摘要：介绍了先进的全开放分层分布式微机监控系统在鸡冠岩电站的应用，系统主控级设备采用多线程技术进行软件编程，现地控制级设备则采用新型的一体化工作站和ＰＬＣ进行组合，两级设备通过高速以太网进行互连，系统安全、稳定性高，数据传输快，操作直观简便。
关键词：微机监控 多线程 开放系统 全分布
１概述
鸡冠岩电站共装有４台水轮发电机组，总装机容量为０．９ＭＷ，分别有１１０、１０、０．４ｋＶ母线各一条，机组出口１０ｋＶ母线通过升压变压器与１１０ｋＶ母线连接，电能经１１０ｋＶ出线送入电网。微机监控系统设计目标是：（１）电站按少人值班进行总体设计和系统配置，不设常规控制系统；（２）电站的日常运行完全依靠计算机系统，继电保护装置的动作和故障信息通过串行通讯口与监控系统通讯；（３）对全厂各种运行设备的状态及工况进行全面监视；（４）实现对发、输电设备的自动化操作和控制；（５）当各运行设备出现运行异常或运行参量超出正常运行值时进行语音、图形、文字报警；（６）实现各种采集数据的二次计算及历史数据的处理；（７）系统采用全开放分层分布式冗余配置，在主控级设备或通讯网络故障时，现地控制单元均能独立完成监控操作；（８）分布式数据库及模块化、化的设计，使系统更能适应功能的增加和规模的扩充。
２微机监控系统硬件
微机监控系统模式采用当前国际上流行的全开放分层分布式新一代微机监控系统。按电站的控制层次和对象，系统共分为两层。
２．１系统主控级
系统主控级设备包括一台配备２１寸高分辨率显示器的工业控制计算机、Ａ３宽幅针式打印机、调制解调器、语音报警装置、ＵＰＳ、ＧＰＳ时钟装置等设备。
主控级配置一台高性能工业控制计算机完全能胜任对已经由分散在现地控制单元中的一体化工作站处理过的监视和控制等数据的处理。通过语音处理利用汉语普通话，可以对电站故障和事故发语音告警信号。利用调制解调器，通过专用线路，可使电站与调度中心保持联系，传送电站数据接收调度指令。系统采用ＧＰＳ卫星同步时钟设备作为接入一个标准时钟，通过ＲＳ４８５网络使监控系统中各节点设备能够接收标准时钟输出的串行数字对时信号和脉冲对时信号，以供主控级计算机和现地控制级ＩＰＣ、ＰＬＣ进行对时，以确保各ＳＯＥ事件顺序记录具有统一的时基。
２．２现地控制级
电站现地控制单元包括４面机组顺控屏和１面公用屏和其它一些辅助控制屏。
各现地控制单元内的一体化工作站与上层的主控级计算机连接在同一局域网上，实现资源的共享及分布处理，而一体化工作站又与机组ＰＬＣ及各信号装置、采集装置等设备通过串行工业总线连接，其在这一中起到桥梁与分隔的作用。另一方面有了它能使各现地控制单元实现数据分布处理并独立完成控制任务，这种数据与功能的分布性带来了更高的可靠性与灵活性，也有利于电站微机监控系统的分步实施与投运。
２．２．１机组顺控屏
每面机组顺控屏中主要有一体化工作站、不间断电源、微机自动准同期装置、机组转速信号器、剪断销信号器、温度巡检仪、综合电量采集、ＰＬＣ等装置，各装置的硬件连接组成如图１所示。每台机组配备一套微机自动准同期装置完成机组并网操作。每台机组还单独配置一套综合电量采集装置，使用单独的ＰＴ进行数据测量，保证采集的数据准确可靠。
２．２．２公用屏
公用屏中主要装置有一体化工作站、不间断电源、手动准同期装置、综合电量采集、ＰＬＣ。屏柜中各装置的硬件连接组成类似图１所示，在此不再重复。公用屏中设置了一套手动准同期装置，能够在机组微机自动准同期装置故障的时候通过选择开关选择相应的同期点完成机组的并网操作。
２．３系统网络系统中选用１０Ｍｂｐｓ以太网，采用总线型网络拓扑，此简单且可扩充性好，当需要增加节点时，只需在总线上增加一个分支接口便可与节点相连，当总线负载过重时还可以扩充总线，符合监控系统开放性设计要求。监控系统通讯组网图如图２所示。
３多线程技术在鸡冠岩电站微机监控系统中实现
３．１多线程技术概述及其优点
监控系统的各功能模块，都是按照进程来编制的。进程就是应用程序在一个数据集合上的一次动态执行过程。一个任务只会有一个进程，系统中每一个进程都在自己独立的内存地址空间运行，每个进程又可以同时执行多个线程，但有且只有一个主线程，各线程可分别完成不同的功能。线程是操作系统分配ＣＰＵ时间的基本实体，每个线程占用的ＣＰＵ时间由系统分配，系统不停的在线程之间切换，进程中的线程共享进程的虚拟地址空间，可以访问进程的资源，处于并行执行状态。每个线程可以指定优先级，优先级高的线程调用次数比优先级低的线程频繁。在对监控系统编程过程中充分利用多线程技术的优势，可极大提高稳定、安全和高效性。
在传统的ＤＯＳ操作系统下，应用程序处在单任务单一线程运行过程，每个程序的运行都是抢先式，即占据整个系统资源，同一时间内其它程序无法运行。在１６位Ｘ－Ｗｉｎｄｏｗ系统中，多任务处理功能也具有很多局限性，主要表现为每个应用程序都有其自己的消息，当应用程序响应一条消息并返回等待状态时，它将会变成程序列表中的最后一个进程，等待着处理其它的消息，执行处理复杂事件的应用程序时，其它的应用程序必须等待，此时敲击键盘或鼠标，不会立即反应，当执行一个非常耗时的应用程序时，等待的时间是令人难以接受的。鸡冠岩电站微机监控系统主控机采用３２位ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＷｉｎｄｏｗｓＮＴＳｅｒｖｅｒ４．０分时多任务实时操作系统作为系统平台，其突出特点是健壮性和稳定性，程序对ＣＰＵ的占用时间由系统决定，系统可同时运行多个进程，每个进程又可同时执行多个线程，本进程的崩溃不会影响其它进程正常工作，从而不会造成整个系统“死机”。
３．２Ｄｅｌｐｈｉ中多线程序的实现方法
解决分布式实时任务的问题，必须采用多线程处理方案。它可极大程度地避免瓶颈，除具有灵活的任务管理功能外，还可实现多重处理。多线程技术可以通过线程包的设计来实现。线程包就是供用户或程序员调用的关于线程的一组系统调用（或原语）。线程的管理方法有静态方法和动态方法两种。在处理分布式实时多任务时，一般采用的是动态方法，即在任务的执行时创建或撤消一个线程。系统调用（即线程创建）需要指明线程的主程序、栈的大小、优先级和一些其它参数。该调用返回一个线程的标识号，用于以后有关该线程的调用。线程包的实现有两种方法：一种是在用户空间实现，另一种是用操作系统内核来实现。在内核实现线程的方法中，由于由内核来管理线程，因此不需要运行系统，当进程想创建或撤消一个线程时，只需要做一次系统调用即可。Ｄｅｌｐｈｉ是Ｂｏｒ／ｌａｎｄ公司开发的一种先进的可视化编程环境。在Ｄｅｌｐｈｉ中，其线程是用于运行代码的Ｗｉｎ３２对象，每个进程产生时都有一个线程，即主线程。一个进程上可以有多个线程，这些线程可以共享同一进程空间且可并发执行。当主线程结束时，便标志着应用程序的结束，相应的进程便会从系统中卸载。因此Ｄｅｌｐｈｉ是使用操作系统内核来实现线程包的。为了管理所有线程，内核对每个进程都设置一个表，其中包括该进程中每一个线程的入口，每个入口含有线程的寄存器、状态、优先级及其它信息，这些信息与用户级线程相同，只不过它此时保存在内核中而不是在用户空间里。对于大多数应用程序来说，可以在该程序中用一个线程对象来代表一个执行的线程。线程对象封装了线程最常用的必须的方法。Ｄｅｌｐｈｉ的ＴＴｈｒｅａｄ类封装了线程，使用ＴＴｈｒｅａｄ类可以方便地在Ｄｅｌｐｈｉ中创建多线程应用程序。
３．３监控系统中多线程技术的应用
分布式实时多任务系统在工业控制中有着广泛的应用。下面就是利用Ｄｅｌｐｈｉ的多线程技术开发的一个分布式实时多任务多线程系统模型的例子。
定义ＰＬＣ、温度巡检仪通讯采集线程名称为ＣＴｈＦｘ２ｎＷｄＵｔ，线程实例为ＲｕｎＣＴｈＦｘ２ｎＷｄ。
初始化部分为：
ＲｕｎＣＴｈＦｘ２ｎＷｄ：＝ＣＴｈＦｘ２ｎＷｄ．Ｃｒｅａｔｅ（Ｆａｌｓｅ）；
ＲｕｎＣＴｈＦｘ２ｎＷｄ．ＦｒｅｅＯｎＴｅｒｍｉｎａｔｅ：＝Ｆａｌｓｅ；
ＲｕｎＣＴｈＦｘ２ｎＷｄ．Ｐｒｉｏｒｉｔｙ：＝ｔｐＩｄｌｅ；
线程执行部分为：
ｗｈｉｌｅ（ｎｏｔＴｅｒｍｉｎａｔｅｄ）ｄｏｂｅｇｉｎＳｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅ（Ｆｘ２ｎＷｄＣｏｍｍ）；
ｅｎｄ；
运行线程：
ｉｆＲｕｎＣＴｈＦｘ２ｎＷｄ．ＳｕｓｐｅｎｄｅｄｔｈｅｎＲｕｎＣＴｈＦｘ２ｎＷｄ．Ｒｅｓｕｍｅ；
以上多线程技术采用了Ｄｅｌｐｈｉ的ＴＴｈｒｅａｄ类对象，即ＴｈｒｅａｄＯｂｊｅｃｔ。由于各线程都在相互独立的地址空间运行，无资源的共享冲突，故未采用线程互斥访问技术（如Ｌｏｃｋ、Ｕｎｌｏｃｋ、ＷａｉｔＦｏｒ等）。
３．４监控系统主要功能３．４．１数据采集和处理
采集全厂电力生产过程中的模拟量（电量和非电量）、开关量、电能量和温度量等实时数据。由于各设备数据处理要求、采集周期等不同，因此，将电站公用数据处理放在优先级低的线程中处理，而机组部分数据处理放在优先级高的线程中处理。
３．４．２人机接口
通过多窗口系统实时监视电力生产现场运行设备的运行状况，对运行日志报表、统计报表、模拟量越限报表、事故记录及控制操作报表、系统状况自诊断等进行显示、打印、存盘保存操作。
３．４．３控制操作
完成全厂机组的开停机（开停机过程和开机条件可视化）操作，电气一次设备运行方式倒换操作和断路器、隔离开关、接地刀闸的控制操作。
３．４．４趋势分析与处理
系统对机组各部位温度量的具有测点温度变化趋势的监视预测、分析、报警和处理功能。当监测到机组某点温度越高限或梯度限定值，立即进行快速扫查，启动快速记录，登录越限报警报表和快速记录报表，并启动机组冷却水系统的自动倒换处理流程，加速机组各部位的冷却。若确认机组三部轴承（推力、上导、水导）温度有两点越高限，则启动温度保护控制流程，将机组解列停机。
３．４．５事故追忆
设备发生事故后，系统将立即对事故相关量在事故发生前后一段时间内进行快速追忆记录，并对运行设备保护装置的动作状况和运行设备的运行状况进行事件记录。
３．４．６智能报警
系统可根据运行设备发生事故时事件信息和事故电量的变化特性，鉴别分析事故原因、事故类型、事故性质，并自动屏蔽人工模拟的事件信息，实现智能显示报警和语音报警。
３．４．７智能通讯系统
根据多线程多任务之间的独立性，将电站需与ＩＰＣ通讯的设备分组，每一组设备对应一个线程。若设备发生故障，其对应运行的线程将出现异常，但却不影响其它线程正常工作。所有的线程都设计了冗余容错措施。
４微机监控系统运行情况
全开放分层分布式微机监控系统目前已开始广泛应用于水电站综合自动化系统中，其在鸡冠岩电站的应用证明，此微机监控系统设计合理，能完全取代布线逻辑式常规机组自动装置。系统软硬件技术先进，应用功能强，运行性能好，易于操作人员操作，专业技术人员维护方便。由于软硬件均采用开放的通用的计算机技术系统扩充升级简便，运行性能容易得到更进一步的改善，改变了以往实时系统非常专、应用生命周期短、跟不上发展要求的面貌。监控系统投运使鸡冠岩电站自动化运行水平有了全面的提高，为电站实行“无人值班”（少人值守）创造了良好的条件，也减轻了运行人员的劳动强度，提高了水电站的劳动生产率和经济效益，促进了节能增发。
参考文献
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Ｍｕｌｔｉｔｈｒｅａｄｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂａｓｅｄｃｏｍｐｕｔｅｒｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ
ｆｏｒＪｉ｛Ｇｕａｎ｛ＹａｎＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＳｔａｔｉｏｎ
ＺＨＡＮＧＹｕ／ｆｅｎｇ１，ＨＵＳｈｉ／ｚｕｎ２，ＷＡＮＧＤｅ／ｙｉ１，ＪＩＡＲｏｎｇ１
（１．ＸｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｈａａｎｘｉＸｉａｎ７１００４８；２．ＸｉａｎＨｅｎｇｘｉｎＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＳｃｉｅｎｃｅ
ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＬＴＤ，ＳｈａａｎｘｉＸｉａｎ７１００４８）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｎａｄｖａｎｃｅｄｆｕｌｌｏｐｅｎａｎｄｌａｙｅｒｉｎｇｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔｙｐｅｓｃｏｍｐｕｔｅｒｓｕｐｅｒｖｉ／
ｓｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｎＪｉ／Ｇｕａｎ／Ｙａｎｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｅｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍ
ｓｏｆｔｗａｒｅｏｆｔｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｒｏｌｌａｙｅｒｓｅｑｕｉｐｍｅｎｔｗｒｉｔｅｓｉｎｍｕｌｔｉｔｈｒｅａｄｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｌｏｃａｌｃｏｎｔｒｏｌ
ｌａｙｅｒｓｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｄｏｐｔｓｔｈｅａｌｌ／ｉｎ／ｏｎｅｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎａｎｄＰＬＣｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｔｗｏｌａｙｅｒｓｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
ｃｏｎｎｅｃｔｗｉｔｈｓｕｐｅｒｓｐｅｅｄＥｔｈｅｒｎｅｔ．Ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｈａｓｈｉｇｈｓａｆｅｔｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｔｈｅｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｓ
ｑｕｉｃｋ，ｗｏｒｋｉｎｇｉｎｔｅｒｆａｃｅｓｅｔｓｅｎｔｅｎｔｉｏｕｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｕｔｅｒｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ；ｍｕｌｔｉｔｈｒｅａｄｉｎｇ；ｏｐｅｎｓｙｓｔｅｍ；ｆｕｌｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ