基于DEH系統的ETS/METS控制系統技術升級設計及應用

劉殷俊等

摘要： 施耐德PLC控制系統以太網模塊固件存在信息安全隱患。基于DEH系統的ETS/METS控制系統，硬件升級與軟件優化方法，設計與完善了原ETS控制系統，實現了系統設備的最優更換，優化控制策略。該技術成功應用于安慶某電廠，從根本上杜絕了原PLC設備信息安全隱患，提高了機組控制系統安全性、可靠性、經濟性。

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.

關鍵詞： ETS控制系統；技術改造；300MW機組

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

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

0 引言

新世紀以來，電力行業在深刻汲取電力信息系統有關網絡與信息安全事件的基礎上，在全行業范圍內開展了網絡信息安全的相關工作，經過幾年的努力，電力企業的信息安全水平得到極大提升。2013年9月，根據工業和信息化部《關于加強工業控制信息安全管理的通知》和電力二次系統安全防護的有關要求，國家能源局決定對經檢驗存在信息安全風險的電力工控PLC設備開展隱患排查及漏洞整改。即：施耐德PLC以太網模塊固件存在安全漏洞。

安慶某電廠300MW機組ETS/METS系統經過多年投產運行，其控制系統內部元器件逐漸老化，直接影響到了該系統的穩定性，系統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定運行。因此，對于原PLC系統升級更換就凸顯重要，特別是關鍵電力工控PLC設備的更換就由顯迫切。本文依托安慶某電廠技術改造工程，通過基于DEH系統的ETS/METS控制系統相關設備的更換和控制程序優化流程，實現了系統設備的最優更換，優化控制策略。并從根本上杜絕了原PLC設備信息安全隱患，為今后進行類似機組的ETS/METS控制系統的更換優化提供了技術借鑒。

1 基于施耐德PLC的ETS/METS控制系統分析

安慶某電廠300MW機組主機ETS系統和小機METS系統PLC控制器均采用施耐德公司Modicon Quantum系列。主機PLC控制器采用雙機熱備、遠程RIO網絡結構，具體配置見圖1。小機PLC控制器為雙機冗余、本地IO方式配置，具體結構見圖2。

目前存在問題：①目前的ETS控制系統是建廠初期產品，部分設備已經老化，其中Modicon Quantum 140系列11302 DPU已經停產，柜內部分IO卡件型號已經淘汰或停產，造成備件難以購買，系統持續安全運行難以提供可靠保障。②目前大機PLC系統控制器IO接口模塊CRP93200與擴展機架的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）已經逐步被屏蔽雙絞線或以太網線替代。同軸電纜F型連接頭已成為ETS系統安全運行的一大隱患。③系統運行維護比較麻煩目前的ETS系統只有大機配置的是冗余DPU，小機配置的是單DPU冗余IO，單DPU冗余IO運行存在極大安全隱患，一旦PLC系統出現故障，冗余IO往往很難有效切換，從而影響整個系統運行的安全。④另外，原PLC系統只是一個簡單裝置，無上位機，維護中的下載修改、運行調試、上位機遠程診斷等功能基本無法實現，目前新上機組的ETS幾乎都是與DEH一體化控制，老系統也在陸續進行。ETS不再單獨使用PLC，融入DEH系統是一種趨勢。

更重要是原施耐德PLC存在系統上的安全漏洞，基于上述種種問題，為提高ETS/METS控制系統的安全性、可靠性、經濟性，即采用基于DEH系統的ETS/METS控制系統，對原ETS/METS系統進行Ovation系統替換原PLC系統的改造。

2 ETS控制系統改造方案設計

2.1 ETS控制機柜配置及內部布置方案 為了改造徹底、簡化，改造后的Ovation系統采用全新的Ovation控制機柜。改造后ETS系統配置Ovation系統當前市場主流、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，更好實現重要測點的分散排列，提高系統安全性；配備2塊Ovation16通道開關量輸出卡件，替換原PLC卡件；取消原ETS系統轉速箱，改用Ovation高性能測速卡3塊；控制模件布置于機柜正面，并盡量靠近機柜下端，以便原現場過來的電纜能直接接到相應卡件的端子上，原機柜背面端子排部分保留；取消原ETS機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；電磁閥動作電源配電箱挪至新機柜的背面布置。endprint

2.2 ETS控制系統改造后的系統架構 ETS控制系統改造為Ovation系統后，可與原機組DEH Ovation系統共用1個系統平臺，增加冗余控制器到原DEH系統交換機之間的連接網線即可（原交換機端口需要進行簡單配置）。改造后ETS系統的邏輯組態可以在DEH工程師站在線維護修改及下載，跳機保護相關信號測點可以通過DEH操作站上位機實時監測，系統運行維護更加方便。

改造后的ETS/METS、DEH系統整體硬件和網絡配置見圖3。

2.3 改造后的ETS Ovation系統IO站通道的分配 IO模塊通道的分配以原分配方案為參考，并做相應優化，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部分每臺機組增加Ovation高性能測速卡，取代原系統測速表。

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系統專用雙重冗余直流電源系統。Ovation直流電源系統見圖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控制系統改造方案設計

3.1 機柜配置及內部布置方案 改造后METS系統配置Ovation系統當前市場主流、高性能冗余DPU 1對；并配備3塊高性能Ovation 16通道開關量輸入卡件，2塊Ovation16通道開關量輸出卡件，替換原PLC卡件；控制模件布置于機柜正面，并盡量靠近機柜下端，以便原現場過來的電纜能直接接到相應卡件的端子上，原機柜背面端子排部分保留；取消原METS機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；電磁閥動作電源配電箱挪至新機柜的背面布置。

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

控制模件的直流供電采用艾默生Ovation系統專用雙重冗余直流電源系統。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 運行效果

系統改造完成并經過實現現場的線路搭建，在實現上文的連接之后，經過必要的冗余切換試驗與信號保護傳動試驗，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、跳閘保護試驗、報警信號試驗、首出信號試驗和在線試驗等多達二十項試驗之后投入到實際生產的過程中，取得了調試的成功，保證系統設計目的的實現。后期實際運行過程中，系統的數據的掃描周期、速率都較改造前有了很大的提高。確保了機組的長期穩定運行，提高了機組的控制系統智能化水平（基于DEH系統的ETS/METS控制系統，人機界面更加合理、方便），同時對于提高了機組的發電的經濟性指標，大大降低了其工作強度。

5 結論

通過本次安慶某電廠300MW機組的ETS內嵌DEH的一體化改造，以安全可靠典型的雙機冗余保護方式替代了原施耐德PLC系統，從根本上解決了原系統的安全漏洞隱患、設備老化故障、備品備件昂貴等諸多問題。運行過程中安全、穩定。該技術成功應用為兄弟電廠該類系統的改造過程提供了技術借鑒參考。

參考文獻：

[1]童龍勝，于峰，李石生.豐城發電廠熱工保護系統的分析與完善[J].江西電力職業技術學院學報，2006，03.

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

[3]王林.某火力電廠機組控制系統的設計與實現[D].安徽工業大學，2013.endprint

2.2 ETS控制系統改造后的系統架構 ETS控制系統改造為Ovation系統后，可與原機組DEH Ovation系統共用1個系統平臺，增加冗余控制器到原DEH系統交換機之間的連接網線即可（原交換機端口需要進行簡單配置）。改造后ETS系統的邏輯組態可以在DEH工程師站在線維護修改及下載，跳機保護相關信號測點可以通過DEH操作站上位機實時監測，系統運行維護更加方便。

改造后的ETS/METS、DEH系統整體硬件和網絡配置見圖3。

2.3 改造后的ETS Ovation系統IO站通道的分配 IO模塊通道的分配以原分配方案為參考，并做相應優化，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部分每臺機組增加Ovation高性能測速卡，取代原系統測速表。

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系統專用雙重冗余直流電源系統。Ovation直流電源系統見圖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控制系統改造方案設計

3.1 機柜配置及內部布置方案 改造后METS系統配置Ovation系統當前市場主流、高性能冗余DPU 1對；并配備3塊高性能Ovation 16通道開關量輸入卡件，2塊Ovation16通道開關量輸出卡件，替換原PLC卡件；控制模件布置于機柜正面，并盡量靠近機柜下端，以便原現場過來的電纜能直接接到相應卡件的端子上，原機柜背面端子排部分保留；取消原METS機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；電磁閥動作電源配電箱挪至新機柜的背面布置。

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

控制模件的直流供電采用艾默生Ovation系統專用雙重冗余直流電源系統。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 運行效果

系統改造完成并經過實現現場的線路搭建，在實現上文的連接之后，經過必要的冗余切換試驗與信號保護傳動試驗，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、跳閘保護試驗、報警信號試驗、首出信號試驗和在線試驗等多達二十項試驗之后投入到實際生產的過程中，取得了調試的成功，保證系統設計目的的實現。后期實際運行過程中，系統的數據的掃描周期、速率都較改造前有了很大的提高。確保了機組的長期穩定運行，提高了機組的控制系統智能化水平（基于DEH系統的ETS/METS控制系統，人機界面更加合理、方便），同時對于提高了機組的發電的經濟性指標，大大降低了其工作強度。

5 結論

通過本次安慶某電廠300MW機組的ETS內嵌DEH的一體化改造，以安全可靠典型的雙機冗余保護方式替代了原施耐德PLC系統，從根本上解決了原系統的安全漏洞隱患、設備老化故障、備品備件昂貴等諸多問題。運行過程中安全、穩定。該技術成功應用為兄弟電廠該類系統的改造過程提供了技術借鑒參考。

參考文獻：

[1]童龍勝，于峰，李石生.豐城發電廠熱工保護系統的分析與完善[J].江西電力職業技術學院學報，2006，03.

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

[3]王林.某火力電廠機組控制系統的設計與實現[D].安徽工業大學，2013.endprint

2.2 ETS控制系統改造后的系統架構 ETS控制系統改造為Ovation系統后，可與原機組DEH Ovation系統共用1個系統平臺，增加冗余控制器到原DEH系統交換機之間的連接網線即可（原交換機端口需要進行簡單配置）。改造后ETS系統的邏輯組態可以在DEH工程師站在線維護修改及下載，跳機保護相關信號測點可以通過DEH操作站上位機實時監測，系統運行維護更加方便。

改造后的ETS/METS、DEH系統整體硬件和網絡配置見圖3。

2.3 改造后的ETS Ovation系統IO站通道的分配 IO模塊通道的分配以原分配方案為參考，并做相應優化，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部分每臺機組增加Ovation高性能測速卡，取代原系統測速表。

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系統專用雙重冗余直流電源系統。Ovation直流電源系統見圖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控制系統改造方案設計

3.1 機柜配置及內部布置方案 改造后METS系統配置Ovation系統當前市場主流、高性能冗余DPU 1對；并配備3塊高性能Ovation 16通道開關量輸入卡件，2塊Ovation16通道開關量輸出卡件，替換原PLC卡件；控制模件布置于機柜正面，并盡量靠近機柜下端，以便原現場過來的電纜能直接接到相應卡件的端子上，原機柜背面端子排部分保留；取消原METS機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；電磁閥動作電源配電箱挪至新機柜的背面布置。

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

控制模件的直流供電采用艾默生Ovation系統專用雙重冗余直流電源系統。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 運行效果

系統改造完成并經過實現現場的線路搭建，在實現上文的連接之后，經過必要的冗余切換試驗與信號保護傳動試驗，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、跳閘保護試驗、報警信號試驗、首出信號試驗和在線試驗等多達二十項試驗之后投入到實際生產的過程中，取得了調試的成功，保證系統設計目的的實現。后期實際運行過程中，系統的數據的掃描周期、速率都較改造前有了很大的提高。確保了機組的長期穩定運行，提高了機組的控制系統智能化水平（基于DEH系統的ETS/METS控制系統，人機界面更加合理、方便），同時對于提高了機組的發電的經濟性指標，大大降低了其工作強度。

5 結論

通過本次安慶某電廠300MW機組的ETS內嵌DEH的一體化改造，以安全可靠典型的雙機冗余保護方式替代了原施耐德PLC系統，從根本上解決了原系統的安全漏洞隱患、設備老化故障、備品備件昂貴等諸多問題。運行過程中安全、穩定。該技術成功應用為兄弟電廠該類系統的改造過程提供了技術借鑒參考。

參考文獻：

[1]童龍勝，于峰，李石生.豐城發電廠熱工保護系統的分析與完善[J].江西電力職業技術學院學報，2006，03.

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

[3]王林.某火力電廠機組控制系統的設計與實現[D].安徽工業大學，2013.endprint