CN111883277A - 一种基于物理断开的核电站安全可信状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核电站技术、网络安全领域，具体涉及一种基于物理断开的核电站安全可信状态监测系统。其包括多个数据采集装置、第一数据处理装置、激光发射装置、激光接收装置、第二数据处理装置和状态监测与预警装置、运行状态预判与优化装置。多个数据采集装置分别用于采集核电站预设监测点的参数信息；第一数据处理装置用于收集采集的参数信息并进行实时安全可信防护，激光发射装置用于将参数信息转化为激光信号发射，激光接收装置用于接收激光信号并从中解析出参数信息；第二数据处理装置用于对解析出的参数信息进行实时安全可信防护，状态监测与预警装置用于对解析出的参数信息进行实时显示，并判断参数信息是否异常，若异常则发出预警信息。

Description

一种基于物理断开的核电站安全可信状态监测系统

技术领域

本发明涉及核电站技术、网络安全领域，具体涉及一种基于物理断开的核电站安全可信状态监测系统。

背景技术

核电站对安全性要求极高，并且核电站涉及到的需要监测的安全项目比较多，同时对数据传输的安全性要求也极高，避免重要数据泄露或者被恶意窃取，目前核电站对各个需要监测的项目都是独立监测，没有形成整体的监测系统，在工作过程中通过人工定时监测，这样导致监测不完善且实时性较差，同时无法及时对异常信息及时进行预警，以提醒安全管理人员及时处理。由此可见现有技术中对核电站的监测还存在着很多不足。

发明内容

本申请提供一种基于物理断开的核电站安全可信状态监测系统，其目的在于对核电站需要监测的安全项目进行整体性实时监测，使得工作人员可以远程对核电站所有安全项目信息进行及时掌握。

一种核电站安全状态监测系统,包括：

多个数据采集装置，分别用于采集核电站预设监测点的参数信息；

第一数据处理装置，用于收集所述多个数据采集装置采集的参数信息，并对收集到的参数信息进行实时安全可信防护；

激光发射装置，用于将收集到的参数信息转化为激光信号发射出去；

激光接收装置，用于接收所述激光信号并从中解析出所述参数信息；

第二数据处理装置，用于对解析出的参数信息进行实时安全可信防护；

状态监测与预警装置，用于对解析出的参数信息进行实时显示，并判断所述参数信息是否异常，若异常则发出预警信息。

在一种实施例中，所述安全状态监测系统还包括运行状态预判装置，用于对当前状态的加倍运算，预判未来状态的发展趋势，并判断未来发展是否会出现异常，若异常提前给出干预运行控制信息。

其中，所述参数信息至少包括反应堆反应性控制相关参数、反应堆余热排出控制相关参数、核电机组运行相关参数、反应堆周围环境的辐射相关参数。

其中，所述第一数据处理装置和/或第二数据处理装置包括：

数据适配模块，用于判断采集到的参数信息的数据类型是否属于预设的数据类型库中的一种或多种，若是则收集该参数信息；

可信验证模块，用于对用户的操作信息和计算信息、执行坏境进行可信验证；

访问控制模块，用于对用户的访问进行安全验证。

在一种实施例中，所述第一数据处理装置和/或第二数据处理装置还包括：

数据完整性校验模块，用于对所述参数信息进行加密并生成用于表示所述参数信息完整性的密码；

恶意软件防护模块，用于对恶意软件进行防护，防止其对所述参数信息的窃取；

数据监控与审计模块，用于对所述参数信息进行监控以及对用户的操作信息进行审计。

在一种实施例中，所述状态监测与预警装置包括：

数据实时存储模块，用于对所述参数信息进行实时存储；

查询模块，用于对历史参数信息进行查询。

在一种实施例中，所述状态监测与预警装置还包括：

变化趋势构建模块，用于构建所述参数信息中的一个或多个的变化趋势图；

显示模块，用于对所述参数信息进行实时显示以及对所述参数信息的变化趋势图进行显示。

在一种实施例中，所述状态监测与预警装置还包括：

生产运行优化模块，用于将所述参数信息输入到生产运行优化模型中，得到优化后的生产运行参数；

状态监测模块，用于对所述参数信息进行实时监测判断其是否满足预设的安全运行参数要求，以及对所述参数信息的变化趋势图的变化趋势进行实时监测并判断其变化趋势是否满足预设的安全变化趋势要求；

告警模块，用于在所述状态监测模块判断出所述参数信息不满足预设的安全运行参数要求和/或所述参数信息的变化趋势图变化趋势不满足预设的安全变化趋势要求时发出告警信息。

在一种实施例中，还包括多个数据单向隔离装置，分别用于对所述多个数据采集装置采集到的参数信息进行安全隔离和单向导入处理后传输给所述第一数据处理装置。

在一种实施例中，所述对所述参数信息进行实时监测判断其是否满足预设的安全运行参数要求包括：

将所述参数信息输入到预先建立的参数与安全运行状态对应的运行参数监控模型中，得到所述参数信息是否满足预设的安全运行参数要求的结果；

所述对所述参数信息的变化趋势图的变化趋势进行实时监测判断其变化趋势是否满足预设的安全变化趋势要求包括：

将所述参数的变化趋势图的变化趋势输入到预设的变化趋势与安全变化趋势监测模型中，得到所述参数的变化趋势图的变化趋势是否满足预设的安全变化趋势要求的结果。

在一种实施例中，所述第一数据处理装置和/或第二数据处理装置还包括采用双机热备技术设置有预备从机和冗余电源。

依据上述实施例的基于物理断开的核电站安全可信状态监测系统，其包括多个数据采集装置、第一数据处理装置、激光发射装置、激光接收装置、第二数据处理装置和状态监测与预警装置。其中，多个数据采集装置分别用于采集核电站预设监测点的参数信息；第一数据处理装置用于收集多个数据采集装置采集的参数信息，并对收集到的参数信息进行实时安可信全防护，激光发射装置用于将收集到的参数信息转化为激光信号发射出去，激光接收装置用于接收激光信号并从中解析出参数信息；第二数据处理装置用于对解析出的参数信息进行实时安全可信防护，状态监测与预警装置用于对解析出的参数信息进行实时显示，并判断参数信息是否异常，若异常则发出预警信息。采用本实施例提供的安全状态监测系统，可以对核电站相关的所有监测点进行整体性监测，同时通过激光发射装置和激光接收装置解决了参数信息的无物理介质的安全性传输，避免参数信息被干扰和窃取，以实现对核电站的安全性进行远程实时监控。

附图说明

图1为本申请实施例的核电站安全状态监测系统结构示意图；

图2为本申请实施例的第一数据处理装置结构示意图；

图3为本申请实施例的状态监测与预警装置结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。

实施例一：

请参考图1，本发明实施例提供一种基于物理断开核电站安全可信状态监测系统，其包括多个数据采集装置1、第一数据处理装置2、激光发射装置3、激光接收装置4、第二数据处理装置5和状态监测与预警装置6。

其中，多个数据采集装置1(例如数据接口机，从核电站现有数字化系统中采集温度、压力、流量、中子通量、辐射值、设备状态)分别设置在核电站预设的重要监测点，以采集核电站预设监测点的参数信息，例如，采用一个数据采集装置采集反应堆反应性控制相关参数、采用一个数据采集装置采集反应堆余热排出控制相关参数、反应堆余热排出控制相关参数采集核电机组运行相关参数、采用一个数据采集装置采集反应堆周围环境的辐射相关参数。其中，反应堆反应性控制相关参数、反应堆余热排出控制相关参数、核电机组运行相关参数可以通过采集核电站生产控制类系统中的相关参数，然后进行筛选获得。其中，反应堆周围环境的辐射相关参数主要包括反应堆相关厂房内辐射监测参数、核电站厂房外环境辐射监测参数。例如，从核电厂内外环境辐射监测系统中梳理与筛选表征核电站内外部的重要测点与参数，形成核电机组运行监视与核安全风险状态监视与预警分析的基础数据清单，制定核电机组运行监视、核安全风险状态监视与预警分析的基础数据筛选标准。数据清单可以是一个统一的监测点列表或是一个数据库，也可以根据实际监视与分析的某个子功能或子系统把统一的监测点列表拆分成多个子表与子数据库。

在一种实施例中，该监测系统还包括运行状态预判装置7，运行状态预判装置7用于对当前状态的加倍运算，预判未来状态的发展趋势，并判断未来发展是否会出现异常，若异常提前给出干预运行控制信息。

其中，第一数据处理装置2用于收集多个数据采集装置1采集的参数信息，并对收集到的参数信息进行实时安全可信防护。第一数据处理装置2主要用于在采集端对所有汇总的参数信息进行防护，即对需要传递的数据进行保护，防止数据在传递之前被窃取，被篡改等网络安全入侵攻击。具体的，如图2，本实施例的第一数据处理装置2包括数据适配模块21、可信验证模块22、访问控制模块23、数据完整性校验模块24、恶意软件防护模块25、数据监测与审计模块26。数据适配模块21用于判断采集到的参数信息的数据类型是否属于预设的数据类型库中的一种或多种，若是则收集该参数信息，预设的数据类型库中包括多种预设的数据类型，这些数据类型包括各个数据采集装置1采集到的参数信息的所有数据类型。可信验证模块22用于对用户的操作信息、计算信息、执行坏境进行可信验证，符合预设的可信要求的操作信息才能被允许，不符合预设的可信要求的操作信息则禁止操作，避免对参数信息进行窃取和泄露。访问控制模块23用于对用户的访问进行安全验证，例如通过设置密码验证或者验证码验证，只有在判断出用户的访问是安全的情况下，才允许用户访问参数信息。若是安全验证不通过的用户则拒绝访问。数据完整性校验模块24用于根据SM3(国产哈希算法)对收集的参数信息在发送端进行加密并生成一个用于表示参数信息完整性的密码，此处的密码可以理解为用于表示数据完整性的散列值。恶意软件防护模块25用于识别出恶意软件，然后阻止该恶意软件对参数信息的访问，以起到对恶意软件进行防护的目的，防止其对参数信息的窃取。数据监测与审计模块26用于对参数信息进行监控，例如监控那些用户(用户ID)访问请求访问了那些参数信息，同时对用户的操作信息进行审计，利用记录、系统活动和用户活动等信息，检查、审查和检验操作事件的环境及活动，从而发现系统漏洞、入侵行为或改善系统性能的过程。

在另一种实施例中，第一数据处理装置2还包括通过双机热备技术设置的预备从机27，预备从机27与主机服务器通信连接，上述各个防护模块设置在主机服务器中，同时预备从机27中也设有上述的各个防护模块，在主机服务器停止工作时，预备从机27启动代替主机服务器工作，避免系统瘫痪。同时，第一数据处理装置2还设有一块冗余电源28，冗余电源28与主机服务器以及预备从机27电连接，当正常供电断开时，冗余电源28对主机服务器或者预备从机27供电，使得系统继续工作。

其中，激光发射装置3用于将收集到的参数信息转化为激光信号发射出去，激光接收装置4用于接收激光信号并从中解析出参数信息；激光发射装置3主要有激光器、光调制器和光学发射天线。激光接收装置4主要包括光学接收天线、光学滤波器、光探测器。要传送的信息送到与激光器相连的光调制器中，光调制器将信息调制在激光上，通过光学发射天线发送出去。在接收端，光学接收天线将激光信号接收下来，送至光探测器，光探测器将激光信号变为电信号，经放大、解调后变为原来的信息。采用本实施例的激光通信技术，解决无物理介质的高实时、高可靠、完全单向数据传递，从根本上防止在数据传递时被电磁干扰、反向数据入侵等破坏问题。

其中，第二数据处理装置5用于对解析出的参数信息进行实时安全防护，其包括的功能模块与第一数据处理装置2中基本相同，唯一有区别的是第二数据处理装置5中的数据完整性校验模块用于根据SM3(国产哈希算法)对接收到的压缩后的参数信息采用加密时生成的密码进行解密，依此判断参数信息是否完整，时候在激光信号的传输过程中有丢失。第二数据处理装置5其余各模块和第一数据处理装置2中相同，此处不再赘述。

其中，状态监测与预警装置6用于对解析出的参数信息进行实时显示，并判断参数信息是否异常，若异常则发出预警信息。具体的，如图3，状态监测与预警装置6包括显示模块61、变化趋势构建模块62、状态监测模块63、告警模块64、数据实时存储模块65、查询模块66、生产运行优化模块67。其中，变化趋势构建模块62用于构建预设参数的变化趋势图，例如构建变化趋势折线图，显示模块61用于对参数信息进行实时显示以及对预设参数的变化趋势图进行显示，显示模块61也可以对可以查询某个时间段的历史数据进行历史趋势展现。例如显示模块61为显示屏，显示屏对参数信息以及变化趋势图进行实时显示，方便技术人员随时掌握采集的参数信息以及重要参数的变化趋势信息。状态监测模块63主要用于对获取的参数信息进行实时监测判断其是否满足预设的安全运行参数要求，以及对参数的变化趋势图的变化趋势进行实时监测判断其变化趋势是否满足预设的安全变化趋势要求，例如判断某个重要参数是否增大或者减小的过快，是否满足该参数对应的安全变化趋势要求。告警模块64用于在状态监测模块判断出参数信息不满足预设的安全运行参数要求和/或参数的变化趋势图变化趋势不满足预设的安全变化趋势要求时发出告警信息。告警信息一般包括告警图标、告警声音、告警级别，在另一种实施例中，告警信息还包括根据预设的分析规则生成告警的原因分析说明文档。其中，告警图标也可以告警显示模块(例如显示屏)上虚拟一个警报灯闪烁。数据实时存储模块65用于对获取的参数信息进行实时存储，方便用户日后查看，同时存储核安全风险相关、机组运行状态相关的重要测点与参数。查询模块66主要用于对历史参数信息进行查询。例如查询某个时间段的历史数据并通过显示屏进行历史趋势展现。生产运行优化模块67用于将参数信息输入到生产运行优化模型中得到优化后的生产运行参数。该生产运行优化模型是根据参数信息和运行参数的对应关系建立的模型，生产运行优化模型通过大量的数据训练得到模型，将采集到的参数信息输入到该模型中输出对应的生产运行参数，以供技术人员参考，这样有助于设置合理的生产运行参数。

其中，对参数信息进行实时监测判断其是否满足预设的安全运行参数要求可以通过以下方法实现：将参数信息输入到预先建立的参数与安全运行状态对应的运行参数监控模型中，得到参数信息是否满足预设的安全运行参数要求的结果。运行参数监控模型是根据符合核电站安全生产规程的相关参数训练得到的，并且在工作过程中通过深度学习的方法自学习，不断完善。其中，对参数的变化趋势图的变化趋势进行实时监测判断其变化趋势是否满足预设的安全变化趋势要求包括：将参数的变化趋势图的变化趋势输入到预设的变化趋势与安全变化趋势监测模型中，得到参数的变化趋势图的变化趋势是否满足预设的安全变化趋势要求的结果。同样的安全变化趋势监测模型也是通过大量实验数据训练得到的。通过本实施例的监测系统实现核安全风险相关、机组运行状态相关的重要测点、参数与核电站的生产工艺流程参数监控模型进行对接，对照核电站安全生产规程，实现核电机组运行控制优化分析与核安全风险预警分析。

进一步的，本实施例的监测系统还包括多个数据单向隔离装置(也叫单向网闸)，多个数据单向隔离装置分别用于对多个数据采集装置1采集到的参数信息进行安全隔离和单向导入处理后传输给第一数据处理装置2。为保证高密级别网络中的数据不能流向低密级网络，但低密级网络中的数据可以流向高密级网络(数据机密性要求)，彻底解决高密级网络信息泄露的问题，只有采用无反馈的单向传输技术。开发的安全隔离与信息单向导入系统采用了独特的“单向无反馈传输”技术，从物理链路层、传输层保证数据的绝对单向流动。同时系统采用了独创性的、先进的纠错编码技术、ASIC并行处理技术和MRP(多重冗余技术)保证系统的高可靠性、高容错性、高安全性和高稳定性。

采用本实施例提供的安全状态监测系统，可以对核电站相关的所有监测点进行整体性监测，通过第一数据处理装置2和第二数据处理装置5对采集的数据进行实时安全防护，保证数据的安全性。同时通过激光发射装置和激光接收装置解决了参数信息的无物理介质的安全性传输，避免参数信息被干扰和窃取，通过状态监测与预警装置6以实现对核电站的安全性进行远程实时监控。

进一步的，在一种实施例中，该监测系统还包括人工审计模块，人工审计模块可以为移动终端(如手机、平板)或者设备端(如计算机)，第二数据处理装置5将参数信息以及监测的相关信息、告警信息等发送给人工审计模块，专家通过审计核安全状态监视与风险预警的分析结果，结合核电站安全生产的相关规程提出核电机组运行控制优化建议与核安全风险控制的建议措施。专家的建议措施可通过核电站的运行值班电话等通信方式反馈给核电站运行操纵员，建议与指导操纵员进行机组运行优化与核安全风险的预控制。

通过本实施例的监控系统可以实现对核安全风险相关、机组运行状态相关的重要测点与参数进行筛选，并制定筛选标准。实现对核安全风险相关、机组运行状态的异地实时监视与风险预警。对数据的安全可信处理，利用密码加密实现数据的完整性校验，防止外部的破坏与网络安全入侵攻击。可实现基于物理断开的单向激光的高实时，高可靠传输，防止电磁干扰，数据窃取、篡改等数字手段的攻击。通过双机热备、电源冗余设置可以确保系统高可靠的运行，不因某个硬件损坏影响而导致整套系统不可运行。实现核安全风险相关、机组运行状态的组态画面实时监视，趋势图形化监视，历史数据存储与查询显示。与核电站高精度模拟仿真平台结合，对机组运行状态优化分析，与核安全风险实时预警。核安全状态监视与风险预警生产的信息，通过核电领域资深运行专家与安全专家审计，可形成对现场实际运行与核安全风险纠偏的建议措施。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种基于物理断开的核电站安全可信状态监测系统,其特征在于，包括：

多个数据采集装置，分别用于采集核电站预设监测点的参数信息；

第一数据处理装置，用于收集所述多个数据采集装置采集的参数信息，并对收集到的参数信息进行实时安全可信防护；

激光发射装置，用于将收集到的参数信息转化为激光信号发射出去；

激光接收装置，用于接收所述激光信号并从中解析出所述参数信息；

第二数据处理装置，用于对解析出的参数信息进行实时安全可信防护；

状态监测与预警装置，用于对解析出的参数信息进行实时显示，并判断所述参数信息是否异常，若异常则发出预警信息。

2.如权利要求1所述的核电站安全可信状态监测系统,其特征在于，所述参数信息至少包括反应堆反应性控制相关参数、反应堆余热排出控制相关参数、核电机组运行相关参数、反应堆周围环境的辐射相关参数。

3.如权利要求1所述的核电站安全可信状态监测系统,其特征在于，所述第一数据处理装置和/或第二数据处理装置包括：

数据适配模块，用于判断采集到的参数信息的数据类型是否属于预设的数据类型库中的一种或多种，若是则收集该参数信息；

可信验证模块，用于对用户的操作信息、计算信息、执行环境进行可信验证；

访问控制模块，用于对用户的访问进行安全验证。

4.如权利要求3所述的核电站安全可信状态监测系统,其特征在于，所述第一数据处理装置和/或第二数据处理装置还包括：

数据完整性校验模块，用于对所述参数信息进行加密并生成用于表示所述参数信息完整性的密码；

恶意软件防护模块，用于对恶意软件进行防护，防止其对所述参数信息的窃取；

数据监控与审计模块，用于对所述参数信息进行监控以及对用户的操作信息进行审计。

5.如权利要求1所述的核电站安全可信状态监测系统,其特征在于，所述状态监测与预警装置包括：

数据实时存储模块，用于对所述参数信息进行实时存储；

查询模块，用于对历史参数信息进行查询。

6.如权利要求5所述的核电站安全可信状态监测系统,其特征在于，所述状态监测与预警装置还包括：

变化趋势构建模块，用于构建所述参数信息中的一个或多个的变化趋势图；

显示模块，用于对所述参数信息进行实时显示以及对所述参数信息的变化趋势图进行显示。

7.如权利要求5所述的核电站安全可信状态监测系统,其特征在于，所述状态监测与预警装置还包括：

生产运行优化模块，用于将所述参数信息输入到生产运行优化模型中，得到优化后的生产运行参数；

状态监测模块，用于对所述参数信息进行实时监测判断其是否满足预设的安全运行参数要求，以及对所述参数信息的变化趋势图的变化趋势进行实时监测并判断其变化趋势是否满足预设的安全变化趋势要求；

告警模块，用于在所述状态监测模块判断出所述参数信息不满足预设的安全运行参数要求和/或所述参数信息的变化趋势图变化趋势不满足预设的安全变化趋势要求时发出告警信息。

8.如权利要求1所述的核电站安全可信状态监测系统,其特征在于，还包括多个数据单向隔离装置，分别用于对所述多个数据采集装置采集到的参数信息进行安全隔离和单向导入处理后传输给所述第一数据处理装置。

9.如权利要求7所述的核电站安全可信状态监测系统,其特征在于，所述对所述参数信息进行实时监测判断其是否满足预设的安全运行参数要求包括：

将所述参数信息输入到预先建立的参数与安全运行状态对应的运行参数监控模型中，得到所述参数信息是否满足预设的安全运行参数要求的结果；

所述对所述参数信息的变化趋势图的变化趋势进行实时监测判断其变化趋势是否满足预设的安全变化趋势要求包括：

将所述参数的变化趋势图的变化趋势输入到预设的变化趋势与安全变化趋势监测模型中，得到所述参数的变化趋势图的变化趋势是否满足预设的安全变化趋势要求的结果。

10.如权利要求1所述的核电站安全可信状态监测系统,其特征在于，所述第一数据处理装置和/或第二数据处理装置还包括预备从机和冗余电源；

所述监测系统还包括运行状态预判装置，用于对当前状态的加倍运算，预判未来状态的发展趋势，并判断未来发展是否会出现异常，若异常提前给出干预运行控制信息。

Images