CN109118745A - 一种工业控制信息发送系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种工业控制信息发送系统。该系统设置有独立供电网络、基础设施、载波变压装置以及旁路处理器，由独立供电网络实现对本发明中除SCADA系统以外的全部设备进行供电，基础设施由管理层设备、基层设备以及执行设备等构成，基础设施通过载波变压装置连接到独立供电网络上，载波变压装置能够实现数字信息的调制解调，由旁路处理器通过电力线载波通信的方式对基础设施之间的监控数据以及控制数据进行汇总与分发，从而构建出一条与SCADA系统不同的工业控制信息旁路收发信息。本发明采用多通道通信方式对工控信息进行收发，其能够极大程度地提高系统运行的稳定性，彻底解决了现有技术中单路式工控信息传输方式所存在的系统抗干扰能力较差的问题。

Description

一种工业控制信息发送系统
技术领域
本发明涉及工业控制领域，特别是涉及一种工业控制信息发送系统。
背景技术
随着工控行业信息化建设的不断推进及信息技术的广泛应用，随之而来的信息安全问题也愈发突出，各工控行业在系统的安全建设方面也做出了很大的投入。
根据对各工控行业安全的调研发现，目前在工控系统安全运维方面普遍存在以下问题：(1)工控安全审计建设不完善。目前工控安全建设的重点工作在安全防护方面(如增加工控防火墙、主机加固软件、网络隔离装置)以及在安全运维审计方面建设内容相对投入较少，使得运维手段缺失。(2)安全运维体系不完善。工控运维体系建设大多都侧重在业务系统的可用性上，在网络安全性和保密性层面没有建立相关的运维指导体系。(3)安全层面运维能力不足。大部分工业现场的运维工作由自动化部门负责，运维的内容主要是自动化设备的日常巡检。运维工程师大部分缺少信息安全专业技能，因此在工控系统安全运维方面工作相对缺失。
以新能源电厂的电力监控系统开展网络健康检查运维服务工作，包括基础设施物理安全、体系结构安全、系统本体安全、全方位安全管理及安全应急措施等五个方面的安全防护情况，通过排查发现各电场普遍存在以下问题：电力监控系统安全防护普遍存在问题，例如基础设施物理安全薄弱，并且采用单路信息传输方式，一旦网络或业务系统发生异常，必将严重影响调度生产的正常进行。
发明内容
本发明的目的是提供一种工业控制信息发送系统，以提高基础设施的物理安全，提高系统的稳定性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种工业控制信息发送系统，所述工业控制信息发送系统包括：独立供电网络、载波变压装置、管理层设备、SCADA系统、基层设备、执行设备、旁路处理器；所述载波变压装置包括第一载波变压装置、第二载波变压装置和第三载波变压装置；
所述管理层设备通过所述SCADA系统与所述基层设备和所述执行设备连接；所述管理层设备通过所述第一载波变压装置与所述独立供电网络耦合连接；所述基层设备与所述第二载波变压装置连接，所述执行设备与所述第三载波变压装置连接；
所述旁路处理器设置于所述独立供电网络的起始端，用于进行信息汇总和分配；所述旁路处理器通过通信接口与多个第一电力线载波处理模组连接，所述多个第一电力线载波处理模组之间相互独立；所述旁路处理器通过第一电力线载波处理模组利用所述独立供电网络与所述第一载波变压装置、所述第二载波变压装置、所述第三载波变压装置均通信连接；不同的载波变压装置对应不同的第一电力线载波处理模组。
可选的，所述第一载波变压装置包括：第二电力线载波处理模组、耦合电路模组和变压模组；所述耦合电路模组与所述独立供电网络耦合连接，所述耦合电路模组与所述第二电力线载波处理模组信号连接，所述耦合电路模组与所述变压模组电气连接；所述第二电力线载波处理模组包括信号输入输出引线，所述变压模组包括电力输出引线；所述第一载波变压装置通过所述信号输入输出引线与所述管理层设备的通信接口连接，所述第一载波变压装置通过所述电力引出引线与所述管理层设备的电力接口连接；
所述第二载波变压装置和所述第三载波变压装置的结构均与所述第一载波变压装置的结构相同。
可选的，所述第一载波变压装置的第二电力线载波处理模组、耦合电路模组和变压模组集成于一个电路板上。
可选的，所述管理层设备包括：管理工作站服务器、数据处理服务器和WEB服务器。
可选的，所述SCADA系统采用独立供电，且与市电供电网络电气连接。
可选的，所述SCADA系统设置有UPS不间断电源，并通过所述UPS不间断电源与市电供电网络电气连接。
可选的，所述独立供电网络为由同轴电缆铺设而成的同轴电缆独立供电网络。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明的工业控制信息发送系统，由独立供电网络实现对除SCADA系统以外的全部设备进行供电，基础设施由管理层设备、基层设备以及执行设备等构成，基础设施通过载波变压装置连接到独立供电网络上，载波变压装置既能够实现电能的变压，又能够实现数字信息的调制解调，由旁路处理器通过电力线载波通信的方式对基础设施之间的监控数据以及控制数据进行汇总与分发，从而构建出一条与SCADA系统不同的工业控制信息旁路收发信息。本发明采用多通道通信方式对工控信息进行收发，其能够极大程度地提高系统运行的稳定性，彻底解决了现有技术中单路式工控信息传输方式所存在的系统抗干扰能力较差的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明工业控制信息发送系统的结构示意图。
图中标号：1-独立供电网络，2-SCADA系统，3-1为WEB服务器，3-2为数据处理服务器，3-3为管理工作站服务器，4-基层设备，5-执行设备，6-第一载波变压装置，6-1为第二电力线载波处理模组，6-2为耦合电路模组，6-3为变压模组，7-第二载波变压装置，8-第三载波变压装置，9-旁路处理器，10-RS485通信接口，11第一电力线载波处理模组。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明工业控制信息发送系统的结构示意图。如图1所示，管理层设备(包括WEB服务器3-1、数据处理服务器3-2和管理工作站服务器3-3)通过SCADA系统2与基层设备4和执行设备5连接。所述管理层设备均通过第一载波变压装置6与独立供电网络1耦合连接。
SCADA(Supervisory ControlAnd DataAcquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。SCADA系统2是以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统；它应用领域很广，可以应用于电力、冶金、石油、化工、燃气、铁路等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统中，SCADA系统2应用最为广泛，技术发展也最为成熟。它在远动系统中占重要地位,可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。
旁路处理器9设置于独立供电网络1的起始端，用于进行信息汇总和分配；旁路处理器9通过RS485通信接口10与多个第一电力线载波处理模组11连接，各个第一电力线载波处理模组11之间相互独立。旁路处理器9通过第一电力线载波处理模组11利用独立供电网络1与第一载波变压装置6、第二载波变压装置7、第三载波变压装置8均通信连接。不同的载波变压装置对应不同的第一电力线载波处理模组。旁路处理器9是本发明中旁路通信的主要设备，其具有信号汇总与信号分发的功能。在本发明中，旁路处理器9具有路由功能，通过旁路处理器9能够进行数据处理(由基层设备4上设置的反馈单元以及监测单元生成的处理数据)以及数据分发(由控制程序发出的控制信息)。
独立供电网络1：由市电供电网络引出一条独立供电支路作为独立供电网络来使用。即，在市电供电网络的一个变压器节点处设置一条独立的供电支路，由该供电支路为一个区域内的设备进行供电。其中，与变压器节点处连接的供电支路作为一条主干线，与主干线上采用并联的方式设置有多条支线，每条支线与不同的设备实现连接供电。在本发明中，独立供电网络1不仅具有电能输送的作用，同时还具有信息传送的功能，为了降低信号衰减，本发明将独立供电网络1设计为由同轴电缆铺设而成的同轴电缆独立供电网络。在此需要说明的是：本发明中独立供电网络1并非全部都使用同轴电缆，而是其主干线使用同轴电缆，支线根据实际情况选择最优线缆。
本发明载波变压装置包括第一载波变压装置6、第二载波变压装置7和第三载波变压装置9，第一载波变压装置6、第二载波变压装置7和第三载波变压装置9的结构均相同。以第一载波变压装置6为例，对其结构进行说明。第一载波变压装置6包括：第二电力线载波处理模组6-1、耦合电路模组6-2和变压模组6-3；耦合电路模组6-2与独立供电网络1耦合连接，耦合电路模组6-2与第二电力线载波处理模组6-1信号连接，耦合电路模组6-2与变压模组6-3电气连接；第二电力线载波处理模组6-1包括信号输入输出引线，变压模组6-3包括电力输出引线；第一载波变压装置6通过信号输入输出引线与管理层设备的通信接口连接，第一载波变压装置6通过电力引出引线与管理层设备的电力接口连接。管理层设备、基层设备4以及执行设备5上各设置有一个与其对应的载波变压装置，管理层设备、基层设备4以及执行设备5的通信接口与载波变压装置的信号输入输出引线连接，电力接口与载波变压装置的电力输出引线连接。其中，基层设备4与第二载波变压装置7连接，执行设备5与第三载波变压装置8连接。
通过集成电路技术，本发明将第二电力线载波处理模组6-1、耦合电路模组6-2以及变压模组6-3集成设置于同一个电路板上并形成有一个具有载波调制、载波解调以及变压能力的载波变压装置，上述结构设计能够使得载波变压装置集成程度较高，有效减小载波变压装置的体积。其中，第二电力线载波处理模组6-1是本发明特别设置的一个具有利用电力载波技术进行信号收发的设备。
基于上述结构设计，第二电力线载波处理模组6-1以及第一电力线载波处理模组11具有电力载波信号处理功能，以第二电力线载波处理模组6-1为例，第二电力线载波处理模组6-1通过耦合电路模组6-2与独立供电网络1实现连接并用于实现电力载波的接收与发送。在本发明的一个实施方式中，第二电力线载波处理模组6-1以及第一电力线载波处理模组11采用SSCC1641电力线载波模组，其能够对电力线上传输的信号进行解调并将解调后的信号传输给其他设备，其还能够对由其他设备发送来的信号进行调制，然后通过电力线发出。
本发明还设置有过零检测电路，由过零检测电路对工频交流电进行过零点时刻检测，然后，由第二电力线载波处理模组6-1(第一电力线载波处理模组11)对信号进行调制，调制后的信号经过放大电路的放大后，再配合过零检测电路可将信号耦合(通过耦合电路模组6-2)到电力线上实现信号发送。通过耦合的方式从电力线上获取信号，然后输入滤波电路对信号进行滤波从而提高载波信号的接收性能，滤波后的信号进行放大电路放大，通过第一电力线载波处理模组11(第二电力线载波处理模组6-1)解调，获得电力载波信号。
在本发明中，由SCADA系统2实现了本发明中第一路通信的通信，为了避免出现独立供电网络1导致整个系统瘫痪的问题出现，本发明中，SCADA系统2采用独立供电并与市电供电网络电气连接。同时，设置备用电源系统，由备用电源系统与基础设施实现电气连接。这样，当独立供电网络1断电时，SCADA系统2(通信)以及备用电源(供电)仍然可以支持本发明的运行。具体地，SCADA系统2设置有UPS不间断电源并通过UPS不间断电源与市电供电网络电气连接。
UPS(Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply)，即不间断电源，是将蓄电池(多为铅酸免维护蓄电池)与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流式电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断(事故停电)时，UPS立即将电池的直流电能，通过逆变器切换转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护。
通过上述结构设计，在本发明提供的旁路式工业控制信息加密发送系统中，其设置有独立供电网络1、基础设施、载波变压装置以及旁路处理器9，由独立供电网络1实现对本发明中除SCADA系统2以外的全部设备进行供电，基础设施由管理层设备、基层设备4以及执行设备5等构成，基础设施通过载波变压装置连接到独立供电网络1上，载波变压装置既能够实现电能的变压，又能够实现数字信息的调制解调，由旁路处理器9通过电力线载波通信的方式对基础设施之间的监控数据以及控制数据进行汇总与分发，从而构建出一条与SCADA系统2不同的工业控制信息旁路收发信息。
本发明在进行数字信息调制解调时，能够进行加密，从而提高了本发明数字信息收发的保密性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种工业控制信息发送系统，其特征在于，所述工业控制信息发送系统包括：独立供电网络、载波变压装置、管理层设备、SCADA系统、基层设备、执行设备、旁路处理器；所述载波变压装置包括第一载波变压装置、第二载波变压装置和第三载波变压装置；
所述管理层设备通过所述SCADA系统与所述基层设备和所述执行设备连接；所述管理层设备通过所述第一载波变压装置与所述独立供电网络耦合连接；所述基层设备与所述第二载波变压装置连接，所述执行设备与所述第三载波变压装置连接；
所述旁路处理器设置于所述独立供电网络的起始端，用于进行信息汇总和分配；所述旁路处理器通过通信接口与多个第一电力线载波处理模组连接，所述多个第一电力线载波处理模组之间相互独立；所述旁路处理器通过第一电力线载波处理模组利用所述独立供电网络与所述第一载波变压装置、所述第二载波变压装置、所述第三载波变压装置均通信连接；不同的载波变压装置对应不同的第一电力线载波处理模组。
2.根据权利要求1所述的工业控制信息发送系统，其特征在于，所述第一载波变压装置包括：第二电力线载波处理模组、耦合电路模组和变压模组；所述耦合电路模组与所述独立供电网络耦合连接，所述耦合电路模组与所述第二电力线载波处理模组信号连接，所述耦合电路模组与所述变压模组电气连接；所述第二电力线载波处理模组包括信号输入输出引线，所述变压模组包括电力输出引线；所述第一载波变压装置通过所述信号输入输出引线与所述管理层设备的通信接口连接，所述第一载波变压装置通过所述电力引出引线与所述管理层设备的电力接口连接；
所述第二载波变压装置和所述第三载波变压装置的结构均与所述第一载波变压装置的结构相同。
3.根据权利要求2所述的工业控制信息发送系统，其特征在于，所述第一载波变压装置的第二电力线载波处理模组、耦合电路模组和变压模组集成于一个电路板上。
4.根据权利要求1所述的工业控制信息发送系统，其特征在于，所述管理层设备包括：管理工作站服务器、数据处理服务器和WEB服务器。
5.根据权利要求1所述的工业控制信息发送系统，其特征在于，所述SCADA系统采用独立供电，且与市电供电网络电气连接。
6.根据权利要求1所述的工业控制信息发送系统，其特征在于，所述SCADA系统设置有UPS不间断电源，并通过所述UPS不间断电源与市电供电网络电气连接。
7.根据权利要求1所述的工业控制信息发送系统，其特征在于，所述独立供电网络为由同轴电缆铺设而成的同轴电缆独立供电网络。
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