开放式计算机监控网络在珊溪水利工程中的应用
潘三林1 吴正义2
（1赵山渡水力发电厂，浙江省瑞安市 325211）
（2 国电自动化研究院，江苏省南京市 210003）
摘要 珊溪水利枢纽工程地质条件复杂，光纤线路较长，自动化元器件分布较广，需要解决的技术问题很多，通过分析认为网络和厂级计算机监控系统的可靠性是实现远方控制的难点和重点，决定了整个枢纽计算机控制系统的运行可靠性。最终决定三地网络建设成为环网，计算机监控系统采用全分布开放式系统。
关键词 全分布开放式监控系统；开放式计算机监控网络；温控中心；赵山渡电厂；珊溪电厂；渠系管理控制中心
0 工程概况
浙江珊溪水利枢纽工程是全国重点工程，它包括珊溪水力发电厂、温州赵山渡水力发电厂、温州引水渠系管理处。珊溪水力发电厂位于温州飞云江干流上游，装机容量为20万千瓦，年发电量3.55亿千瓦时，它以发电为主，具有防洪、灌溉功能，在华东电网具有调频、调峰的功能；温州赵山渡水力发电厂位于飞云江干流中游，装机容量2万千瓦，年发电量5140万千瓦时，它是一个以供水、灌溉为主结合发电综合利用的大（2）型水利工程；引水渠系每年可供水量13.4亿方，直接受益人口300万人，灌溉面积100万亩。
温州管理控制中心（下称“温控中心”）由计算机网络系统、电厂计算机监控系统、引水渠系监控系统、MIS系统、水情测报系统、工业电视系统、程控交换机系统、光纤通信系统、不停电电源系统和综合布线系统组成。温控中心承担着飞云江流域的珊溪电厂和赵山渡电厂及引水渠系的生产运行管理。
1 监控系统设计原则和基本要求
1.1 根据电力部计算机监控系统应用规划和浙江省电力公司要求，并且结合电厂的实际情况，按照全厂综合自动化以计算机监控为主，常规控制为辅的原则进行总体设计和系统配置。电厂今后逐步向少人值班过渡，最终达到无人值班。
1.2 系统应高度可靠，并且有足够的冗余配置，计算机系统的局部故障不会影响现场设备的正常运行，各电厂能够脱离监控中心独立运行。监控系统主机故障时，可手动控制发电机组继续运行。
1.3 要符合国内外水电厂计算机监控系统的发展，具有先进性和向上兼容性。软件应采用模块化、结构化的设计，使其可扩性好，能适应功能的增加和规模的扩充。
1.4 要符合《水力发电厂计算机监控系统设计规定》和《水电厂计算机监控系统设备基本技术条件》。
1.5 监控系统总体结构简单，经济实用。
2 计算机网络系统
温控中心、珊溪电厂和赵山渡电厂三地通过主干网络交换机和光纤通信设备组成企业内部网，企业内部网承担着温控中心与珊溪电厂和赵山渡电厂间高速数据(电厂计算机监控、引水渠系监控、水情测报等信息)、低速数据(MIS信息)、视频(工业电视)信息、音频(行政、调度电话)的综合处理和交换。
主干网络交换机提供交换式虚拟网络，实现高可靠的局域网仿真服务。温控中心、珊溪电厂和赵山渡电厂三地的网络管理，按职能和功能将企业内部网划分为二级网络，一级网即主干网由主干交换机构成，二级网即工作组网为各系统子网，温控中心计算机监控子网、电厂计算机监控子网、引水渠系监控子网、水情测报子网、工业电视子网等，子网内高速交换，子网之间的访问受到管理。根据国家电力监管委员会《电力二次系统安全防护规定》，电力系统生产网络必须与管理网络分离，因此，工业电视子网、MIS系统子网通过电力系统光纤传输设备组网。
网络采用开放式环境下全分布计算机网络系统，以保证系统中选用不同计算机时的互操作性，系统扩展和设备更新时的可移植性。开放式环境应包括开发环境、用户接口环境和系统互连环境，并符合国际开放系统组织推荐的开放环境规范。
温控中心、珊溪电厂和赵山渡电厂三地通过光纤环网连接(详见“光纤环网地理连接图”)以满足与珊溪电厂和赵山渡电厂间数据、视频、音频信息交换。主通道采用4芯单模光缆组成的交换式以太网，备用通道采用系统内各变电站或电力局光纤设备转接。详见“珊溪流域计算机网络结构图”。
2.1 主通道结构
企业内部网主用通道为光纤环网，通过直通光纤、光纤中继器和主干交换机，将温控中心、珊溪电厂 、赵山渡电厂三地计算机监控子网、引水渠系监控子网连接，为数据传输提供主用通道。引水渠系监控子网通过赵山渡电厂工作组交换机接入主干网。因温控中心与珊溪电厂、赵山渡电厂相距较远，根据实际情况，分别在500Kv温州变、飞云变、垂扬变配置单模光纤中继器。
主干网上行通过主干交换机上1000Base-FX接口接两个不同路由方向的光纤通道，下行通过主干交换机上100Base-TX接口与各子系统工作组级交换机和网络管理工作站相连。网络采用交换式以太网技术，主干网网络拓扑结构为环形，工作组网网络拓扑结构为星形，网络高层协议采用TCP/IP协议，符合IEEE802.3、IEEE802.1q等标准。主干交换机具有路由选择功能，配有4口光纤模块与4芯单模光缆环网连接。
2.2 备用通道结构
企业内部网备用通道为SDH光纤传输网，通过电力系统SDH和PCM设备，将温控中心、珊溪电厂 、赵山渡电厂三地计算机监控子网、引水渠系监控子网、水情测报子网、工业电视子网、MIS系统子网、程控交换子网连接，为数据、视频和音频信息提供备用通道。
电厂计算机监控交换机通过路由器和规约转换器接入光纤通信设备2Mbps口，引水渠系监控子网通过赵山渡电厂工作组交换机接入SDH光纤网，水情测报交换机通过路由器和转换器接入光纤通信设备64kbps数据口，工业电视服务器经转换后接入通信设备2Mbps口，程控交换机以环路中继与光纤设备的二线接口相连。
2.3各子系统与网络间的相关连接
珊溪电厂计算机监控系统采用互为冗余的双星形以太网络结构。赵山渡电厂计算机监控系统采用单星形以太网络结构。主用通道为工作组级交换机通过100Base-TX接口与主干交换机相连；备用通道为工作组级交换机通过100M链路与路由器相连，经规约转换器接入SDH光纤设备2M口。
引水渠系监控系统采用单星形以太网络结构。主用通道为引水控制管理中心的渠系工作组级交换机通过赵山渡电厂工作组交换机与主干交换机相连；备用通道为渠系工作组级交换机通过赵山渡电厂工作组交换机与路由器相连，经规约转换器接入SDH光纤设备所接PCM的64kbit/s数据口。
水情测报系统采用星形以太网络结构，主用通道为水情测报中心的水情测报交换机通过100Base-TX接口与主干交换机相连，备用通道为水情测报交换机通过100M链路与路由器相连，经规约转换器接入SDH光纤设备所接PCM的64kbit/s数据口。
电厂监控通信工作站、引水渠系通信工作站、水情测报服务器通过串口与MIS通信工作站通信，向MIS系统提供实时信息查询所需要的数据。
电厂、引水渠系工业电视服务器通过100M链路与转换器相连，接入SDH光纤设备提供的2M口。
温控中心通信网络设备间配有一套全数字程控交换机，提供数字中继接口、环路中继接口和用户接口与珊溪电厂和赵山渡电厂数字程控交换机组网，通道由SDH光纤设备提供，以实现三地调度和行政电话交换。
3 温控中心电厂计算机监控系统
3.1 概况
温控中心电厂计算机监控系统的监控对象为珊溪、赵山渡电厂。两电厂均按“无人值班、少人值守”原则设计，并建立了电站的计算机监控系统。
温控中心通过企业内部网实现与珊溪、赵山渡电厂计算机监控系统的联网，同时实现与两电厂工业电视系统、程控交换系统的联网，完成对两电厂“遥测、遥信、遥视、遥调、遥控”的“五遥”功能。
温控中心电厂计算机监控系统为南京南瑞自动控制有限公司自主研制的NC2000监控系统，该系统为开放式环境下全分布计算机监控系统，以保证系统中选用不同计算机时的互操作性，系统扩展和设备更新时的可移植性。开放式环境应包括应用开发环境、用户接口环境和系统互连环境，并符合国际开放系统组织推荐的开放环境规范。
3.2计算机监控系统结构
温控中心－珊溪－赵山渡计算机监控系统采用按控制对象分布的分层分布式系统结构，全系统由中心级（即中心计算机监控系统）、电厂控制级、单元控制级构成。见“梯级电站计算机监控系统图”。
3.2.1 传输通道
温控中心－珊溪－赵山渡计算机监控系统的信息传输通道采用主、备用通道互为冗余的方式。主用通道为快速交换式以太网，备用通道为SDH光纤传输网。
3.2.2 中心级
中心级由位于温控中心的电厂计算机监控系统组成，承担对珊溪、赵山渡电厂实时信息的采集与监控、调度及转发省调、区调分别对珊溪、赵山渡电厂的调度命令。
3.2.3电厂控制级和单元控制级
珊溪电厂控制级由位于珊溪电厂的监控系统上位机组成，赵山渡电厂控制级由位于赵山渡电厂的监控系统上位机组成。电厂控制级负责电厂的实时监控、接受中心级和省调、区调的调度命令。单元控制级由现地PLC和工控机构成（赵山渡电厂无工控机），主要负责相关控制单元的数据采集与处理和监控。
3.3 温控中心电厂计算机监控系统功能[4]
温控中心电厂计算机监控系统，具有珊溪电厂、赵山渡电厂两个电厂计算机监控系统上位机(即电厂控制级)的所有功能。中心级将根据上级调度(针对珊溪电厂是省调，针对赵山渡电厂是区调)的命令、水情等条件和电厂的实时工况，按照经济和安全准则，制定被控电厂的运行计划，实施对电厂的监控。中心级应具有数据采集与处理、监视与控制、记录、报告、数据通信、系统诊断、软件开发和画面生成、系统扩充、运行管理和操作指导等功能，并将被控电站的有关信息送至上级调度。由于监控系统的分布式体系结构，使单元控制级实时采集的现场的所有数据信息可同时上送电站控制级和中心级，使中心级主机上的信息与电站控制级主机上的信息保持一致。
