基于DEH系统的ETS/METS控制系统技术升级设计及应用

刘殷俊等

摘要： 施耐德PLC控制系统以太网模块固件存在信息安全隐患。基于DEH系统的ETS/METS控制系统，硬件升级与软件优化方法，设计与完善了原ETS控制系统，实现了系统设备的最优更换，优化控制策略。该技术成功应用于安庆某电厂，从根本上杜绝了原PLC设备信息安全隐患，提高了机组控制系统安全性、可靠性、经济性。

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.

关键词： ETS控制系统；技术改造；300MW机组

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

中图分类号：TG385.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）28-0047-02

0 引言

新世纪以来，电力行业在深刻汲取电力信息系统有关网络与信息安全事件的基础上，在全行业范围内开展了网络信息安全的相关工作，经过几年的努力，电力企业的信息安全水平得到极大提升。2013年9月，根据工业和信息化部《关于加强工业控制信息安全管理的通知》和电力二次系统安全防护的有关要求，国家能源局决定对经检验存在信息安全风险的电力工控PLC设备开展隐患排查及漏洞整改。即：施耐德PLC以太网模块固件存在安全漏洞。

安庆某电厂300MW机组ETS/METS系统经过多年投产运行，其控制系统内部元器件逐渐老化，直接影响到了该系统的稳定性，系统整体的平均无障碍时间逐步上升，加上这次的PLC安全漏洞，直接制约到了电厂的安全稳定运行。因此，对于原PLC系统升级更换就凸显重要，特别是关键电力工控PLC设备的更换就由显迫切。本文依托安庆某电厂技术改造工程，通过基于DEH系统的ETS/METS控制系统相关设备的更换和控制程序优化流程，实现了系统设备的最优更换，优化控制策略。并从根本上杜绝了原PLC设备信息安全隐患，为今后进行类似机组的ETS/METS控制系统的更换优化提供了技术借鉴。

1 基于施耐德PLC的ETS/METS控制系统分析

安庆某电厂300MW机组主机ETS系统和小机METS系统PLC控制器均采用施耐德公司Modicon Quantum系列。主机PLC控制器采用双机热备、远程RIO网络结构，具体配置见图1。小机PLC控制器为双机冗余、本地IO方式配置，具体结构见图2。

目前存在问题：①目前的ETS控制系统是建厂初期产品，部分设备已经老化，其中Modicon Quantum 140系列11302 DPU已经停产，柜内部分IO卡件型号已经淘汰或停产，造成备件难以购买，系统持续安全运行难以提供可靠保障。②目前大机PLC系统控制器IO接口模块CRP93200与扩展机架的IO接口模块CRA93200之间的连接方式采用的是F型孔式接头同轴电缆，而同轴电缆诸多问题（电缆弯曲容易产生干扰信号，影响信号传递的安全性；F型接头处理不好，容易松动，等等）已经逐步被屏蔽双绞线或以太网线替代。同轴电缆F型连接头已成为ETS系统安全运行的一大隐患。③系统运行维护比较麻烦目前的ETS系统只有大机配置的是冗余DPU，小机配置的是单DPU冗余IO，单DPU冗余IO运行存在极大安全隐患，一旦PLC系统出现故障，冗余IO往往很难有效切换，从而影响整个系统运行的安全。④另外，原PLC系统只是一个简单装置，无上位机，维护中的下载修改、运行调试、上位机远程诊断等功能基本无法实现，目前新上机组的ETS几乎都是与DEH一体化控制，老系统也在陆续进行。ETS不再单独使用PLC，融入DEH系统是一种趋势。

更重要是原施耐德PLC存在系统上的安全漏洞，基于上述种种问题，为提高ETS/METS控制系统的安全性、可靠性、经济性，即采用基于DEH系统的ETS/METS控制系统，对原ETS/METS系统进行Ovation系统替换原PLC系统的改造。

2 ETS控制系统改造方案设计

2.1 ETS控制机柜配置及内部布置方案 为了改造彻底、简化，改造后的Ovation系统采用全新的Ovation控制机柜。改造后ETS系统配置Ovation系统当前市场主流、高性能冗余DPU 1对；并配备4块高性能Ovation 16通道开关量输入卡件，替换PLC原来的2块高密度32通道DI卡件，更好实现重要测点的分散排列，提高系统安全性；配备2块Ovation16通道开关量输出卡件，替换原PLC卡件；取消原ETS系统转速箱，改用Ovation高性能测速卡3块；控制模件布置于机柜正面，并尽量靠近机柜下端，以便原现场过来的电缆能直接接到相应卡件的端子上，原机柜背面端子排部分保留；取消原ETS机柜给控制模件供电的电源配电箱，改用Ovation专用双冗余的DC24V直流电源系统；电磁阀动作电源配电箱挪至新机柜的背面布置。endprint

2.2 ETS控制系统改造后的系统架构 ETS控制系统改造为Ovation系统后，可与原机组DEH Ovation系统共用1个系统平台，增加冗余控制器到原DEH系统交换机之间的连接网线即可（原交换机端口需要进行简单配置）。改造后ETS系统的逻辑组态可以在DEH工程师站在线维护修改及下载，跳机保护相关信号测点可以通过DEH操作站上位机实时监测，系统运行维护更加方便。

改造后的ETS/METS、DEH系统整体硬件和网络配置见图3。

2.3 改造后的ETS Ovation系统IO站通道的分配 IO模块通道的分配以原分配方案为参考，并做相应优化，DI模块由原PLC的2块增加到4块，将部分重要信号更好的分散布置，且DI模块均具备SOE功能。DO模块仍采用3块，通道布置遵循原PLC通道布置方式。另外ETS部分每台机组增加Ovation高性能测速卡，取代原系统测速表。

2.4 控制柜的电源配置 改造后的ETS控制柜供电可以直接从原DEH系统电源柜取电，原电源柜目前还有3路备用电源。控制模件的直流供电采用艾默生Ovation系统专用双重冗余直流电源系统。Ovation直流电源系统见图4。ETS电磁阀交流供电部分仍保留原配电回路，并将原交流电源柜安装于Ovation控制柜背面。

3 METS控制系统改造方案设计

3.1 机柜配置及内部布置方案 改造后METS系统配置Ovation系统当前市场主流、高性能冗余DPU 1对；并配备3块高性能Ovation 16通道开关量输入卡件，2块Ovation16通道开关量输出卡件，替换原PLC卡件；控制模件布置于机柜正面，并尽量靠近机柜下端，以便原现场过来的电缆能直接接到相应卡件的端子上，原机柜背面端子排部分保留；取消原METS机柜给控制模件供电的电源配电箱，改用Ovation专用双冗余的DC24V直流电源系统；电磁阀动作电源配电箱挪至新机柜的背面布置。

3.2 改造后的METS系统的电源配置 该造后的METS控制柜供电同样直接从原DEH系统电源柜取电。

控制模件的直流供电采用艾默生Ovation系统专用双重冗余直流电源系统。METS电磁阀交流供电部分仍保留原配电回路，并将原交流电源柜安装于Ovation控制柜背面。

4 运行效果

系统改造完成并经过实现现场的线路搭建，在实现上文的连接之后，经过必要的冗余切换试验与信号保护传动试验，包括有交流220V电源冗余切换试验、直流24V电源冗余切换试验、通讯冗余试验、跳闸保护试验、报警信号试验、首出信号试验和在线试验等多达二十项试验之后投入到实际生产的过程中，取得了调试的成功，保证系统设计目的的实现。后期实际运行过程中，系统的数据的扫描周期、速率都较改造前有了很大的提高。确保了机组的长期稳定运行，提高了机组的控制系统智能化水平（基于DEH系统的ETS/METS控制系统，人机界面更加合理、方便），同时对于提高了机组的发电的经济性指标，大大降低了其工作强度。

5 结论

通过本次安庆某电厂300MW机组的ETS内嵌DEH的一体化改造，以安全可靠典型的双机冗余保护方式替代了原施耐德PLC系统，从根本上解决了原系统的安全漏洞隐患、设备老化故障、备品备件昂贵等诸多问题。运行过程中安全、稳定。该技术成功应用为兄弟电厂该类系统的改造过程提供了技术借鉴参考。

参考文献：

[1]童龙胜，于峰，李石生.丰城发电厂热工保护系统的分析与完善[J].江西电力职业技术学院学报，2006，03.

[2]田振宇.火电厂热工保护的设计探讨[J].中国电力教育，2009，S2.

[3]王林.某火力电厂机组控制系统的设计与实现[D].安徽工业大学，2013.endprint

2.2 ETS控制系统改造后的系统架构 ETS控制系统改造为Ovation系统后，可与原机组DEH Ovation系统共用1个系统平台，增加冗余控制器到原DEH系统交换机之间的连接网线即可（原交换机端口需要进行简单配置）。改造后ETS系统的逻辑组态可以在DEH工程师站在线维护修改及下载，跳机保护相关信号测点可以通过DEH操作站上位机实时监测，系统运行维护更加方便。

改造后的ETS/METS、DEH系统整体硬件和网络配置见图3。

2.3 改造后的ETS Ovation系统IO站通道的分配 IO模块通道的分配以原分配方案为参考，并做相应优化，DI模块由原PLC的2块增加到4块，将部分重要信号更好的分散布置，且DI模块均具备SOE功能。DO模块仍采用3块，通道布置遵循原PLC通道布置方式。另外ETS部分每台机组增加Ovation高性能测速卡，取代原系统测速表。

2.4 控制柜的电源配置 改造后的ETS控制柜供电可以直接从原DEH系统电源柜取电，原电源柜目前还有3路备用电源。控制模件的直流供电采用艾默生Ovation系统专用双重冗余直流电源系统。Ovation直流电源系统见图4。ETS电磁阀交流供电部分仍保留原配电回路，并将原交流电源柜安装于Ovation控制柜背面。

3 METS控制系统改造方案设计

3.1 机柜配置及内部布置方案 改造后METS系统配置Ovation系统当前市场主流、高性能冗余DPU 1对；并配备3块高性能Ovation 16通道开关量输入卡件，2块Ovation16通道开关量输出卡件，替换原PLC卡件；控制模件布置于机柜正面，并尽量靠近机柜下端，以便原现场过来的电缆能直接接到相应卡件的端子上，原机柜背面端子排部分保留；取消原METS机柜给控制模件供电的电源配电箱，改用Ovation专用双冗余的DC24V直流电源系统；电磁阀动作电源配电箱挪至新机柜的背面布置。

3.2 改造后的METS系统的电源配置 该造后的METS控制柜供电同样直接从原DEH系统电源柜取电。

控制模件的直流供电采用艾默生Ovation系统专用双重冗余直流电源系统。METS电磁阀交流供电部分仍保留原配电回路，并将原交流电源柜安装于Ovation控制柜背面。

4 运行效果

系统改造完成并经过实现现场的线路搭建，在实现上文的连接之后，经过必要的冗余切换试验与信号保护传动试验，包括有交流220V电源冗余切换试验、直流24V电源冗余切换试验、通讯冗余试验、跳闸保护试验、报警信号试验、首出信号试验和在线试验等多达二十项试验之后投入到实际生产的过程中，取得了调试的成功，保证系统设计目的的实现。后期实际运行过程中，系统的数据的扫描周期、速率都较改造前有了很大的提高。确保了机组的长期稳定运行，提高了机组的控制系统智能化水平（基于DEH系统的ETS/METS控制系统，人机界面更加合理、方便），同时对于提高了机组的发电的经济性指标，大大降低了其工作强度。

5 结论

通过本次安庆某电厂300MW机组的ETS内嵌DEH的一体化改造，以安全可靠典型的双机冗余保护方式替代了原施耐德PLC系统，从根本上解决了原系统的安全漏洞隐患、设备老化故障、备品备件昂贵等诸多问题。运行过程中安全、稳定。该技术成功应用为兄弟电厂该类系统的改造过程提供了技术借鉴参考。

参考文献：

[1]童龙胜，于峰，李石生.丰城发电厂热工保护系统的分析与完善[J].江西电力职业技术学院学报，2006，03.

[2]田振宇.火电厂热工保护的设计探讨[J].中国电力教育，2009，S2.

[3]王林.某火力电厂机组控制系统的设计与实现[D].安徽工业大学，2013.endprint

2.2 ETS控制系统改造后的系统架构 ETS控制系统改造为Ovation系统后，可与原机组DEH Ovation系统共用1个系统平台，增加冗余控制器到原DEH系统交换机之间的连接网线即可（原交换机端口需要进行简单配置）。改造后ETS系统的逻辑组态可以在DEH工程师站在线维护修改及下载，跳机保护相关信号测点可以通过DEH操作站上位机实时监测，系统运行维护更加方便。

改造后的ETS/METS、DEH系统整体硬件和网络配置见图3。

2.3 改造后的ETS Ovation系统IO站通道的分配 IO模块通道的分配以原分配方案为参考，并做相应优化，DI模块由原PLC的2块增加到4块，将部分重要信号更好的分散布置，且DI模块均具备SOE功能。DO模块仍采用3块，通道布置遵循原PLC通道布置方式。另外ETS部分每台机组增加Ovation高性能测速卡，取代原系统测速表。

2.4 控制柜的电源配置 改造后的ETS控制柜供电可以直接从原DEH系统电源柜取电，原电源柜目前还有3路备用电源。控制模件的直流供电采用艾默生Ovation系统专用双重冗余直流电源系统。Ovation直流电源系统见图4。ETS电磁阀交流供电部分仍保留原配电回路，并将原交流电源柜安装于Ovation控制柜背面。

3 METS控制系统改造方案设计

3.1 机柜配置及内部布置方案 改造后METS系统配置Ovation系统当前市场主流、高性能冗余DPU 1对；并配备3块高性能Ovation 16通道开关量输入卡件，2块Ovation16通道开关量输出卡件，替换原PLC卡件；控制模件布置于机柜正面，并尽量靠近机柜下端，以便原现场过来的电缆能直接接到相应卡件的端子上，原机柜背面端子排部分保留；取消原METS机柜给控制模件供电的电源配电箱，改用Ovation专用双冗余的DC24V直流电源系统；电磁阀动作电源配电箱挪至新机柜的背面布置。

3.2 改造后的METS系统的电源配置 该造后的METS控制柜供电同样直接从原DEH系统电源柜取电。

控制模件的直流供电采用艾默生Ovation系统专用双重冗余直流电源系统。METS电磁阀交流供电部分仍保留原配电回路，并将原交流电源柜安装于Ovation控制柜背面。

4 运行效果

系统改造完成并经过实现现场的线路搭建，在实现上文的连接之后，经过必要的冗余切换试验与信号保护传动试验，包括有交流220V电源冗余切换试验、直流24V电源冗余切换试验、通讯冗余试验、跳闸保护试验、报警信号试验、首出信号试验和在线试验等多达二十项试验之后投入到实际生产的过程中，取得了调试的成功，保证系统设计目的的实现。后期实际运行过程中，系统的数据的扫描周期、速率都较改造前有了很大的提高。确保了机组的长期稳定运行，提高了机组的控制系统智能化水平（基于DEH系统的ETS/METS控制系统，人机界面更加合理、方便），同时对于提高了机组的发电的经济性指标，大大降低了其工作强度。

5 结论

通过本次安庆某电厂300MW机组的ETS内嵌DEH的一体化改造，以安全可靠典型的双机冗余保护方式替代了原施耐德PLC系统，从根本上解决了原系统的安全漏洞隐患、设备老化故障、备品备件昂贵等诸多问题。运行过程中安全、稳定。该技术成功应用为兄弟电厂该类系统的改造过程提供了技术借鉴参考。

参考文献：

[1]童龙胜，于峰，李石生.丰城发电厂热工保护系统的分析与完善[J].江西电力职业技术学院学报，2006，03.

[2]田振宇.火电厂热工保护的设计探讨[J].中国电力教育，2009，S2.

[3]王林.某火力电厂机组控制系统的设计与实现[D].安徽工业大学，2013.endprint