说明：

表1 基本配置信息

该工程的基本配置信息如表1所示，升级改造的任务是将运行多年的HP XW4600 工作站更换为HP DL388-G9 服务器，同时升级操作系统和组态软件。历史服务器的性能可满足工程需求，硬件暂不升级，但操作系统须升级为RHLinux6.5，组态软件须升级为NC3.0。系统按照双网模式配置，通讯服务器具有与调度中心104 通讯功能。

设备发运前，对新系统进行了基本的调试，包括：安装操作系统和组态软件；对照原有NC2000 环境下工程文件进行NC3.0 环境下的工程文件组态；根据现场PLC 的类别，进行PLC 驱动程序的测试；模拟现场104主站环境，进行104 通讯驱动程序测试；根据测试要求，对硬件、软件及通讯程序进行3×24 h 连续运行测试。

测试完毕后，设备发至现场，将新机器就位。对旧系统进行完整性测试，对测试结果进行记录。新旧系统的过渡、测试方法如下：

（1）将旧系统A 网B 网双网模式切换为A 网单网运行模式。

（2）检查旧系统的节点状态，OP1为主机，OP2 为从机，断开旧系统从机OP2 与交换机的网络联接。

（3）测试新系统OP2 机基本功能：将新系统的OP2 机启动，接入A 网。断开旧系统OP1 与A 网联接，此时观察新系统的OP2 机通讯、采集、发令是否正常。若异常，则将旧系统的OP1 恢复，检查原因；若正常，进入步骤（4）。

（4）测试新系统COM 机在A 网下与调度中心的104 通讯功能：断开旧系统COM 机，将新系统COM 机接入A 网。观察新系统COM 机与调度中心通讯是否正常。若异常，恢复旧系统COM 机，检查原因；若正常，进入步骤（5）。

（5）测试新系统的历史库功能：启用备用机器BAK，安装Linux6.5、NC3.0、历史数据库，并进行配置后，断开旧系统HIS 机与A 网联接，将BAK 机接入A 网，此时观察BAK 机采集历史数据是否正常。若异常，检查原因；若正常，对旧系统HIS 机进行备份，备份结束进入步骤（6）。

（6）断开旧系统OP2 与A 网联接，将新系统OP1 接入A 网，并切为主机，观察新系统OP1 通讯、采集、发令是否正常，与新系统COM 机、HIS机的通讯是否正常。若异常，检查原因；若正常，进入步骤（7）。

（7）断开旧系统ENG 与A 网联接，将新系统ENG 接入A 网，测试新系统ENG 机语音报警、打印功能是否正常。若异常，检查原因；若正常，进入步骤（8）。

（8）在A 网单网模式下对新系统进行24 h 连续运行测试，观察通讯、采集、发令等是否正常，期间进行1～2 次主从机切换，观察新系统运行是否正常。若异常，检查原因；若正常，进入步骤（9）。

（9）将旧系统HIS 机安装Linux6.5、NC3.0、历史数据库，并进行配置，断开BAK 机与A 网联接，将新系统HIS机接入A 网，此时观察新系统HIS 机采集历史数据是否正常。若异常，检查原因；若正常，进入步骤（10）。

（10）对新系统进行B 网单网模式下测试，A、B 网双网模式下测试，A、B 网切换测试，以及以上模式下主从冗余测试。测试时，观察通讯、采集、发令、历史数据等是否正常。若异常，检查原因；若正常，进入步骤（11）。

（11）对新系统进行7×24 h 连续运行测试。若异常，检查原因，测试重新开始；若正常，则进行工程、文档备份，清理现场。

经测试，按照以上改造步骤执行后，新系统运行稳定，新老系统过渡平稳，达到了预期的改造效果。本系统的改造中，因HIS 机未新购置硬件，故启用了BAK 机作为中间过渡。HIS 机在安装新系统前，将新系统在A 网单网模式下连续运行24 h 测试，主要是考虑新系统与原现场设备的通讯稳定性，若通讯有较大问题，可能要恢复使用旧系统HIS 机。

6 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。笔者分析总结了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，以期为参与闸泵站计算机监控系统改造的单位和企业提供有力的借鉴和参考。

［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.

［2］翁寿松，摩尔定律与半导体设备［J］.电子工业专用设备，2002，31（4），196-199.