基于DEH系統(tǒng)的ETS/METS控制系統(tǒng)技術(shù)升級設(shè)計及應(yīng)用

劉殷俊等

摘要： 施耐德PLC控制系統(tǒng)以太網(wǎng)模塊固件存在信息安全隱患?；贒EH系統(tǒng)的ETS/METS控制系統(tǒng)，硬件升級與軟件優(yōu)化方法，設(shè)計與完善了原ETS控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)備的最優(yōu)更換，優(yōu)化控制策略。該技術(shù)成功應(yīng)用于安慶某電廠，從根本上杜絕了原PLC設(shè)備信息安全隱患，提高了機(jī)組控制系統(tǒng)安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性。

Abstract： There is information security risk in Schneider PLC control system Ethernet module firmware. Through hardware upgrades and software optimization of ETS/METS control system based on DEH system， the original ETS control system is improved， the optimal replacement of the system equipment is realized， and the control strategy is optimized. This technique has been successfully applied in a power plant of Anqing， fundamentally eliminating the information security risk of the original PLC device， and improving the security， reliability and economy of the control system.

關(guān)鍵詞： ETS控制系統(tǒng)；技術(shù)改造；300MW機(jī)組

Key words： ETS control system；technical innovation；300MW unit

中圖分類號：TG385.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）28-0047-02

0 引言

新世紀(jì)以來，電力行業(yè)在深刻汲取電力信息系統(tǒng)有關(guān)網(wǎng)絡(luò)與信息安全事件的基礎(chǔ)上，在全行業(yè)范圍內(nèi)開展了網(wǎng)絡(luò)信息安全的相關(guān)工作，經(jīng)過幾年的努力，電力企業(yè)的信息安全水平得到極大提升。2013年9月，根據(jù)工業(yè)和信息化部《關(guān)于加強(qiáng)工業(yè)控制信息安全管理的通知》和電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)的有關(guān)要求，國家能源局決定對經(jīng)檢驗存在信息安全風(fēng)險的電力工控PLC設(shè)備開展隱患排查及漏洞整改。即：施耐德PLC以太網(wǎng)模塊固件存在安全漏洞。

安慶某電廠300MW機(jī)組ETS/METS系統(tǒng)經(jīng)過多年投產(chǎn)運(yùn)行，其控制系統(tǒng)內(nèi)部元器件逐漸老化，直接影響到了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)整體的平均無障礙時間逐步上升，加上這次的PLC安全漏洞，直接制約到了電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，對于原PLC系統(tǒng)升級更換就凸顯重要，特別是關(guān)鍵電力工控PLC設(shè)備的更換就由顯迫切。本文依托安慶某電廠技術(shù)改造工程，通過基于DEH系統(tǒng)的ETS/METS控制系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的更換和控制程序優(yōu)化流程，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)備的最優(yōu)更換，優(yōu)化控制策略。并從根本上杜絕了原PLC設(shè)備信息安全隱患，為今后進(jìn)行類似機(jī)組的ETS/METS控制系統(tǒng)的更換優(yōu)化提供了技術(shù)借鑒。

1 基于施耐德PLC的ETS/METS控制系統(tǒng)分析

安慶某電廠300MW機(jī)組主機(jī)ETS系統(tǒng)和小機(jī)METS系統(tǒng)PLC控制器均采用施耐德公司Modicon Quantum系列。主機(jī)PLC控制器采用雙機(jī)熱備、遠(yuǎn)程RIO網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具體配置見圖1。小機(jī)PLC控制器為雙機(jī)冗余、本地IO方式配置，具體結(jié)構(gòu)見圖2。

目前存在問題：①目前的ETS控制系統(tǒng)是建廠初期產(chǎn)品，部分設(shè)備已經(jīng)老化，其中Modicon Quantum 140系列11302 DPU已經(jīng)停產(chǎn)，柜內(nèi)部分IO卡件型號已經(jīng)淘汰或停產(chǎn)，造成備件難以購買，系統(tǒng)持續(xù)安全運(yùn)行難以提供可靠保障。②目前大機(jī)PLC系統(tǒng)控制器IO接口模塊CRP93200與擴(kuò)展機(jī)架的IO接口模塊CRA93200之間的連接方式采用的是F型孔式接頭同軸電纜，而同軸電纜諸多問題（電纜彎曲容易產(chǎn)生干擾信號，影響信號傳遞的安全性；F型接頭處理不好，容易松動，等等）已經(jīng)逐步被屏蔽雙絞線或以太網(wǎng)線替代。同軸電纜F型連接頭已成為ETS系統(tǒng)安全運(yùn)行的一大隱患。③系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)比較麻煩目前的ETS系統(tǒng)只有大機(jī)配置的是冗余DPU，小機(jī)配置的是單DPU冗余IO，單DPU冗余IO運(yùn)行存在極大安全隱患，一旦PLC系統(tǒng)出現(xiàn)故障，冗余IO往往很難有效切換，從而影響整個系統(tǒng)運(yùn)行的安全。④另外，原PLC系統(tǒng)只是一個簡單裝置，無上位機(jī)，維護(hù)中的下載修改、運(yùn)行調(diào)試、上位機(jī)遠(yuǎn)程診斷等功能基本無法實(shí)現(xiàn)，目前新上機(jī)組的ETS幾乎都是與DEH一體化控制，老系統(tǒng)也在陸續(xù)進(jìn)行。ETS不再單獨(dú)使用PLC，融入DEH系統(tǒng)是一種趨勢。

更重要是原施耐德PLC存在系統(tǒng)上的安全漏洞，基于上述種種問題，為提高ETS/METS控制系統(tǒng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性，即采用基于DEH系統(tǒng)的ETS/METS控制系統(tǒng)，對原ETS/METS系統(tǒng)進(jìn)行Ovation系統(tǒng)替換原PLC系統(tǒng)的改造。

2 ETS控制系統(tǒng)改造方案設(shè)計

2.1 ETS控制機(jī)柜配置及內(nèi)部布置方案 為了改造徹底、簡化，改造后的Ovation系統(tǒng)采用全新的Ovation控制機(jī)柜。改造后ETS系統(tǒng)配置Ovation系統(tǒng)當(dāng)前市場主流、高性能冗余DPU 1對；并配備4塊高性能Ovation 16通道開關(guān)量輸入卡件，替換PLC原來的2塊高密度32通道DI卡件，更好實(shí)現(xiàn)重要測點(diǎn)的分散排列，提高系統(tǒng)安全性；配備2塊Ovation16通道開關(guān)量輸出卡件，替換原PLC卡件；取消原ETS系統(tǒng)轉(zhuǎn)速箱，改用Ovation高性能測速卡3塊；控制模件布置于機(jī)柜正面，并盡量靠近機(jī)柜下端，以便原現(xiàn)場過來的電纜能直接接到相應(yīng)卡件的端子上，原機(jī)柜背面端子排部分保留；取消原ETS機(jī)柜給控制模件供電的電源配電箱，改用Ovation專用雙冗余的DC24V直流電源系統(tǒng)；電磁閥動作電源配電箱挪至新機(jī)柜的背面布置。endprint

2.2 ETS控制系統(tǒng)改造后的系統(tǒng)架構(gòu) ETS控制系統(tǒng)改造為Ovation系統(tǒng)后，可與原機(jī)組DEH Ovation系統(tǒng)共用1個系統(tǒng)平臺，增加冗余控制器到原DEH系統(tǒng)交換機(jī)之間的連接網(wǎng)線即可（原交換機(jī)端口需要進(jìn)行簡單配置）。改造后ETS系統(tǒng)的邏輯組態(tài)可以在DEH工程師站在線維護(hù)修改及下載，跳機(jī)保護(hù)相關(guān)信號測點(diǎn)可以通過DEH操作站上位機(jī)實(shí)時監(jiān)測，系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)更加方便。

改造后的ETS/METS、DEH系統(tǒng)整體硬件和網(wǎng)絡(luò)配置見圖3。

2.3 改造后的ETS Ovation系統(tǒng)IO站通道的分配 IO模塊通道的分配以原分配方案為參考，并做相應(yīng)優(yōu)化，DI模塊由原PLC的2塊增加到4塊，將部分重要信號更好的分散布置，且DI模塊均具備SOE功能。DO模塊仍采用3塊，通道布置遵循原PLC通道布置方式。另外ETS部分每臺機(jī)組增加Ovation高性能測速卡，取代原系統(tǒng)測速表。

2.4 控制柜的電源配置 改造后的ETS控制柜供電可以直接從原DEH系統(tǒng)電源柜取電，原電源柜目前還有3路備用電源?？刂颇＜闹绷鞴╇姴捎冒鶲vation系統(tǒng)專用雙重冗余直流電源系統(tǒng)。Ovation直流電源系統(tǒng)見圖4。ETS電磁閥交流供電部分仍保留原配電回路，并將原交流電源柜安裝于Ovation控制柜背面。

3 METS控制系統(tǒng)改造方案設(shè)計

3.1 機(jī)柜配置及內(nèi)部布置方案 改造后METS系統(tǒng)配置Ovation系統(tǒng)當(dāng)前市場主流、高性能冗余DPU 1對；并配備3塊高性能Ovation 16通道開關(guān)量輸入卡件，2塊Ovation16通道開關(guān)量輸出卡件，替換原PLC卡件；控制模件布置于機(jī)柜正面，并盡量靠近機(jī)柜下端，以便原現(xiàn)場過來的電纜能直接接到相應(yīng)卡件的端子上，原機(jī)柜背面端子排部分保留；取消原METS機(jī)柜給控制模件供電的電源配電箱，改用Ovation專用雙冗余的DC24V直流電源系統(tǒng)；電磁閥動作電源配電箱挪至新機(jī)柜的背面布置。

3.2 改造后的METS系統(tǒng)的電源配置 該造后的METS控制柜供電同樣直接從原DEH系統(tǒng)電源柜取電。

控制模件的直流供電采用艾默生Ovation系統(tǒng)專用雙重冗余直流電源系統(tǒng)。METS電磁閥交流供電部分仍保留原配電回路，并將原交流電源柜安裝于Ovation控制柜背面。

4 運(yùn)行效果

系統(tǒng)改造完成并經(jīng)過實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的線路搭建，在實(shí)現(xiàn)上文的連接之后，經(jīng)過必要的冗余切換試驗與信號保護(hù)傳動試驗，包括有交流220V電源冗余切換試驗、直流24V電源冗余切換試驗、通訊冗余試驗、跳閘保護(hù)試驗、報警信號試驗、首出信號試驗和在線試驗等多達(dá)二十項試驗之后投入到實(shí)際生產(chǎn)的過程中，取得了調(diào)試的成功，保證系統(tǒng)設(shè)計目的的實(shí)現(xiàn)。后期實(shí)際運(yùn)行過程中，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的掃描周期、速率都較改造前有了很大的提高。確保了機(jī)組的長期穩(wěn)定運(yùn)行，提高了機(jī)組的控制系統(tǒng)智能化水平（基于DEH系統(tǒng)的ETS/METS控制系統(tǒng)，人機(jī)界面更加合理、方便），同時對于提高了機(jī)組的發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，大大降低了其工作強(qiáng)度。

5 結(jié)論

通過本次安慶某電廠300MW機(jī)組的ETS內(nèi)嵌DEH的一體化改造，以安全可靠典型的雙機(jī)冗余保護(hù)方式替代了原施耐德PLC系統(tǒng)，從根本上解決了原系統(tǒng)的安全漏洞隱患、設(shè)備老化故障、備品備件昂貴等諸多問題。運(yùn)行過程中安全、穩(wěn)定。該技術(shù)成功應(yīng)用為兄弟電廠該類系統(tǒng)的改造過程提供了技術(shù)借鑒參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]童龍勝，于峰，李石生.豐城發(fā)電廠熱工保護(hù)系統(tǒng)的分析與完善[J].江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2006，03.

[2]田振宇.火電廠熱工保護(hù)的設(shè)計探討[J].中國電力教育，2009，S2.

[3]王林.某火力電廠機(jī)組控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].安徽工業(yè)大學(xué)，2013.endprint

2.2 ETS控制系統(tǒng)改造后的系統(tǒng)架構(gòu) ETS控制系統(tǒng)改造為Ovation系統(tǒng)后，可與原機(jī)組DEH Ovation系統(tǒng)共用1個系統(tǒng)平臺，增加冗余控制器到原DEH系統(tǒng)交換機(jī)之間的連接網(wǎng)線即可（原交換機(jī)端口需要進(jìn)行簡單配置）。改造后ETS系統(tǒng)的邏輯組態(tài)可以在DEH工程師站在線維護(hù)修改及下載，跳機(jī)保護(hù)相關(guān)信號測點(diǎn)可以通過DEH操作站上位機(jī)實(shí)時監(jiān)測，系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)更加方便。

改造后的ETS/METS、DEH系統(tǒng)整體硬件和網(wǎng)絡(luò)配置見圖3。

2.3 改造后的ETS Ovation系統(tǒng)IO站通道的分配 IO模塊通道的分配以原分配方案為參考，并做相應(yīng)優(yōu)化，DI模塊由原PLC的2塊增加到4塊，將部分重要信號更好的分散布置，且DI模塊均具備SOE功能。DO模塊仍采用3塊，通道布置遵循原PLC通道布置方式。另外ETS部分每臺機(jī)組增加Ovation高性能測速卡，取代原系統(tǒng)測速表。

2.4 控制柜的電源配置 改造后的ETS控制柜供電可以直接從原DEH系統(tǒng)電源柜取電，原電源柜目前還有3路備用電源?？刂颇＜闹绷鞴╇姴捎冒鶲vation系統(tǒng)專用雙重冗余直流電源系統(tǒng)。Ovation直流電源系統(tǒng)見圖4。ETS電磁閥交流供電部分仍保留原配電回路，并將原交流電源柜安裝于Ovation控制柜背面。

3 METS控制系統(tǒng)改造方案設(shè)計

3.1 機(jī)柜配置及內(nèi)部布置方案 改造后METS系統(tǒng)配置Ovation系統(tǒng)當(dāng)前市場主流、高性能冗余DPU 1對；并配備3塊高性能Ovation 16通道開關(guān)量輸入卡件，2塊Ovation16通道開關(guān)量輸出卡件，替換原PLC卡件；控制模件布置于機(jī)柜正面，并盡量靠近機(jī)柜下端，以便原現(xiàn)場過來的電纜能直接接到相應(yīng)卡件的端子上，原機(jī)柜背面端子排部分保留；取消原METS機(jī)柜給控制模件供電的電源配電箱，改用Ovation專用雙冗余的DC24V直流電源系統(tǒng)；電磁閥動作電源配電箱挪至新機(jī)柜的背面布置。

3.2 改造后的METS系統(tǒng)的電源配置 該造后的METS控制柜供電同樣直接從原DEH系統(tǒng)電源柜取電。

控制模件的直流供電采用艾默生Ovation系統(tǒng)專用雙重冗余直流電源系統(tǒng)。METS電磁閥交流供電部分仍保留原配電回路，并將原交流電源柜安裝于Ovation控制柜背面。

4 運(yùn)行效果

系統(tǒng)改造完成并經(jīng)過實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的線路搭建，在實(shí)現(xiàn)上文的連接之后，經(jīng)過必要的冗余切換試驗與信號保護(hù)傳動試驗，包括有交流220V電源冗余切換試驗、直流24V電源冗余切換試驗、通訊冗余試驗、跳閘保護(hù)試驗、報警信號試驗、首出信號試驗和在線試驗等多達(dá)二十項試驗之后投入到實(shí)際生產(chǎn)的過程中，取得了調(diào)試的成功，保證系統(tǒng)設(shè)計目的的實(shí)現(xiàn)。后期實(shí)際運(yùn)行過程中，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的掃描周期、速率都較改造前有了很大的提高。確保了機(jī)組的長期穩(wěn)定運(yùn)行，提高了機(jī)組的控制系統(tǒng)智能化水平（基于DEH系統(tǒng)的ETS/METS控制系統(tǒng)，人機(jī)界面更加合理、方便），同時對于提高了機(jī)組的發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，大大降低了其工作強(qiáng)度。

5 結(jié)論

通過本次安慶某電廠300MW機(jī)組的ETS內(nèi)嵌DEH的一體化改造，以安全可靠典型的雙機(jī)冗余保護(hù)方式替代了原施耐德PLC系統(tǒng)，從根本上解決了原系統(tǒng)的安全漏洞隱患、設(shè)備老化故障、備品備件昂貴等諸多問題。運(yùn)行過程中安全、穩(wěn)定。該技術(shù)成功應(yīng)用為兄弟電廠該類系統(tǒng)的改造過程提供了技術(shù)借鑒參考。

參考文獻(xiàn)：

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[2]田振宇.火電廠熱工保護(hù)的設(shè)計探討[J].中國電力教育，2009，S2.

[3]王林.某火力電廠機(jī)組控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].安徽工業(yè)大學(xué)，2013.endprint

2.2 ETS控制系統(tǒng)改造后的系統(tǒng)架構(gòu) ETS控制系統(tǒng)改造為Ovation系統(tǒng)后，可與原機(jī)組DEH Ovation系統(tǒng)共用1個系統(tǒng)平臺，增加冗余控制器到原DEH系統(tǒng)交換機(jī)之間的連接網(wǎng)線即可（原交換機(jī)端口需要進(jìn)行簡單配置）。改造后ETS系統(tǒng)的邏輯組態(tài)可以在DEH工程師站在線維護(hù)修改及下載，跳機(jī)保護(hù)相關(guān)信號測點(diǎn)可以通過DEH操作站上位機(jī)實(shí)時監(jiān)測，系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)更加方便。

改造后的ETS/METS、DEH系統(tǒng)整體硬件和網(wǎng)絡(luò)配置見圖3。

2.3 改造后的ETS Ovation系統(tǒng)IO站通道的分配 IO模塊通道的分配以原分配方案為參考，并做相應(yīng)優(yōu)化，DI模塊由原PLC的2塊增加到4塊，將部分重要信號更好的分散布置，且DI模塊均具備SOE功能。DO模塊仍采用3塊，通道布置遵循原PLC通道布置方式。另外ETS部分每臺機(jī)組增加Ovation高性能測速卡，取代原系統(tǒng)測速表。

2.4 控制柜的電源配置 改造后的ETS控制柜供電可以直接從原DEH系統(tǒng)電源柜取電，原電源柜目前還有3路備用電源。控制模件的直流供電采用艾默生Ovation系統(tǒng)專用雙重冗余直流電源系統(tǒng)。Ovation直流電源系統(tǒng)見圖4。ETS電磁閥交流供電部分仍保留原配電回路，并將原交流電源柜安裝于Ovation控制柜背面。

3 METS控制系統(tǒng)改造方案設(shè)計

3.1 機(jī)柜配置及內(nèi)部布置方案 改造后METS系統(tǒng)配置Ovation系統(tǒng)當(dāng)前市場主流、高性能冗余DPU 1對；并配備3塊高性能Ovation 16通道開關(guān)量輸入卡件，2塊Ovation16通道開關(guān)量輸出卡件，替換原PLC卡件；控制模件布置于機(jī)柜正面，并盡量靠近機(jī)柜下端，以便原現(xiàn)場過來的電纜能直接接到相應(yīng)卡件的端子上，原機(jī)柜背面端子排部分保留；取消原METS機(jī)柜給控制模件供電的電源配電箱，改用Ovation專用雙冗余的DC24V直流電源系統(tǒng)；電磁閥動作電源配電箱挪至新機(jī)柜的背面布置。

3.2 改造后的METS系統(tǒng)的電源配置 該造后的METS控制柜供電同樣直接從原DEH系統(tǒng)電源柜取電。

控制模件的直流供電采用艾默生Ovation系統(tǒng)專用雙重冗余直流電源系統(tǒng)。METS電磁閥交流供電部分仍保留原配電回路，并將原交流電源柜安裝于Ovation控制柜背面。

4 運(yùn)行效果

系統(tǒng)改造完成并經(jīng)過實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的線路搭建，在實(shí)現(xiàn)上文的連接之后，經(jīng)過必要的冗余切換試驗與信號保護(hù)傳動試驗，包括有交流220V電源冗余切換試驗、直流24V電源冗余切換試驗、通訊冗余試驗、跳閘保護(hù)試驗、報警信號試驗、首出信號試驗和在線試驗等多達(dá)二十項試驗之后投入到實(shí)際生產(chǎn)的過程中，取得了調(diào)試的成功，保證系統(tǒng)設(shè)計目的的實(shí)現(xiàn)。后期實(shí)際運(yùn)行過程中，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的掃描周期、速率都較改造前有了很大的提高。確保了機(jī)組的長期穩(wěn)定運(yùn)行，提高了機(jī)組的控制系統(tǒng)智能化水平（基于DEH系統(tǒng)的ETS/METS控制系統(tǒng)，人機(jī)界面更加合理、方便），同時對于提高了機(jī)組的發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，大大降低了其工作強(qiáng)度。

5 結(jié)論

通過本次安慶某電廠300MW機(jī)組的ETS內(nèi)嵌DEH的一體化改造，以安全可靠典型的雙機(jī)冗余保護(hù)方式替代了原施耐德PLC系統(tǒng)，從根本上解決了原系統(tǒng)的安全漏洞隱患、設(shè)備老化故障、備品備件昂貴等諸多問題。運(yùn)行過程中安全、穩(wěn)定。該技術(shù)成功應(yīng)用為兄弟電廠該類系統(tǒng)的改造過程提供了技術(shù)借鑒參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]童龍勝，于峰，李石生.豐城發(fā)電廠熱工保護(hù)系統(tǒng)的分析與完善[J].江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2006，03.

[2]田振宇.火電廠熱工保護(hù)的設(shè)計探討[J].中國電力教育，2009，S2.

[3]王林.某火力電廠機(jī)組控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].安徽工業(yè)大學(xué)，2013.endprint