CN112367202B - 物理实体控制***与虚拟仿真生产环境的数据交换方法 - Google Patents

物理实体控制***与虚拟仿真生产环境的数据交换方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种物理实体控制***与虚拟仿真生产环境的数据交换方法，是将两套已有的通讯主体通过本发明的方法连接成能够相互数据交换的有机整体，所述的通讯主体包括一套虚拟仿真生产环境和一套物理实体控制***。本发明在涵盖火电机组控制***控制层与设备层业务场景的虚实结合攻防靶场中，能够将物理实体控制***与虚拟仿真生产环境有机结合以实现物理实体控制***与虚拟仿真生产环境之间的相互数据交换。

Description

物理实体控制***与虚拟仿真生产环境的数据交换方法
技术领域
本发明涉及电力攻防靶场虚实结合数据交换技术领域，具体涉及一种物理实体控制***与虚拟仿真生产环境的数据交换方法。
背景技术
《网络安全法》、《网络安全等级保护制度》明确了网络安全工作的内容和要求，明确提出“一旦遭到破坏、丧失功能或者数据泄露，可能严重危害国家安全、国计民生、公共利益的关键信息基础设施，在网络安全等级保护制度的基础上，实行重点保护”。电力***与现代社会生产生活紧密相连，属于关键基础设施，一旦发生大面积停电事故，经济损失、社会影响巨大，后果不堪设想。
电源侧现有安全防护体系面临日趋严峻的挑战，需要结合新技术的发展，结合行业现状进行基础性、关键性、前瞻性技术研究。解决原有安全体系中存在的非自主可控、被动防御等突出问题，通过创新手段提高电源侧网络的本质安全、主动安全。
工控攻防靶场即是为了进行人员培训、重大场景复现及工控漏洞挖掘应运而生的。但是传统的工控攻防靶场的实现方式主要集中在虚拟化仿真平台技术之上，对于电力行业特别是发电领域而言现有虚拟化工控攻防靶场只能模拟控制层数据，无法模拟设备层数据，与发电厂控制***架构不相符。现有的工控攻防靶场无法与实物沙盘进行数据联动，缺少攻防场景的直观展示。因此，亟待设计一种能够将攻防靶场中的物理实体控制***与虚拟仿真生产环境进行数据交换的方法，符合发电厂控制***实际架构，同时能够满足多种场景下的攻防演练展示需要。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种物理实体控制***与虚拟仿真生产环境的数据交换方法，在涵盖火电机组控制***控制层与设备层业务场景的虚实结合攻防靶场中，能够将物理实体控制***与虚拟仿真生产环境有机结合以实现物理实体控制***与虚拟仿真生产环境之间的相互数据交换。
本发明采用的技术方案如下：
物理实体控制***与虚拟仿真生产环境的数据交换方法，将两套通讯主体关联成能够相互数据交换的有机整体，所述的通讯主体包括一套虚拟仿真生产环境和一套物理实体控制***；
两套通讯主体之间的数据交换包括控制层之间的网络通信交换方法和设备层之间的硬接线数据交换方法；
所述的控制层之间的网络通信数据交换方法包括以下步骤：
(1)发出通信信息的仿真模型根据需要编辑发电厂生产工艺对象的控制策略并通过网络设备传送至虚拟控制器,虚拟控制器与真实控制器之间就如同真实控制器与真实控制器之间一样，通信信息在虚拟控制器与真实控制器之间相互引用；
(2)真实控制器经过网络设备将仿真模型发送到虚拟控制器中的通信信息以虚拟控制器与真实控制器之间相互引用的方式读取至物理实体控制***中；
所述设备层之间的硬接线数据交换方法包括以下步骤：
(1)在涵盖火电机组控制***控制层与设备层业务场景的虚实结合攻防靶场中设置网络设备、人机交互计算机、虚拟控制器、仿真模型、运行仿真模型的计算机、真实控制器和实物沙盘；在运行仿真模型的计算机上安装USB转Modbus转换器及接口管理通信软件，真实控制器与Modbus通信模件直接连接；
(2)仿真模型根据需要编辑控制策略并通过USB转Modbus转换器将通信信息转换成硬接线信号并传输至Modbus通信模件，Modbus通信模件再与真实控制器连接；
(3)真实控制器将接收到的仿真模型发出的通信信息发送给实物沙盘上的被控设备，并将被控设备的运行结果通过原路径传送回虚拟控制器以完成数据通讯。
优选的，所述设备层之间的硬接线数据交换方法中步骤(1)中所述的网络设备为交换机，所述的人机交互计算机包括工程师站、操作员站和历史站。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
本发明的一种物理实体控制***与虚拟仿真生产环境的数据交换方法，在原有采用虚拟控制器的生产仿真***基础上，接入物理实体控制***，组建虚实结合电力攻防靶场。真实控制器与虚拟控制器之间实现逻辑组态、实时数据库、历史数据库、报表、报警软件的一体化操作。在涵盖火电机组控制***控制层与设备层业务场景的虚实结合电力攻防靶场中，能够将物理实体控制***与虚拟仿真生产环境有机结合以实现物理实体控制***与虚拟仿真生产环境之间的相互数据交换，使得攻防靶场两侧的物理实体控制***与虚拟仿真生产环境能够像真实业务场景一样连通，并且不会对原有结构产生任何影响，更不会影响网络靶场的真实性。
附图说明
图1为本发明的电力攻防靶场模型；
图2为本发明控制层之间的网络通信数据交换方法通讯模型；
图3为本发明设备层之间的硬接线数据交换方法通讯模型。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清晰，下面将结合附图进行详细描述。
本发明一种物理实体控制***与虚拟仿真生产环境的数据交换方法，是将两套已有的通讯主体关联成能够相互数据交换的有机整体，所述的通讯主体包括一套虚拟仿真生产环境和一套物理实体控制***。本发明的一种物理实体控制***与虚拟仿真生产环境的数据交换方法，在虚实结合电力攻防靶场中，能够将物理实体控制***与虚拟仿真生产环境有机结合以实现物理实体控制***与虚拟仿真生产环境之间的相互数据交换。
两套通讯主体之间的数据交换包括控制层之间网络通信数据交换方法和设备层之间的硬接线数据交换方法，网络通信数据交换方法和硬接线数据交换方法都是双向的。在如图1所示的这种电力攻防靶场中，通过物理实体控制***与虚拟仿真生产环境之间的两种不同数据交换方法，使得攻防靶场两侧的物理实体控制***与虚拟仿真生产环境能够像真实业务场景一样连通，并且不会对原有结构产生任何影响，更不会影响网络靶场的真实性。
如图2所示，控制层之间的网络通信数据交换方法包括以下步骤：
(1)发出通信信息的仿真模型根据需要编辑发电厂生产工艺对象的控制策略并通过网络设备传送至虚拟控制器,虚拟控制器与真实控制器之间就如同真实控制器与真实控制器之间一样，通信信息在虚拟控制器与真实控制器之间相互引用；
(2)真实控制器经过网络设备将仿真模型发送到虚拟控制器中的通信信息以虚拟控制器与真实控制器之间相互引用的方式读取至物理实体控制***中。如图3所示，设备层之间的硬接线数据交换方法包括以下步骤：
(1)在涵盖火电机组控制***控制层与设备层业务场景的虚实结合攻防靶场中设置网络设备(交换机)，人机交互计算机(工程师站、操作员站、历史站)，虚拟控制器，仿真模型，运行仿真模型的计算机，真实控制器，沙盘。在运行仿真模型的计算机上安装USB转Modbus转换器及接口管理通信软件，真实控制器与Modbus通信模件连接；
(2)仿真模型根据需要编辑控制策略并通过USB转Modbus转换器将通信信息转换成硬接线信号并传输至Modbus通信模件，Modbus通信模件再与真实控制器连接；
(3)真实控制器将接收到的仿真模型发出的通信信息发送给实物沙盘上的被控设备，并将被控设备的运行结果通过原路径传送回虚拟控制器以完成数据通讯。
以上所述是本发明的优选实施方式，应对指出，对于本技术领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可做出若干适当的修改、等同替换和改进，均应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.物理实体控制***与虚拟仿真生产环境的数据交换方法，其特征在于，将两套通讯主体关联成能够相互数据交换的有机整体，所述的通讯主体包括一套虚拟仿真生产环境和一套物理实体控制***；
两套通讯主体之间的数据交换包括控制层之间的网络通信交换方法和设备层之间的硬接线数据交换方法；
所述的控制层之间的网络通信数据交换方法包括以下步骤：
(1)发出通信信息的仿真模型根据需要编辑发电厂生产工艺对象的控制策略并通过网络设备传送至虚拟控制器,虚拟控制器与真实控制器之间就如同真实控制器与真实控制器之间一样，通信信息在虚拟控制器与真实控制器之间相互引用；
(2)真实控制器经过网络设备将仿真模型发送到虚拟控制器中的通信信息以虚拟控制器与真实控制器之间相互引用的方式读取至物理实体控制***中；
所述设备层之间的硬接线数据交换方法包括以下步骤：
(1)在涵盖火电机组控制***控制层与设备层业务场景的虚实结合攻防靶场中设置网络设备、人机交互计算机、虚拟控制器、仿真模型、运行仿真模型的计算机、真实控制器和实物沙盘；在运行仿真模型的计算机上安装USB转Modbus转换器及接口管理通信软件，真实控制器与Modbus通信模件直接连接；
(2)仿真模型根据需要编辑控制策略并通过USB转Modbus转换器将通信信息转换成硬接线信号并传输至Modbus通信模件，Modbus通信模件再与真实控制器连接；
(3)真实控制器将接收到的仿真模型发出的通信信息发送给实物沙盘上的被控设备，并将被控设备的运行结果通过原路径传送回虚拟控制器以完成数据通讯。
2.根据权利要求1所述的一种物理实体控制***与虚拟仿真生产环境的数据交换方法，其特征在于，所述设备层之间的硬接线数据交换方法中步骤(1)中所述的网络设备为交换机，所述的人机交互计算机包括工程师站、操作员站和历史站。
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