一种面向发电厂程控系统的模拟试验平台装置及测试方法与流程

本发明涉及工业自动化，更确切地说，它涉及一种面向发电厂程控系统的模拟试验平台装置及测试方法。

背景技术：

1、当前，智慧电厂建设进程正在飞速发展，利用信息技术推进发电全过程自动化、数字化、智能化迭代升级，大量自动化新系统、新设备将相继投入运行，需要对其进行全面、详尽的评估和测试，以确保新系统、新设备在稳定可靠运行的同时能够满足标准规范化的要求。

2、目前，自动化改造系统及设备的检测主要由检测机构的工作人员借助相关工具完成。但在实际操作中，人工参与的比重较高，这导致检测过程可能受到人为因素的影响。此外，测试环境与真实工况之间往往存在较大的差异，这为测试结果的准确性带来了挑战。同时，测试用例的设计和管理也面临着一定的难度，进一步增加了检测工作的复杂性。因此，如何减少人工干预、提高测试环境的真实性、优化测试用例的设计与管理，以及降低检测结果的主观性，成为当前自动化改造系统及设备检测亟待解决的问题。

3、目前，自动化改造系统及设备的测试环境与真实工况之间往往存在较大的差异，这为测试结果的准确性带来了挑战，市面上往往缺乏针对发电领域程控系统的专用测试平台。因此，如何提高测试环境的真实性、测试方法的准确性，成为当前自动化改造系统及设备检测领域亟待解决的问题。

4、为了解决这一问题，市场上已经出现了一些仿真实验系统，但现有的实验系统或者不能真正的模拟火力发电厂输煤程控系统的实际工况，或者只能对单个品牌的plc的数据进行测试，无法模拟多源异构的实验环境，无法针对行业的变化进行更新或扩展；这些实验平台通常也无法模拟电厂实际的网络分区情况；这些因素都影响设备及软件程序在落地部署后在实际工作环境中的表现。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的不足，提出了一种面向发电厂程控系统的模拟试验平台装置及测试方法。

2、第一方面，提供了一种面向发电厂程控系统的模拟试验平台装置，包括：物理层、plc控制层、网络传输层和数据应用层；

3、其中，所述物理层用于模拟发电厂中的实际工况，并向plc控制层提供实时数据和控制接口；所述plc控制层用于对来自物理层的数据进行处理和控制，并将处理后的数据发送给网络传输层；所述网络传输层具有若干网络分区，网络分区之间通过物理隔离装置或防火墙进行隔离；所述网络传输层与数据应用层之间通信连接；所述数据应用层包括数据管理监控平台，用于管理和监控试验平台中各个设备的运行信息。

4、作为优选，所述物理层包括传感器和执行器；所述传感器包括温湿度传感器、流量传感器和压力传感器，用于模拟火力发电厂中各种工艺参数的数据，并将工艺参数的数据转换为电信号；所述执行器包括电控阀门和步进电机，用于根据plc控制层发送的控制信号，执行相应的动作。

5、作为优选，所述传感器通过信号线或总线与plc控制层的输入模块相连，将采集到的数据实时传输给plc；所述步进电机的驱动器与plc控制层的输出模块相连，plc控制层将控制指令发送给驱动器，驱动器再驱动步进电机执行相应的动作。

6、作为优选，所述网络传输层包括实时控制区、非实时控制区和生产管理区；所述实时控制区包括边缘网关，所述边缘网关与plc控制层通信连接；所述边缘网关连接防火墙，使实时控制区和非实时控制区进行隔离；所述非实时控制区包括第一核心交换机、第一pi数据库服务器和及采集接口机；所述边缘网关上传的数据在进入非实时控制区后，会通过第一核心交换机进入第一数据库服务器中；所述非实时控制区和生产管理区之间通过物理隔离装置进行隔离；所述生产管理区包括第二核心交换机，用于将数据传输至数据应用层。

7、作为优选，所述数据管理监控平台与所述采集接口机和第一pi数据库服务器进行交互，取出或存储来自plc控制层的数据。

8、第二方面，提供了一种面向发电厂程控系统的测试方法，由第一方面任一所述的模拟试验平台装置执行，包括：

9、步骤1、导入pi数据库数据，提取产线数据，生成opc ua模型，并在opc ua服务器地址空间中实例化；

10、步骤2、基于opc ua模型开展功能性测试；

11、步骤3、基于多源异构环境开展功能性测试；

12、步骤4、基于模拟网络分区环境开展功能性测试。

13、作为优选，步骤2包括：

14、步骤2.1、通过opc ua客户端访问opc ua信息模型中的节点，测试设备的读取、写入、订阅功能是否符合信息模型的定义；

15、步骤2.2、基于信息模型中的方法和事件，模拟实际应用场景中的操作序列和事件触发条件；

16、步骤2.3、测试plc设备和边缘网关在应用场景下的响应逻辑和数据处理能力；

17、步骤2.4、利用信息模型中的数据类型范围和约束，设置边界条件和异常输入，测试plc设备和边缘网关在异常情况下的处理能力和稳定性。

18、作为优选，步骤3中，基于实验平台由多套不同种类plc所组成的多源异构工况环境，设计并发场景以模拟发电厂实际运行工况，验证plc及边缘网关通信测试能力。

19、作为优选，步骤4包括：

20、步骤4.1、模拟网络攻击或故障，检查隔离策略是否能够及时响应并隔离故障区域，验证各区域间的网络隔离措施是否有效，防止未经授权的访问和数据泄露；

21、步骤4.2、测试控制类系统与非控制类系统之间的数据交换；

22、步骤4.3、测试运行数据向管理信息系统的传输。

23、本发明的有益效果是：

24、1.本发明提供了面向发电厂程控系统的模拟试验平台装置，解决了异构plc设备集成与扩展、电厂网络分区模拟、厂级监控系统接入等方面的问题，有助于更准确地评估程控系统的性能，并支持厂级监控系统的接入，大大提高了试验效率。

25、2.本发明所提供的实验平台可以为软件平台、边缘网关、plc设备提供功能测试、性能测试、安全性测试、兼容性测试、故障恢复测试、环境适应性测试等多领域、全方面的测试，以确保这些设备在实际应用中能够稳定、可靠地运行，满足系统的需求。

26、3.本发明在试验平台中深度应用了opc ua建模技术。通过构建统一的opc ua信息模型，平台能够对plc及物理设备进行精准建模，供了统一的数据描述，实现设备属性的全面感知和精准控制。这一技术的应用不仅提高了试验的准确性和可靠性，还为发电厂程控系统的优化和升级提供了有力支持。

技术特征：

1.一种面向发电厂程控系统的模拟试验平台装置，其特征在于，包括：物理层、plc控制层、网络传输层和数据应用层；

2.根据权利要求1所述的面向发电厂程控系统的模拟试验平台装置，其特征在于，所述物理层包括传感器和执行器；所述传感器包括温湿度传感器、流量传感器和压力传感器，用于模拟火力发电厂中各种工艺参数的数据，并将工艺参数的数据转换为电信号；所述执行器包括电控阀门和步进电机，用于根据plc控制层发送的控制信号，执行相应的动作。

3.根据权利要求2所述的面向发电厂程控系统的模拟试验平台装置，其特征在于，所述传感器通过信号线或总线与plc控制层的输入模块相连，将采集到的数据实时传输给plc；所述步进电机的驱动器与plc控制层的输出模块相连，plc控制层将控制指令发送给驱动器，驱动器再驱动步进电机执行相应的动作。

4.根据权利要求3所述的面向发电厂程控系统的模拟试验平台装置，其特征在于，所述网络传输层包括实时控制区、非实时控制区和生产管理区；所述实时控制区包括边缘网关，所述边缘网关与plc控制层通信连接；所述边缘网关连接防火墙，使实时控制区和非实时控制区进行隔离；所述非实时控制区包括第一核心交换机、第一pi数据库服务器和及采集接口机；所述边缘网关上传的数据在进入非实时控制区后，会通过第一核心交换机进入第一数据库服务器中；所述非实时控制区和生产管理区之间通过物理隔离装置进行隔离；所述生产管理区包括第二核心交换机，用于将数据传输至数据应用层。

5.根据权利要求4所述的面向发电厂程控系统的模拟试验平台装置，其特征在于，所述数据管理监控平台与所述采集接口机和第一pi数据库服务器进行交互，取出或存储来自plc控制层的数据。

6.一种面向发电厂程控系统的测试方法，其特征在于，由权利要求1至5任一所述的模拟试验平台装置执行，包括：

7.根据权利要求6所述的面向发电厂程控系统的测试方法，其特征在于，步骤2包括：

8.根据权利要求7所述的面向发电厂程控系统的测试方法，其特征在于，步骤3中，基于实验平台由多套不同种类plc所组成的多源异构工况环境，设计并发场景以模拟发电厂实际运行工况，验证plc及边缘网关通信测试能力。

9.根据权利要求8所述的面向发电厂程控系统的测试方法，其特征在于，步骤4包括：

技术总结本发明涉及一种面向发电厂程控系统的模拟试验平台装置及测试方法，包括：物理层、PLC控制层、网络传输层和数据应用层；物理层用于模拟发电厂中的实际工况，并向PLC控制层提供实时数据和控制接口；PLC控制层用于对来自物理层的数据进行处理和控制，并将处理后的数据发送给网络传输层；网络传输层具有若干网络分区，网络分区之间进行隔离；数据应用层包括数据管理监控平台，用于管理和监控试验平台中各个设备的运行信息。本发明的有益效果是：本发明解决了异构PLC设备集成与扩展、电厂网络分区模拟、厂级监控系统接入等方面的问题，有助于更准确地评估程控系统的性能，并支持厂级监控系统的接入，大大提高了试验效率。技术研发人员：钟耀毅,俞荣栋,王战,田好雨,高峰,许云良受保护的技术使用者：浙江浙能数字科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/30