南大傲拓自主PLC器件針對水電系統(tǒng)建立專用軟硬件防御體系

1、項目概述

目前南大傲拓科技自主研發(fā)的中大型PLC產(chǎn)品成功打破了法國施耐德和美國GE兩家公司數(shù)十年在水電站行業(yè)的市場壟斷。自主研發(fā)的可編程控制器（PLC）在核心CPU芯片及嵌入式實時操作系統(tǒng)方面已經(jīng)取得突破性進展，現(xiàn)已在龍芯等國產(chǎn)芯片、開源嵌入式Linux操作系統(tǒng)上開發(fā)可編程控制器嵌入式軟件，實現(xiàn)PLC軟硬件核心技術(shù)的自主、可控突破。此外南大傲拓科技針對水電計算機監(jiān)控系統(tǒng)信息安全需求，結(jié)合行業(yè)的特點，從安全性、實用性等方面進行可編程控制器的信息安全研究，針對水電系統(tǒng)外部攻擊的途徑和特點建立專用軟硬件防御體系。

南大傲拓科技的PLC（可編程邏輯控制器）、SCADA系統(tǒng)已在四十多個水電站得到廣泛應用，積累了豐富的現(xiàn)場應用經(jīng)驗，產(chǎn)品在現(xiàn)場運行穩(wěn)定、可靠，特別是中文化的編程界面直觀易懂、軟件功能強大、配置靈活，獲得了業(yè)主、設計專家和系統(tǒng)集成單位的一致認可，南大傲拓科技作為國內(nèi)一家自主研發(fā)且擁有完全獨立知識產(chǎn)權(quán)的專業(yè)PLC廠家，將一如既往為我國水電站PLC國產(chǎn)化的事業(yè)作出應有的貢獻。

2、自主可控產(chǎn)品介紹

2.1 基于國產(chǎn)麒麟操作系統(tǒng)的自主可控水電站監(jiān)控軟件

如今，水電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用了計算機技術(shù)對水電站的電能生產(chǎn)過程進行控制，此舉不僅提高水電站的自動化水平和供電質(zhì)量，還提高了水電站的安全運行水平、勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益。

水電站計算機監(jiān)控技術(shù)的應用，大大改變了水電站的值守方式，使水電站從此實現(xiàn)了自動化，減輕了運行人員的勞動強度，減少了水電站的運行人員數(shù)量，大大減少了運行人員對設備的操作工作量，使水電站實現(xiàn)“無人值班，少人值守”的工作模式。

計算機操作系統(tǒng)的安全漏洞和后門是直接影響自動化系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的最大因素，南大傲拓自主研發(fā)的跨平臺組態(tài)軟件可以運行在國產(chǎn)中標麒麟或銀河麒麟操作系統(tǒng)上，再配合基于國產(chǎn)龍芯或者飛騰處理器的國產(chǎn)服務器，真正地實現(xiàn)計算機監(jiān)控系統(tǒng)的國產(chǎn)化運行，大大降低了Windows 操作系統(tǒng)病毒、漏洞、后門等對水電站運行構(gòu)成的安全威脅。

功能特點：

●本系統(tǒng)的軟件平臺運行在國產(chǎn)麒麟操作系統(tǒng)和龍芯處理器組成的全國產(chǎn)硬件平臺上；

●軟件、硬件均以平臺方式開發(fā)而成；

●全站采用以太網(wǎng)方式相互交換數(shù)據(jù)；

●對實現(xiàn)雙主機冗余、歷史數(shù)據(jù)庫冗余配置，使系統(tǒng)具有高可靠性；

●數(shù)據(jù)處理能力強，響應速度快、穩(wěn)定；

●系統(tǒng)維護能力強，減輕用戶負擔；

●開放式系統(tǒng)設計，軟硬件均可升級；

●通過“開放的數(shù)據(jù)庫聯(lián)接（ODBC）”與標準數(shù)據(jù)庫（SQL SERVER，ORACLE，SYBASE，MYSQL等）聯(lián)接，可與MIS系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)；

●支持標準MODBUS TCP、TCP/IP等協(xié)議，可與南大傲拓、施耐德、西門子、GE、AB等多個公司PLC產(chǎn)品進行通訊。

軟件架構(gòu)

2.2 自主可控的可編程控制器（PLC）

在水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)中，最為核心之一的元器件便是PLC（可編程邏輯控制器）產(chǎn)品，水電站一切自控運營操作都通過其指揮及控制。PLC產(chǎn)品的安全問題越來越引起工業(yè)和信息化產(chǎn)業(yè)部的重視。國外進口PLC產(chǎn)品不斷暴露出漏洞和后門，時刻威脅著工業(yè)控制系統(tǒng)的運行安全，南大傲拓公司開發(fā)的基于自主可控國產(chǎn)MCU的大型PLC產(chǎn)品，從核心CPU到所有IO模塊和通信模塊，全部實現(xiàn)自主可控，并且產(chǎn)品實現(xiàn)雙機熱備冗余功能，電源冗余功能和以太網(wǎng)通信冗余功能，并在網(wǎng)絡通信上實現(xiàn)信息安全加密功能，通過國密算法，對以太網(wǎng)傳輸?shù)膱笪倪M行加密處理，對讀取PLC數(shù)據(jù)的服務器進行MAC地址的綁定和報文過濾處理，從而打造一款滿足大型水電站使用的信息安全性可編程控制器。

2.2.1水電站監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2.2 PLC在水電自動化監(jiān)控系統(tǒng)中的主要功能

1）PLC采集及處理模擬量信號。模擬量信號分為電氣模擬量和非電氣模擬量，電氣模擬量主要采集電壓、電流以及功率等電氣信號量，非電氣模擬量主要采集壓力、溫度、流量、水位、油位以及擺度、振動及脈沖量；

2）PLC采集及處理開關量信號。開關量信號分為中斷型開關量和非中斷型開關量，中斷型開關量是指事故信號、斷路器分合及重要的機電保護的動作信號。非中斷型開關量信號是指除中斷型開關量信號以外的那部分開關量信號，包括各類故障信號、斷路器及隔離開關的位置信號、機組設備運行狀態(tài)信號、手動自動方式選擇的位置信號；

3）發(fā)電過程自動控制。PLC可控制電站水輪發(fā)電機組的啟停，采集發(fā)電、調(diào)相狀態(tài)，計算機組有功功率及無功功率，合理調(diào)節(jié)進水閘門開閉以及開度，以及自動監(jiān)控輔機設備等，

4）自動處理事故。在設置了計算機監(jiān)控系統(tǒng)后，計算機便對水電站的設備進行在線監(jiān)視，對運行設備的各種參數(shù)進行記錄和存貯，一旦發(fā)生事故，計算機便對事故進行分析，然后再執(zhí)行有關的事故處理程序，使事故得到及時的處理，同時還記錄了事故的性質(zhì)、發(fā)生的時間和地點；

5）最優(yōu)發(fā)電控制。計算機對水電站的控制，最直接的目的就是進行最優(yōu)的發(fā)電控制， 根據(jù)電力系統(tǒng)對水電站有功功率的需要，調(diào)節(jié)水輪機導葉的開度，輸入所需的水量，保證機組的最優(yōu)配合和負荷的最優(yōu)分配，保證水電站的電壓質(zhì)量及無功功率的合理分配。

2.2.3 水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)信息安全防護部署

●在安全I區(qū)內(nèi)的LCU本地控制單元前部署工業(yè)防火墻，通過工控協(xié)議深度解析及應用協(xié)議白名單機制，實現(xiàn)安全I區(qū)內(nèi)不同LCU本地控制單元的獨立安全；

●安全I區(qū)與安全II區(qū)之間部署工業(yè)防火墻，通過對OPC數(shù)據(jù)采集協(xié)議進行深度解析，實現(xiàn)兩個不同安全等級區(qū)域間的信息安全保護及網(wǎng)絡隔離；

●在安全I區(qū)內(nèi)旁路部署安全監(jiān)測審計平臺，實時監(jiān)測記錄誤操作和各類違規(guī)行為；

●在安全I區(qū)內(nèi)所有操作員站、工程師站、應用服務器、數(shù)據(jù)庫服務器上部署工控主機衛(wèi)士，避免相應惡意軟件、誤操作等帶來的安全風險；

●在安全I區(qū)、安全II區(qū)內(nèi)，旁路部署入侵檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)監(jiān)測控制大區(qū)內(nèi)病毒、木馬及惡意攻擊行為等，保護生產(chǎn)控制大區(qū)內(nèi)工控設備及系統(tǒng)免遭惡意代碼的攻擊；

●在生產(chǎn)控制大區(qū)內(nèi)部署統(tǒng)一安全管理平臺，實現(xiàn)工業(yè)防火墻、監(jiān)測審計平臺、工控主機衛(wèi)士等的集中管理和日志歸并分析，降低運維難度，提升安全防護效率。

3、項目應用案例

南大傲拓水電站自主可控監(jiān)控系統(tǒng)解決方案目前已經(jīng)在國內(nèi)某大型水電站完成現(xiàn)場投運，水電站單臺機組裝機200MW，屬于中大型水電項目，南大傲拓解決方案的投入運行，代表國產(chǎn)自主研發(fā)的PLC產(chǎn)品， 無論從功能和性能上，都已經(jīng)達到進口品牌產(chǎn)品的水平，完全可以滿足我國水電自動化監(jiān)控系統(tǒng)的使用需求。

下圖為現(xiàn)場使用照片：

機組監(jiān)控LCU控制柜

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