基于分层分布式计算机监控系统调试用上位机的研究及应用

周艳龙　张玉娇　董俊君

计算机监控系统是水电厂的核心控制系统，目前大多采用分层分布式结构，其中现地层下位机由各LCU组成;控制层上位机由各数据服务器、操作员站等组成。现地层某一机组LCU检修后期，需将其接入监控系统上位机进行点量核对、控制令核对等试验。在该阶段，该机组LCU处于检修状态，而其接入的上位机系统则处于运行状态。在这种方式下进行试验存在以下问题： （1）检修态LCU的试验数据上送易引起监控系统、远动系统数据异常。例如虚负荷试验中的有功、无功数据易引起全厂AGC误调节。

（2）进行控制令下发试验中，需要运行人员配合下令。一方面影响运行人员的正常值班;另一方面未经试验验证的控制令易导致运行人员误操作，甚至误下令至其他LCUo （3）控制层与现地层分隔较远，需安排专人留守在上位机，通过电话联系对点、修改数据库等;尤其是在LCU检修调试期间不可避免地会多次修改某些点量，此时，上位机也需要配合修改数据库并多次完成数据库的生成、同步工作。造成重复性工作、效率低下且容易出错。

基于上述问题，结合水电厂分层分布式监控系统特点，提出搭建一个“调试专用上位机”系统，用于检修机组下位机的安全、高效调试。该系统能够基本模拟实际运行的监控系统上位机功能，且便于携带。检修期间，将该“虚拟上位机”放至现地层，同时，将检修态LCU接入该系统，可方便直观地完成点量核对、控制令下发、数据库实时修改等。调试完成后，只需将最终修改完成的数据库文件拷贝至实际运行上位机系统，并一次性完成数据库的生成及同步工作即可。

（一）系统基本功能

利用成熟可靠的硬件平台及网络设备，搭建出一套便携式的、可用于LCU的接入调试的专用上位机系统。该系统应能通过简单的配置后，即可实现分层分布式站控层监控系统的主要功能，包括：

1.支持单台或多台LCU的通讯接入。

2.支持LCU接入后的“四遥”信号调试。

3.支持厂控模式下AGC/AVC所有功能。

4.支持监控系统数据库、闭锁库、计算库及画面的编辑维护。

（二）设计基本原则

系统主要应用于水电厂分层分布式计算机监控系统LCU的接入调试。针对应用场合及特点，设计中将遵循以下原则：

1.安全。作为安全I区的调试接入设备，系统应采用成熟可靠、国产化的硬件平台和网络设备进行搭建。

2.实时。采用高性能处理器和数据交换设备，以满足监控系统数据的实时通信要求。

3.冗余。系统采用N+1故障容错设计，配置的工作站或服务器应具备故障自诊断、冗余切换等功能。

4.灵活。系统各工作站、服务器、数据交换等设备均采用通用模块化设计，应具有良好的扩展性能和方便的软/硬件升级空间。同时调试环境丰富，通过简单的配置变更即可适应于不同厂站的监控系统调试。

5.高效。系统各设备采用紧凑、便携式集成方案，适应于复杂的检修调试作业环境。

（一）系统架构

系统由数据采集服务器、数据交换及接口设备、电源系统等组成，并经布局结构优化后，形成为成套装置。系统架构如下图：

图1 调试用上位机系统架构图

（二）硬件配置

1.工作站及服务器

配置两台Think Book系列便携式主机，用于实现虚拟上位机系统的数据采集服务器及操作员站。两台主机硬件配置一致，预装国厂凝思操作系统。运行内存16GB，固态硬盘容量1TB。

2.交换机

配置1台H3C IE4300-6P型三层管理交换机，用于系统主机与主机、主机与待接入LCU之间的数据交换。交换容量不低于10Gbps，包转发率不低于6Mpps，2个LC光纤接口，4个RJ45网口，各接口通讯速率10/100/1000Mbps自适应。

3.电源

配置1个6孔电源分配器（PDU）及1个MDR-20-24开关电源。其中PDU内置防浪涌模块，开关电源适应AC100—240V输入，输出DC24V供交换机。

（三）软件环境配置

1.主机及网络配置

为系统工作站及服务器配置主机名，安装监控系统集成及历史库。同时对交换机进行配置，配置管理及业务vlan、规划ip地址段等。以北京中水科技H9000 v4.5计算机监控系统配置为例，相关配置示例如下表：

表1 主机及网络配置示例

2.调试环境配置

完成相关主机及网络配置后，即可对业务系统相关应用功能进行配置，主要包括调试环境、应用进程、数据库（实时库和历史库）、AGC/AVC等高级应用。仍以北京中水科技H9000 v4.5计算机监控系统配置为例，具体如下：

（1）建立/h9000系统工作目录，完成主机授权文件更新。

（2）修改系统配置文件emsconfig.def，完成各主机自启动进程配置。

（3）更新电厂侧最新数据库、闭锁库、计算库及画面文件至主机。

（4）安装Oracle数据库及客户端，完成历史数据库的配置。

（5）完成数据服务器上的AGC、AVC程序编译及配置生效。

（6）启动各主机H9000系统，检查测试系统基本功能。

3.系统加固

严格按照《电力行业信息安全等级保护基本要求》、《国家电网公司网络与信息系统安全管理办法》等要求，并对照系统加固清单对工作站、服务器进行系统加固，对异动介质进行信息检测并注册。具体如下：

（1）配置密码及账户锁定策略。

（2）配置审核及日志记录策略。

（3）关闭不必要的系统端口，例如TCP/UDP138、TCP/UDP139、TCP/UDP445等。

（4）禁用不必要的应用服务，包括Telnet，Rlogin，FTP等通用网络服务等。

（5）安装防病毒软件。

（四）系统便携式集成

配置一台便携式移动工作台。工作台采用两层设计，上一层为敞開式作业层，下一层为箱式封闭式结构。其中两台主机及相关人机接口设备布置于第一层，交换机、PDU及开关电源等设备布置于第二层。整个工作台采用静音滚轮推动，设计紧凑、轻巧、便携、适应于机组检修的现场布置。

（一）机组修后LCU接人调试 结合凤滩电厂3号机检修后调试，申请将LCU接入该专用调试平台，完成数据采集、控制令下发、控制权切换及历史库检查等，完成的具体试验项目有：扫查量/中断量数据采集、模拟量及温度量数据采集、SOE量分辨率试验、SOE量雪崩试验、设备控制令及传动试验、开出DO/AO功能测试、网络控制测试、AGC功能测试。

（二）成效分析

通过实际应用测试表明，该套专用调试上位机基本性能满足《水电厂计算机监控系统试验验收规程》、《水电厂计算机监控系统基本技术条件》等相关指标要求。其遥控/遥调准确率达100%，事件顺序记录分辨率（ SOE）≤2ms.模拟量越死区传送时延≤2s，状态量变位传送时延≤1s，控制执行命令从生成到输出的时间≤1s。

另外，调试期间LCU与电厂实际运行监控系统上位机在物理链路上隔离，彻底杜绝了误操作及对运行设备的影响。通过将该成套调试上位机搬至调试现场，大大提升了调试工作效率，单台机组LCU修后的调试时间由原来的16h缩减至4h。

为助力“双碳”目标实现，常规水电及抽水蓄能等清洁能源蓬勃发展，分层分布式计算机监控系统大量应用，其中现地控制单元的安全、高效调试需求日益凸显。本文正是立足这一专业需求，对专用调试上位机系统开展了一定程度的研究和应用。虽然研究范围及应用案例稍显局限，但其中蕴含的安全隔离调试思想则具有一定启示意义，其搭建出的调试系统架构更是具有相当的普适性。