刘仙玉，张仁贡

(1.珊溪水力发电厂，浙江 温州 325304；2.浙江同济科技职业学院，浙江 杭州 311231)

内外通信互联模式下水电站计算机监控通信系统的升级与应用

刘仙玉1，张仁贡2

(1.珊溪水力发电厂，浙江 温州 325304；2.浙江同济科技职业学院，浙江 杭州 311231)

针对珊溪水力发电厂计算机数据通信系统存在的运行不稳定问题，从硬件和软件两个方面进行了重新设计与应用。设计与应用过程中采用了目前最先进的硬件配置以及一系列现代的软件升级核心技术。软件升级核心技术包括：内外通信互联的层次化构架技术、、内外通信互联的应用层设计技术、内外通信互联的数据库和目录管理技术等。应用实践表明，通过精心设计后的新型计算机数据通信系统，运行稳定，安全可靠，同时具有一定的先进性和代表性，可以为其他水电站数据通信系统的设计、开发、改造和升级提供借鉴。

通信系统；数据；计算机监控；水电站；珊溪

0 引言

水电站通信系统是水电站综合自动的重要环节，它是架起水电站计算机监控系统和电网监控中心的桥梁[1]，它为水电站计算机监控、自动发电控制（AGC）、自动电压控制（AVC）以及水电站防洪和水情测报提供调度决策数据。珊溪水力发电厂的通信系统与计算机监控系统同时建设，计算机监控系统经过几次更新改造后，性能不断提高，不断满足了水电站现代自动化的需求。但是水电站的通信系统一直没有进行改造和升级，不能满足整个电网的现代化需要，时常出现故障和系统协调配合问题。笔者结合珊溪水力发电厂的硬件、软件的实际，通过对水电站计算机监控中心的通信部分系统进行改造和升级，应用了一系列现代的通信硬件和软件技术，使该水电站通信系统满足电网和电站综合自动化的要求[2-3]，本文将结合珊溪水力发电厂对水电站通信系统改造和升级进行详细论述，便于同类电厂单位借鉴。

1 总体构架

本水电站数据通信系统改造和升级后分为内部通信模块和外部通信模块两个部分，内部数据通信模块主要针对水电站内部数据，数据库采用Oracle 9i进行开发管理[4-5]，而外部数据通信模块采用目录管理形式。新型系统构架设计如图1所示。

图1 珊溪水力发电厂新型数据通信系统设计构架图

从图1中可以看出，内部数据通信模块可以与计算机监控中心、各个机组LCU、视频监控系统等进行通信，通信数据采用Oracle 9i数据库[5]进行管理，通过由供应商提供的数据库引擎接口访问内部数据库；外部数据库采用目录进行管理，管理员利用目录管理软件，通过数据库引擎，可以与内部数据库进行数据交换；同时外部数据通信模块由内部数据通信模块进行调用，外部数据通信模块到内部数据通信模块是一个单向的数据流，这有利于保证内部数据通信模块的安全性。

2 硬件系统的改造与升级

（1）更新通信工作站。依据浙江省省调要求，珊溪水力发电厂数据通信系统原来使用了1U型机架式工作站作为通信机，共配置两台研华工控机互为备用，主要功能是保持与省调进行实时数据交换，包括双路101通道、双路104通道。但是2008年投产半年后2号通信机不定期发生死机现象，系统重装后情况依旧，并于2010年底因硬件故障导致无法开机，珊溪水力发电厂与省调仅通过单路通道保持通信，不符合“两项细则”考核要求。为此珊溪水力发电厂更换两台通信机为HP Z400工作站。每台工作站主机主要配置为∶CPU∶Intel Xeon四核W3550型CPU；主频∶3.06GHz；内存∶4GB；硬盘∶160GB；光驱∶DVD-ROM；网卡∶100M网口×4（外置网卡使用PCI-E接口）；显卡∶FX380图卡；标准键盘鼠标等。

（2）新建历史数据工作站。2008年计算机监控中心改造时未考虑通信系统的历史数据保存功能划分，目前使用两台数据服务器主机处理实时数据同时兼做历史数据站，经多年运行历史数据库日益庞大，导致两台数据服务器负担加大，因此单独购买了一台HP Z600工作站作为历史数据服务器保存历史数据。历史工作站主机配置为∶CPU∶Intel Xeon四核X5667型 CPU；主频∶3.2GHz；缓存∶12M；内存∶4GB；硬盘∶160GB×3；光驱∶DVD-ROM；网卡∶100M网口×2；显卡∶FX380图卡；标准键盘鼠标等。

（3）重新进行现地控制单元系统配置。现地控制单元系统配置就是使PLC系统的硬件结构与其上运行的软件功能完全吻合，是软件一个重要功能，是编制调试PLC控制程序的基础。为了使软件能够适应硬件更新情况下的系统硬件组合，软件中系统配置的内容与步骤如下∶①选择机架类型和电源模块；②配置CPU模块，以符合系统更新升级的应用需求；③配置I/O等其他模块，并根据系统更新升级的应用需求设置相应通道的属性；④保存配置信息，生成配置文件，并通过以太网将配置文件下载到主控制器（CPU模块）。

3 软件系统升级核心技术

珊溪水力发电厂数据通信系统开发过程中涉及的一些通用技术机制不胜牧举，以下只介绍本系统开发的核心技术机制，这些核心技术机制是计算机技术结合系统功能特性进行研究的成果，具有一定的前沿性和创新性，它们包括内外通信互联的层次化构架技术、内外通信互联的应用层设计技术、内外通信互联的数据库和目录管理技术等。

3.1 内外通信互联的层次化构架技术

该系统改造升级过程中，主要分为三层进行设计，分别为硬件层、软件层和客户层，如图2所示。硬件层由数据库服务器、WEB服务器、以太网、交换机、水电站工作站群组成，数据库服务器安装在发电厂监控中心，WEB服务器安装在副厂房办公楼的网络管理中心，以太网和水电站采用以太网链接，水电站工作站群安装在水电站监控中心室。软件层由数据库、数据库引擎及数据库管理系统[3]、WEB应用层、通信接口、进程和界面组件等组成，完成数据的访问、传输和控制等功能。客户层包括数据库设计员、数据库管理员、WEB管理员、软件工程师和水电站职工群等，主要完成整个系统的设计、管理、维护、应用和实施。

图2 内外通信互联的层次化网络拓扑结构图

从图2可知，内部数据通信系统的构架模式是采用了C/S的构架模式，而外部数据通信系统采用基于B/S的构建模式。内部数据通信系统与外部数据通信系统之间采用了SQL数据引擎与WEB应用层链接，同时应用层采用了基于ASP.NET的空间设计技术以提高其安全性能。

3.2 内外通信互联的应用层设计技术

由于电网监控中心、WEB生产管理系统、大坝安全管理系统等平台的客户群访问数据库时需要经过WEB应用服务器，WEB应用服务器中安装了由ASP.NET开发的应用组件[4]，WEB应用层采用ASP.NET的空间设计技术，它由业务外观空间、业务逻辑空间、数据访问空间、通用配置空间等组成，各个空间层次关系如图3所示。

图3 WEB应用层结构关系图

对各个空间组件进行基于类的设计，形成了基于面向对象的空间层次结构，如图4所示。

图4 内外通信互联的类层次结构图

从图4可知，数据层和数据访问层作为内部数据通信类层，系统框架层和业务逻辑层为互联类层，而业务逻辑层、业务外观层和WEB表示层可以作为外部数据通信类层。采用层次化类的设计其优点在于，当用户数据经过WEB表示层、业务外观空间、业务逻辑空间访问内部数据通信类层时，必须先经过互联类层。因此可以在互联类层的系统框架层和业务逻辑层的空间中进行安全设计。具体设计方法是∶在ASP.NET里面Crypttography命名空间下定义了3种类型的加密方法，对称加密，MD5加密和哈希加密，该系统应用了前两种，同时加入界面的登录验证。

3.3 内外通信互联的数据库和目录管理技术

由于水电站计算机监控的状态数据量比较大，如果把各种数据信息的内容全部保存在商业数据库中，必定占用大量的历史数据库空间资源。为此在存储文件、空间、视频等特殊数据信息时只存储文件的访问路径、标题和时间等信息，而不保存信息具体的内容，通过现地控制单元软件平台上传的信息以文件的形式保存在WEB服务器的硬盘中。由数据库表存储基本数据，而将具体内容以文件形式保存在硬盘中，并通过路径、目录以及文件名等信息将数据库与文件集成链接，这样不但节约了历史数据库宝贵的空间资源，而且通过上传附加文件的形式，把主文件和多个附加文件做好超级链接后一起上传，从而很好地解决了特殊信息内容中需要二级或多级链接的问题。数据库与文件集成化数据存储模型如图5所示。

图5 历史数据库与文件集成化数据存储模型

珊溪水力发电厂的历史数据库表的创建也保存在目录管理中，可以采用通用数据库语言SQL语言[6]来创建数据表。当数据表创建后，就可以对实时数据表进行目录备份了。珊溪水力发电厂的通信系统历史数据采用了ftp目录备份工具进行备份，将主机（原历史服务器）中需要备份的历史数据拷贝到新的历史服务器对应的目录中。注意∶拷贝过程中，部分文件要拷贝完全。打开ftp工具，在“会话”中选择“快速连接”，在弹出对话框中，“服务器”栏填写历史服务器或主机（原历史服务器）ip地址，“用户名”栏填写 mysql，“密码”栏填写 mysql，点击“连接”。连接正常后，右边栏应该是历史服务器或主机（原历史服务器的）的home/mysql目录，在该目录下选择home/mysql/product/data/nariMap目录，选择需要备份的历史数据进行拷贝。例如要备份2011年历史数据，以模拟量为例，其文件如下∶

4 应用和维护

4.1 主要特点

系统改造升级后的主要特点包括∶

（1）从硬件和软件两个方面进行了更新改造，同时对控制系统进行重新配置，提高了LCU层和控制中心的通信效率。

（2）在方案设计上分为内部通信和外部通信两个部分，在保证了内部通信安全性的同时，采用多种加密技术保证了外部通信的安全，使电网监控中心、WEB生产管理系统、大坝安全管理系统等平台能够共享监控数据。

（3）采用商业数据库和目录管理相互结合的方式，增强了历史数据的运行、管理和维护功能。

4.2 运行维护

由于水电站的数据量比较大，运行时间越长，数据库就会越大，为了防止数据库的无限膨胀，通信系统的历史数据库管理系统对数据采用了自动维护方式。根据珊溪水力发电厂的运行要求，定时采集的数据在数据库中保存了15d，15d后其数据的采样频率改为5min一点，30d后改为10min一点，60d后改为30min一点。180d后数据将被删除。

对各种信息保存时间也不一样，一般一览表信息仅保存最近10000条记录，状态变位、辅助设备启停等事件数据信息保存2年，统计信息保存2年。

珊溪水力发电厂通信系统的历史数据库维护操作由历史数据库管理系统自动完成，无需人为干预。

珊溪水力发电厂通信系统的历史数据库在主/从方式下，由历史数据库管理系统决定主/从状态，实时数据库数据发布系统与主历史服务程序链接和交换数据[7]。主/从数据库之间的数据备份由历史数据库管理系统自动完成。Java应用接口也会自动判别主/从状态，并始终与主历史数据库服务器保持链接，保证查询结果的可靠。

5 结语

珊溪水力发电厂通信系统的升级与改造成功主要有两个方面，一方面从硬件上选用了最新的硬件设备，性能优良。其次软件开发选用了最新的关键技术，并在实践应用中针对珊溪水力发电厂的实际情况进行了优化配置、设计和开发。由于计算机技术不断在发展，综合自动化要求也在不断提高，将在以后的实践中加强研究，且对珊溪水力发电厂的通信系统进行不断地升级。

[1]杨 武.水电站综合自动化数据库管理系统的研究[J].机电工程技术，2008（7）：33-35.

[2]徐金寿，张仁贡.水电站计算机监控技术与应用[M].杭州：浙江科学技术出版社，2007.

[3]张仁贡.水电站动力特性分析软件的开发与应用[J].水利水电技术，2006（8）：68-70.

[4]American Institute of down-to-earth quality of learning.Microsoft SQL Server 2005Based Technology[M].World Book Publishing Company，2007.

[5]Wiley-Wrox.Beginning Database Design[M].E-books，2008.

[6]王 娟，邱宏茂，刘俊民，等.一种数据库记录迁移和清除机制的实现[J].核电子学与探测技术，2008（5）：608-611.

[7]朱 亮，刘椿年，王士军.关系数据库中基于区域聚类的多区域查询优化[J].北京工业大学学报，2008（7）：773-779.

TP315

B

1672-5387（2014）02-0020-04

2014-01-11

国家自然科学基金（60874074）；国家“十二五”科技支撑计划课题（2012BAD10B01）

刘仙玉（1945-），男，高级工程师，研究方向∶水电站运行与管理。