火電廠實(shí)時(shí)系統(tǒng)建設(shè)中控制系統(tǒng)安全性的實(shí)現(xiàn)

-z.火電廠實(shí)時(shí)系統(tǒng)建立中控制系統(tǒng)平安性的實(shí)現(xiàn)摘要大型火力發(fā)電機(jī)組的實(shí)時(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)平安包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的平安和現(xiàn)場(chǎng)DCS系統(tǒng)的平安，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的平安是實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中考慮的，而現(xiàn)場(chǎng)DCS系統(tǒng)的平安則是本質(zhì)的和關(guān)鍵的，本文從我廠兩種DCS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)平安和實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)DCS的影響而產(chǎn)生的平安隱患，論述了平安性設(shè)計(jì)的必要性，并提出了具體可行的方案，最終在我廠得到了實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵詞實(shí)時(shí)平安性能網(wǎng)絡(luò)一引言電廠MIS的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)電廠管理現(xiàn)代化的重要手段，是電廠創(chuàng)一流達(dá)標(biāo)的必備條件，實(shí)時(shí)系統(tǒng)的建立是一個(gè)主要的應(yīng)用系統(tǒng)，是實(shí)用化驗(yàn)收必不可少的。在實(shí)時(shí)系統(tǒng)建立中，除了軟硬件的可靠運(yùn)行外，應(yīng)充分考慮信息的平安性問題，包括信息的采集，保存，訪問和傳輸中的平安問題，在準(zhǔn)確，及時(shí)采集數(shù)據(jù)的同時(shí)，絕對(duì)不能影響DCS等現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而只能是監(jiān)視，不能有對(duì)控制系統(tǒng)任何的影響。由于實(shí)時(shí)系統(tǒng)面對(duì)的是對(duì)電廠生產(chǎn)和日常管理，與控制系統(tǒng)有嚴(yán)密的聯(lián)系，任何失誤都可能造成較嚴(yán)重的后果。DCS系統(tǒng)明確可靠的平安連接方式對(duì)整個(gè)系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠的運(yùn)行，對(duì)保證企業(yè)的日常管理工作的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，具有重大的意義。二數(shù)據(jù)采集及訪問方式實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集通常采用的方式有：文件訪問、數(shù)據(jù)包、串口連接等，以下通過分析我廠8、9、10機(jī)組采用的新華控制系統(tǒng)和12機(jī)組采用的INFI-90控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問方式，得出在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中選擇的最平安的訪問方式。新華共提供三種方案，一是文件傳送方式，采用在網(wǎng)絡(luò)上通過網(wǎng)橋的方式，實(shí)現(xiàn)文件共享，中間采用病毒防火墻隔離，特點(diǎn)是速度快，直觀；其二是采用網(wǎng)絡(luò)中通過TCP/IP方式進(jìn)展數(shù)據(jù)包發(fā)送，即只要在同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)的站點(diǎn)均可以接收數(shù)據(jù)，MIS與DCS網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)置可不處于同一個(gè)網(wǎng)段〔即發(fā)送的MIS網(wǎng)絡(luò)與DCS隔離〕；其三是本方案采用的串口數(shù)據(jù)傳輸方案，實(shí)現(xiàn)DCS系統(tǒng)與MIS系統(tǒng)的絕對(duì)隔離，MIS系統(tǒng)只通過串口讀取DCS發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，采用的是國(guó)際通行的modbus通信協(xié)議，不會(huì)對(duì)DCS系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響。#12機(jī)組采用從BAILEY公司的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集ICI01計(jì)算機(jī)專用數(shù)據(jù)采集接口進(jìn)展數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)采集卡是由BAILEY公司提供的，一塊卡上有兩個(gè)串口，任何一個(gè)均可進(jìn)展數(shù)據(jù)采集〔另一個(gè)可用于工程師站〕，而相互之間不會(huì)產(chǎn)生影響；另外一種方式是通過OIS工作站〔操作員站〕的循環(huán)數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過打印機(jī)打印串口讀出。三各種訪問方式對(duì)DCS系統(tǒng)的影響分析1、文件訪問數(shù)據(jù)文件由DCS系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口生成，一般由另外的工業(yè)控制機(jī)接收到，這臺(tái)工業(yè)控制機(jī)上安裝兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器，一個(gè)與現(xiàn)場(chǎng)的DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相連接，一個(gè)與企業(yè)局域網(wǎng)相連，因此，實(shí)時(shí)系統(tǒng)通過局域網(wǎng)最終用共享方式訪問到每隔一定時(shí)間刷新的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)文件。由于存在文件的共享，病毒的侵入是顯而易見的。這種方式下的平安措施是必須通過在完成數(shù)據(jù)接收的工業(yè)控制機(jī)上安裝病毒防火墻軟件來防止病毒的傳入。其可靠性實(shí)現(xiàn)的前提是有專人來不斷的升級(jí)病毒防火墻軟件，同時(shí)必須保證新病毒的入侵永遠(yuǎn)在升級(jí)到最新的防火墻軟件之后，顯然，這是無法百分之百保證的，依然存在不可防止的平安隱患。這種方式的使用在新華公司的用戶中曾造成控制系統(tǒng)的軟件平臺(tái)WindowsNT全部中毒，最后系統(tǒng)全部格式化。2、基于TCP/IP或者UDP協(xié)議進(jìn)展收發(fā)的實(shí)現(xiàn)無論是基于TCP/IP還是UDP協(xié)議，編程人員都需要在OSI(OpenSystemInterconnection)參考模型上定制自己的文件收發(fā)協(xié)議。OSI參考模型根據(jù)層次上下，從低到高依次分為：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層。編程人員可以選擇在層次較高的會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層定制自己的協(xié)議，層次越高實(shí)現(xiàn)起來越容易。本傳輸方式是通過相關(guān)協(xié)議由控制系統(tǒng)提供商從控制系統(tǒng)工程師站機(jī)器上發(fā)送的，工程師站與數(shù)據(jù)接收工業(yè)控制機(jī)處于同一網(wǎng)段內(nèi)。外表上看，病毒不易通過顯性的方式，如文件帶入、傳入〔工程師站不允許上網(wǎng)〕等，但是通過操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)傳播的病毒仍然能影響控制系統(tǒng)，存在平安隱患。這種方式下的平安措施是同樣必須通過在完成數(shù)據(jù)接收的工業(yè)控制機(jī)上安裝病毒防火墻軟件來防止病毒的傳入。存在與用文件方式訪問的同樣的平安隱患。3、串口方式串口方式進(jìn)展的數(shù)據(jù)接收，在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)展數(shù)據(jù)傳遞是平安可靠的，DCS和MIS網(wǎng)絡(luò)之間也不會(huì)有任何影響，其缺點(diǎn)是可能使數(shù)據(jù)傳輸速度受到一定的影響。首先我們分析以下INFI-90系統(tǒng)的通過OIS工作站打印機(jī)串口取數(shù)的方式，該方式首先在OIS工作站設(shè)置LOG文件，完成對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的循環(huán)采集，采集完畢后送到打印機(jī)，打印機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的接收是通過串口進(jìn)展的，因此，通過分析截取到串口中接收到的數(shù)據(jù)信息，能最終得到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)值。這種方式，由于依賴于OIS工作站設(shè)置的循環(huán)采集速度，最終得到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的頻率較低，同時(shí)環(huán)節(jié)過多，最終的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并不可靠。其次是各個(gè)控制系統(tǒng)專用的數(shù)據(jù)訪問設(shè)備及方式〔協(xié)議〕，如新華*DPS2.0系統(tǒng)，采用*DPS(DEH-IIIA)MODBUS協(xié)議，該協(xié)議是標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸速度快，穩(wěn)定性好。INFI-90系統(tǒng)采用INFI-90的TALK90協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸速度同樣穩(wěn)定快速。其實(shí)現(xiàn)方案的示意圖如下圖。從圖中可以看出，該方式實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)局域網(wǎng)的成功隔離，屬于是物理上就實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的隔離，平安性好，無論通過哪種協(xié)議，程序?qū)嵭杏喼崎_發(fā)，可靠性和效率均很高。顯然，這種方式是最為平安的方式。四新華控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)1、通訊端口及協(xié)議說明端口號(hào)1,2,3,或4波特率9600Bd〔最大為19,200〕無校驗(yàn)位NoParity1個(gè)停頓位OneStopBit8個(gè)字符長(zhǎng)度8CharactersOCE方式NoHandshakeMODBUS協(xié)議是一個(gè)通用的面向工業(yè)控制點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，它的主要特點(diǎn)是主從式，在整個(gè)MODBUS網(wǎng)絡(luò)中只有1個(gè)主站，最多允許246個(gè)從站，主站可通過各種命令完成主從之間的數(shù)據(jù)交換。2、*DPS(DEH—IIIA)向工業(yè)控制數(shù)據(jù)采集機(jī)〔主站〕發(fā)送的模擬量和開關(guān)量點(diǎn)定義模擬量：1=AI0001,-100,100,65535,100；測(cè)點(diǎn)名，工程下限，上限，上限時(shí)對(duì)應(yīng)的數(shù)值，倍率；0-65535對(duì)應(yīng)全量程范圍或放大100倍〔當(dāng)收到/發(fā)送2字節(jié)為0對(duì)應(yīng)模擬量值為-100，2字節(jié)為65535對(duì)應(yīng)模擬量值為100〕2=AI0002,0,100,4096,1003=AI0003,-100,200,65535,10```256＝AI00256,0,600,65535,10開關(guān)量：1=DI00012=DI00023=DI00034=DI0004```256=DI00256五INFI-90控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)1、數(shù)據(jù)接口板及設(shè)置數(shù)據(jù)采集確定通過DCS控制系統(tǒng)INFI-90的DCS系統(tǒng)的ICI01計(jì)算機(jī)專用接口讀取數(shù)據(jù)。INFI-90是美國(guó)貝利控制公司研制的新型集散控制系統(tǒng)。它是計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)和圖象顯示技術(shù)的結(jié)合，是集過程控制、過程管理為一體的現(xiàn)代化過程控制與管理系統(tǒng)。INFI-90系統(tǒng)主要由過程控制單元PCU、操作員接口站OIS、計(jì)算機(jī)接口CIU和把它們聯(lián)成一個(gè)系統(tǒng)的通訊環(huán)路以及作為應(yīng)急手段的模擬控制站SAC和數(shù)字邏輯站DLS組成。INFI-90網(wǎng)主環(huán)能帶多達(dá)250個(gè)節(jié)點(diǎn)，多個(gè)子環(huán)通過就地和遠(yuǎn)程接口與主環(huán)相連。每個(gè)子環(huán)能帶多達(dá)250個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)主環(huán)最多聯(lián)接250個(gè)子環(huán)，這樣整個(gè)系統(tǒng)有帶62500個(gè)節(jié)點(diǎn)的能力。INFI-90集散控制系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)分成四級(jí)：超級(jí)環(huán)路(INFI環(huán))、廠區(qū)環(huán)路、控制通道、擴(kuò)展總線。我們以串行口形式解決微機(jī)與集散控制系統(tǒng)間通信問題，硬件采用通用的串行接口標(biāo)準(zhǔn)RS232-C，由通信接口實(shí)現(xiàn)微機(jī)集散控制系統(tǒng)之間的信息傳輸。對(duì)INFI-90集散控制系統(tǒng)的通訊接口模塊IMCPM02進(jìn)展設(shè)置，即對(duì)開關(guān)SW1、SW2設(shè)置如下：SW200111111SW300100110此外，使用9芯通訊電纜線，集散控制系統(tǒng)側(cè)設(shè)有一個(gè)25芯插頭，而微機(jī)側(cè)則設(shè)一個(gè)9芯插頭。2、通訊格式及協(xié)議波特率9600Bd無校驗(yàn)位NoParity1個(gè)停頓位OneStopBit8個(gè)字符長(zhǎng)度8CharactersOCE方式NoHandshake協(xié)議符合ABBBailey公司TALK90協(xié)議。詳細(xì)可參閱文獻(xiàn)[]。3、數(shù)據(jù)點(diǎn)的讀取計(jì)算機(jī)在CIU中可以建立多達(dá)10000點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫，計(jì)算機(jī)可以用數(shù)據(jù)采集命令訪問此數(shù)據(jù)庫。CIU能向INFI-90系統(tǒng)模件卸載控制策略的組態(tài)，也能用此接口從計(jì)算機(jī)上讀塊的輸出。一塊板上的兩個(gè)串口之間不會(huì)相互影響。六結(jié)論通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，采用從新華或者INFI-90DCS分布式控制系統(tǒng)提供的計(jì)算機(jī)接口直接讀取數(shù)據(jù)，讀取頻率可以控制，準(zhǔn)確可靠，終端數(shù)量不受限制，尤其是串口通訊方式，保證其平安性，不會(huì)對(duì)DCS系統(tǒng)產(chǎn)生影響，同時(shí)數(shù)據(jù)上網(wǎng)平臺(tái)與現(xiàn)有的MIS網(wǎng)絡(luò)很好的兼容，為MIS系統(tǒng)的開發(fā)提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)源。1、*鑫，計(jì)算機(jī)分散控制系統(tǒng)，，水利電力，1993.1－102、鐘霖田，DCS應(yīng)用與開展，**大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，〔10〕，350－3573、馬思樂，DCS系統(tǒng)與MIS通信方法分析，電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1998，22(4),73-754、.*inhua