CN212181274U - 一种用于工业自动化控制系统的切换装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于工业自动化控制系统的切换装置，该切换装置分别与原控制系统、备用控制系统和被控现场设备连接，包括切换转换模块、信号输出切换模块和总线连接器，所述切换转换模块用于接收切换指令，所述总线连接器分别与切换转换模块和信号输出切换模块连接，用于将切换指令联动到信号输出切换模块；所述信号输出切换模块在接收到切换指令时，断开信号输出切换模块与原控制系统之间的信号输入通道，同时接通信号输出切换模块与备用控制系统之间的信号输入通道。本实用新型能在遭遇网络攻击时将原控制系统切换成安全独立的备用控制系统，从而使备用控制系统迅速接管被控现场设备，保证生产正常运行。
Description
技术领域
本实用新型属于工业自动化控制系统网络安全领域，尤其涉及一种用于工业自动化控制系统的切换装置。
背景技术
工业自动化是机器设备或生产过程在不需要人工直接干预的情况下，按预期的目标实现测量、操纵等信息处理和过程控制的统称，在工业生产中广泛采用自动控制、自动调整装置，用以代替人工操纵机器和机器体系进行加工生产。如发电站发电控制就需要多个自动控制系统来实现发电设备的安全运行，其中的汽轮机跳闸保护系统（ETS）在机组发生异常时能够使汽轮机安全停车；汽轮机数字电液控制系统（DEH）实现汽轮机转速、负荷、压力以及其他的辅助控制；还有用于全场的锅炉及汽轮机等设备控制的DCS系统,汽轮机监视系统TSI等许多系统。
近年来，随着工业4.0概念的不断深入和落地，越来越多的工业企业开始接入互联网，生产设备、管理系统、业务系统以及与众多企业的协同都将互联，但由于复杂的网络环境，随之而来的各种工业互联网安全问题成为企业最大的隐忧。如发电领域等许多工业领域均是关乎国计民生的重要产业，一旦遭遇网络攻击可能导致极大社会影响和经济损失，影响工业生产运营甚至出现重大生产事故及人员伤亡，所以工业互联网安全防护必须重视起来。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供了一种用于工业自动化控制系统的切换装置，本实用新型能在遭遇网络攻击时将原控制系统切换成安全独立的备用控制系统，从而使备用控制系统迅速接管被控现场设备，保证生产正常运行。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种用于工业自动化控制系统的切换装置，该切换装置分别与原控制系统、备用控制系统和被控现场设备连接，其特征在于：包括切换转换模块、信号输出切换模块和总线连接器，所述切换转换模块用于接收切换指令，所述总线连接器分别与切换转换模块和信号输出切换模块连接，用于将切换指令联动到信号输出切换模块；所述信号输出切换模块在接收到切换指令时，断开信号输出切换模块与原控制系统之间的信号输入通道，同时接通信号输出切换模块与备用控制系统之间的信号输入通道。
所述切换转换模块包括切换继电器和直流电源，直流电源和总线连接器分别连接在切换继电器的常开触点两端；当切换继电器接收到切换指令后，常开触点闭合，切换继电器通过总线连接器向信号输出切换模块输出直流电压信号。
所述信号输出切换模块包括数字量输出切换模块和模拟量输出切换模块，所述切换转换模块分别通过总线连接器与数字量输出切换模块和模拟量输出切换模块连接，所述数字量输出切换模块分别与原控制系统和备用控制系统连接，数字量输出切换模块在接收到切换指令时，断开数字量输出切换模块与原控制系统之间的数字量信号输入通道，同时接通信号输出切换模块与备用控制系统之间的数字量信号输入通道；所述模拟量输出切换模块分别与原控制系统和备用控制系统连接，模拟量输出切换模块在接收到切换指令时，断开模拟量输出切换模块与原控制系统之间的模拟量信号输入通道，同时接通模拟量输出切换模块与备用控制系统之间的模拟量信号输入通道。
所述数字量输出切换模块包括数字量常开继电器和数字量常闭继电器，数字量输出切换模块共设计三路原系统数字量输出信号接入通道、三路备用系统数字量输出信号接入通道和三路数字量输出信号切换通道，每路数字量输出信号切换通道既通过数字量常闭继电器的常闭触点与原系统数字量输出信号接入通道相连，又通过常开继电器的常开触点与备用系统数字量输出信号接入通道相连。
所述模拟量输出切换模块包括模拟量继电器，模拟量继电器共设计三路原系统模拟量输出信号接入通道、三路备用系统模拟量输出信号接入通道和三路模拟量输出信号切换通道，每路模拟量输出信号切换通道既通过模拟量继电器的常闭触点与原系统模拟量输出信号接入通道相连，又通过模拟量继电器的常开触点与备用系统模拟量输出信号接入通道相连。
所述的切换装置还包括DIN导轨，总线连接器安装在DIN导轨内，信号输出切换模块通过壳体安装在DIN导轨上。
采用本实用新型的优点在于：
1、工业互联网时代安全威胁的突发性强、破坏性大，尤其涉及国计民生的产业领域，一旦遭遇网络攻击，可能造成极大的社会影响和经济损失。当工业生产运行中的自动控制系统在遭遇网络攻击时通过本实用新型可由原控制系统快速切换到安全独立的备用控制系统，使备用控制系统迅速接管被控现场设备。既保证了被控现场设备的安全性，也保证了生产正常运营。
2、本实用新型分别采用不同型号的继电器作为切换转换模块、数字量输出切换模块和模拟量输出切换模块，具有结构小巧、安装便利等优点，既可用于各类工业控制系统网络安全设计，也可用于已建项目的工业控制系统网络安全改造。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型中切换转换模块的逻辑图；
图3为本实用新型中切换转换模块的电路图；
图4为本实用新型中数字量输出切换模块的逻辑图；
图5为本实用新型中数字量输出切换模块的电路图；
图6为本实用新型中模拟量输出切换模块的逻辑图；
图7为本实用新型中模拟量输出切换模块的电路图；
图8为本实用新型的应用示意图；
图中标记为：1、原控制系统，2、备用控制系统，3、切换装置，4、网络攻击识别装置，5、防火墙，6、路由器，7、被控现场设备，8、切换转换模块，9、数字量输出切换模块，10、模拟量输出切换模块，11、总线连接器，12、DIN导轨。
具体实施方式
本实用新型公开了一种用于工业自动化控制系统的切换装置，该切换装置3分别与原控制系统1、备用控制系统2和被控现场设备7连接，能够在遭遇网络攻击时将原控制系统1切换成安全独立的备用控制系统2，使备用控制系统2迅速接管被控现场设备7，从而保证生产正常运行。
下面结合附图对本实用新型作详细说明。
如图1所示，本实用新型包括切换转换模块8、信号输出切换模块和总线连接器11，所述切换转换模块8用于接收来自备用控制系统2的切换指令，所述总线连接器11分别与切换转换模块8和信号输出切换模块连接，用于将切换指令联动到信号输出切换模块；所述信号输出切换模块在接收到切换指令时，断开信号输出切换模块与原控制系统1之间的信号输入通道，同时接通信号输出切换模块与备用控制系统2之间的信号输入通道。
所述信号输出切换模块包括数字量输出切换模块9和模拟量输出切换模块10，所述切换转换模块8分别通过总线连接器11与数字量输出切换模块9和模拟量输出切换模块10连接，所述数字量输出切换模块9分别与原控制系统1和备用控制系统2连接，数字量输出切换模块9在接收到切换指令时，断开数字量输出切换模块9与原控制系统1之间的数字量信号输入通道，同时接通信号输出切换模块与备用控制系统2之间的数字量信号输入通道；所述模拟量输出切换模块10分别与原控制系统1和备用控制系统2连接，模拟量输出切换模块10在接收到切换指令时，断开模拟量输出切换模块10与原控制系统1之间的模拟量信号输入通道，同时接通模拟量输出切换模块10与备用控制系统2之间的模拟量信号输入通道。
所述的切换装置3还包括DIN导轨12，总线连接器11安装在DIN导轨12内，信号输出切换模块采用DIN导轨12安装方式的标准IO电子模块壳体安装在DIN导轨12上，并与DIN导轨12内的总线连接器11组合安装在一起。
如图2-3所示，所述切换转换模块8包括切换继电器和直流电源，切换继电器为高速光电器件AQZ202G，直流电源为15W的3.3V直流稳压电源，直流电源和总线连接器11分别连接在高速光电器件AQZ202G的常开触点两端；当高速光电器件AQZ202G接收到切换指令后，常开触点闭合，高速光电器件AQZ202G通过总线连接器11向信号输出切换模块输出3.3V直流电压信号。
如图4-5所示，所述数字量输出切换模块9包括数字量常开继电器和数字量常闭继电器，数字量常开继电器为高速光电器件AQZ204，数字量常闭继电器为高速光电器件AQZ404，数字量输出切换模块9共设计三路原系统数字量输出信号接入通道、三路备用系统数字量输出信号接入通道和三路数字量输出信号切换通道，每路数字量输出信号切换通道既通过高速光电器件AQZ404的常闭触点与原系统数字量输出信号接入通道相连，又通过高速光电器件AQZ204的常开触点与备用系统数字量输出信号接入通道相连。其中，所采用的高速光电器件AQZ404和高速光电器件AQZ204的触点容量达到400VAC/DC/0.5A,可满足220VDC/110VDC对现场电磁阀控制大信号的转发。无需切换时，原控制系统1与原系统数字量输出信号接入通道连通，原控制系统1的数字量输出信号通过该模块输出。当数字量输出切换模块9接收到切换指令后，原控制系统1与原系统数字量输出信号接入通道被断开，同时备用控制系统2与备用系统数字量输出信号接入通道连通，实现了数字量信号输入通道的切换，满足由原控制系统1切换到了备用控制系统2的需求。
如图6-7所示，所述模拟量输出切换模块10包括模拟量继电器，模拟量继电器为高速光电器件AQW612，共设计三路原系统模拟量输出信号接入通道、三路备用系统模拟量输出信号接入通道和三路模拟量输出信号切换通道，每路模拟量输出信号切换通道既通过高速光电器件AQW612的常闭触点与原系统模拟量输出信号接入通道相连，又通过高速光电器件AQW612的常开触点与备用系统模拟量输出信号接入通道相连。其中，所采用的高速光电器件AQW612触点容量达到60VAC/DC/0.5A, 对于输出到被控现场设备7的4～20mA电流信号、±10V电压信号等多种模拟量信号的转发均可以使用需要。无需切换时，原控制系统1与原系统模拟量输出信号接入通道连通，原控制系统1的模拟量输出信号通过该模块输出。当模拟量输出切换模块10接收到切换指令后，原控制系统1与原系统模拟量输出信号接入通道被断开，同时备用控制系统2与备用系统模拟量输出信号接入通道连通，实现了模拟量信号输入通道的切换，满足由原控制系统1切换到了备用控制系统2的需求。
如图8所示，控制系统通讯网络经路由器6、防火墙5与外部Internet网络相连，原控制系统1的各IO信号通过切换装置3连接到被控现场设备7，当连接在控制系统通讯网络上的网络攻击识别装置4识别出攻击后，网络攻击识别装置4发出报警信号，备用控制系统2接收到报警信号后发出切换指令到切换装置3，切换装置3将连接到被控现场设备7的原控制系统1IO信号切换为连接到备用控制系统2，从而使备用控制系统2迅速接管现场生产设备，保证生产正常运行。
本实用新型在实施时，来自现场的输入信号（DI和AI信号）由1进2出信号分配器同时接入原控制系统1与备用控制系统2，原控制系统1的输出信号（DO和AO信号）则通过切换装置3连接到现场设备。在遭受网络攻击时，网络攻击识别装置4发出报警信号，备用控制系统2接收到报警信号或根据自身检测的工况发出切换信号到切换装置3，切换装置3将原控制系统1的输出信号（DO和AO信号）切换为由备用控制系统2输出，从而使备用控制系统2具备控制被控现场设备7的能力。
其中，由于网络攻击识别装置4只是侦听网络上的通讯报文，并无能力阻断通讯路由，因此在网络攻击识别装置4发出报警信号时，网络攻击可能已经产生破坏行为。为了能让备用控制系统2迅速具备控制被控现场设备7的能力，整个信号路由上须具备高速切换能力。本实用新型所述切换装置既能保证未受网络攻击时原控制系统1的信号正确独立性，生产设备正常运行，又能在受到网络攻击时快速切换为备用控制系统2，使被控现场设备7能保持原有工作状态，有效地保证了系统的安全性。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。
Claims (6)
1.一种用于工业自动化控制系统的切换装置，该切换装置分别与原控制系统（1）、备用控制系统（2）和被控现场设备（7）连接，其特征在于：包括切换转换模块（8）、信号输出切换模块和总线连接器（11），所述切换转换模块（8）用于接收切换指令，所述总线连接器（11）分别与切换转换模块（8）和信号输出切换模块连接，用于将切换指令联动到信号输出切换模块；所述信号输出切换模块在接收到切换指令时，断开信号输出切换模块与原控制系统（1）之间的信号输入通道，同时接通信号输出切换模块与备用控制系统（2）之间的信号输入通道。
2.根据权利要求1所述的一种用于工业自动化控制系统的切换装置，其特征在于：所述切换转换模块（8）包括切换继电器和直流电源，直流电源和总线连接器（11）分别连接在切换继电器的常开触点两端；当切换继电器接收到切换指令后，常开触点闭合，切换继电器通过总线连接器（11）向信号输出切换模块输出直流电压信号。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于工业自动化控制系统的切换装置，其特征在于：所述信号输出切换模块包括数字量输出切换模块（9）和模拟量输出切换模块（10），所述切换转换模块（8）分别通过总线连接器（11）与数字量输出切换模块（9）和模拟量输出切换模块（10）连接，所述数字量输出切换模块（9）分别与原控制系统（1）和备用控制系统（2）连接，数字量输出切换模块（9）在接收到切换指令时，断开数字量输出切换模块（9）与原控制系统（1）之间的数字量信号输入通道，同时接通信号输出切换模块与备用控制系统（2）之间的数字量信号输入通道；所述模拟量输出切换模块（10）分别与原控制系统（1）和备用控制系统（2）连接，模拟量输出切换模块（10）在接收到切换指令时，断开模拟量输出切换模块（10）与原控制系统（1）之间的模拟量信号输入通道，同时接通模拟量输出切换模块（10）与备用控制系统（2）之间的模拟量信号输入通道。
4.根据权利要求3所述的一种用于工业自动化控制系统的切换装置，其特征在于：所述数字量输出切换模块（9）包括数字量常开继电器和数字量常闭继电器，数字量输出切换模块（9）共设计三路原系统数字量输出信号接入通道、三路备用系统数字量输出信号接入通道和三路数字量输出信号切换通道，每路数字量输出信号切换通道既通过数字量常闭继电器的常闭触点与原系统数字量输出信号接入通道相连，又通过常开继电器的常开触点与备用系统数字量输出信号接入通道相连。
5.根据权利要求3所述的一种用于工业自动化控制系统的切换装置，其特征在于：所述模拟量输出切换模块（10）包括模拟量继电器，模拟量继电器共设计三路原系统模拟量输出信号接入通道、三路备用系统模拟量输出信号接入通道和三路模拟量输出信号切换通道，每路模拟量输出信号切换通道既通过模拟量继电器的常闭触点与原系统模拟量输出信号接入通道相连，又通过模拟量继电器的常开触点与备用系统模拟量输出信号接入通道相连。
6.根据权利要求1所述的一种用于工业自动化控制系统的切换装置，其特征在于：所述的切换装置还包括DIN导轨（12），总线连接器（11）安装在DIN导轨（12）内，信号输出切换模块通过壳体安装在DIN导轨（12）上。
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| CN112769861B (zh) * | 2021-01-25 | 2023-01-31 | 东方电气自动控制工程有限公司 | 一种电厂安全i区网络安全危急信号识别输出装置 |
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