一种正反向隔离装置闭环控制系统及其控制方法

1.一种正反向隔离装置闭环控制系统，包括：
工程维护模块,是针对方便正反向隔离装置应用在地域跨度大的广域数据网络，包括生产控制大区维护模块和管理信息大区维护模块；
数据通信模块，所述数据通信模块包括正向数据通道和反向数据通道，
所述正向数据通道是指从生产控制大区经正向隔离装置往管理信息大区传送业务数据，其中每隔指定时间阀值传送一帧心跳数据报文用于确定正向隔离装置是否宕机；正向数据通道采用多线程的连接方式应对生产控制大区或管理信息大区的TCP连接，将生产控制大区的业务数据和心跳报文通过正向隔离装置发送至管理信息大区；
所述反向数据通道是指从管理信息大区经反向隔离装置往生产大区传送业务数据，其中每隔指定时间阀值传送一个心跳数据文件用于确定反向隔离装置是否宕机；反向数据通道采用多线程的连接方式应对生产控制大区或管理信息大区的TCP连接，通过反向隔离装置将管理信息大区的业务数据组织成E文件和心跳文件发送至生产控制大区；
其特征在于:
管理信息大区维护模块：通过在管理信息大区接收来自生产控制大区的心跳报文，该心跳报文在生产控制大区按照一定时间间隔产生并发送一次，若管理信息大区一定时间间隔未能接收到来自生产控制大区的心跳报文，则认为正向隔离装置宕机，将重启次数记录至配置文件并启动控制正向隔离装置电源部分的遥控开关使其断电重启；若重启正向隔离装置一定次数后，管理信息大区仍未能接收到来自生产控制大区的心跳报文，则认为正向数据通信问题排除正向隔离装置宕机原因；同时管理信息大区每隔一定时间间隔产生一个心跳文件通过反向隔离装置发送至生产控制大区，若管理信息大区积压一定数目的心跳文件，则认为反向隔离装置宕机，将重启次数记录至配置文件并启动控制反向隔离装置电源部分的遥控开关使其断电重启，若重启反向隔离装置一定次数后，管理信息大区积压的心跳文件未见减少，则认为反向数据通信问题排除反向隔离装置宕机原因；
生产控制大区维护模块：通过在生产控制大区接收来自管理信息大区的心跳文件，该心跳文件在管理信息大区按照一定时间间隔产生并发送一次，若生产控制大区一定时间间隔未能接收到来自管理信息大区的心跳文件，则认为反向隔离装置宕机，将重启次数记录至配置文件并启动控制反向隔离装置电源部分的遥控开关使其断电重启，若重启反向隔离装置一定次数后，生产控制大区仍未能接收到来自管理信息大区的心跳文件，则认为反向数据通信问题排除反向隔离装置宕机原因，在确保反向隔离装置正常通信的情况下，管理信息大区将接收到的来自正向隔离装置的心跳报文记录至心跳文件通过反向隔离装置发送至生产控制大区，生产控制大区通过解析接收到的心跳文件并按照同样的原理决定是否重启正向隔离装置，重启一定次数后，仍未见心跳文件中的心跳报文，正向数据通信道问题则排除正向隔离装置宕机原因。
2.根据权利要求1所述的正反向隔离装置闭环控制系统，其特征在于：还包括报文分割模块，报文分割模块报文分割过程为：在生产控制大区或管理信息大区的TCP数据接收端动态申请堆内存存储接收的报文，其中动态申请的堆内存存储按照自定义帧格式切分好的报文；然后通过正反向隔离装置封装发送自定义帧报文，发送成功后释放堆内存，若不成功按照一定时间间隔定时重发；在生产控制大区或管理信息大区的对端按照同样的原理切分来自正反向隔离装置的报文。
3.一种正反向隔离装置闭环控制方法，包括以下步骤：
1）通过正向数据通道从生产控制大区经正向隔离装置往管理信息大区传送业务数据，其中每隔指定时间阀值传送一帧心跳数据报文用于确定正向隔离装置是否宕机；正向数据通道采用多线程的连接方式应对生产控制大区或管理信息大区的TCP连接，将生产控制大区的业务数据和心跳报文通过正向隔离装置发送至管理信息大区；
2）通过反向数据通道从管理信息大区经反向隔离装置往生产大区传送业务数据，其中每隔指定时间阀值传送一个心跳数据文件用于确定反向隔离装置是否宕机；反向数据通道采用多线程的连接方式应对生产控制大区或管理信息大区的TCP连接，通过反向隔离装置将管理信息大区的业务数据组织成E文件和心跳文件发送至生产控制大区；
其特征在于，还包括以下步骤：
3)通过在管理信息大区接收来自生产控制大区的心跳报文，该心跳报文在生产控制大区按照一定时间间隔产生并发送一次，若管理信息大区一定时间间隔未能接收到来自生产控制大区的心跳报文，则认为正向隔离装置宕机，将重启次数记录至配置文件并启动控制正向隔离装置电源部分的遥控开关使其断电重启，若重启正向隔离装置一定次数后，管理信息大区仍未能接收到来自生产控制大区的心跳报文，则认为正向数据通信问题排除正向隔离装置宕机原因；同时管理信息大区每隔一定时间间隔产生一个心跳文件通过反向隔离装置发送至生产控制大区，若管理信息大区积压一定数目的心跳文件，则认为反向隔离装置宕机，将重启次数记录至配置文件并启动控制反向隔离装置电源部分的遥控开关使其断电重启，若重启反向隔离装置一定次数后，管理信息大区积压的心跳文件未见减少，则认为反向数据通信问题排除反向隔离装置宕机原因；
通过在生产控制大区接收来自管理信息大区的心跳文件，所述心跳文件在管理信息大区按照一定时间间隔产生并发送一次，若生产控制大区一定时间间隔未能接收到来自管理信息大区的心跳文件，则认为反向隔离装置宕机，将重启次数记录至配置文件并启动控制反向隔离装置电源部分的遥控开关使其断电重启，若重启反向隔离装置一定次数后，生产控制大区仍未能接收到来自管理信息大区的心跳文件，则认为反向数据通信问题排除反向隔离装置宕机原因，在确保反向隔离装置正常通信的情况下，管理信息大区将接收到的来自正向隔离装置的心跳报文记录至心跳文件通过反向隔离装置发送至生产控制大区，生产控制大区通过解析接收到的心跳文件并按照同样的原理决定是否重启正向隔离装置，重启一定次数后，仍未见心跳文件中的心跳报文，正向数据通信道问题则排除正向隔离装置宕机原因。
4.根据权利要求3所述的正反向隔离装置闭环控制方法，其特征在于：在生产控制大区或管理信息大区的TCP数据接收端动态申请堆内存存储接收的报文，其中动态申请的堆内存存储按照自定义帧格式切分好的报文；然后通过正反向隔离装置封装发送自定义帧报文，发送成功后释放堆内存，若不成功按照一定时间间隔定时重发；在生产控制大区或管理信息大区的对端按照同样的原理切分来自正反向隔离装置的报文。

一种正反向隔离装置闭环控制系统及其控制方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及电力二次系统信息通信领域，特别是涉及电力专用网络生产控制大区与管理信息大区之间的一种正反向隔离装置闭环控制系统及控制方法。\n背景技术\n[0002] 电力二次系统，包括用于监视和控制电网及电厂生产运行过程的、基于计算机及网络技术的业务处理系统及智能设备的电力监控系统，和各级电力调度专用广域数据网络、电力生产专用拨号网络。\n[0003] 《电力二次系统安全防护规定》明确要求电力二次系统安全防护工作应当坚持安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证的原则，保障电力监控系统和电力调度数据网络的安全。原则上划分为生产控制大区和管理信息大区，并在这两大区之间采用设置经国家指定部门检测认证的电力专用横向单向安全隔离之装置，禁止任何穿越生产控制大区和管理信息大区之间安全区边界的通用网络服务。专用横向单向安全隔离装置根据数据传输方向分为正向隔离装置和反向隔离装置。正向隔离装置用于生产控制区大区到管理信息大区的单向数据传递，采用TCP或UDP的方式建立单向数据传输，在正向隔离装置中反向仅能单比特应答，无法进行数据传输。反向隔离装置用于管理信息大区到生产控制大区的单向数据传递，采用非TCP的方式进行非穿透性数据传输，通过带签名的E语言文件进行单向数据传输。\n[0004] 正反向隔离装置有效实现了电力通信网络的可控性和安全性，提高了防御计算机攻击、病毒的信息安全水平，然而，这种强安全物理隔离的通信模型也给电力数据通信带来了业务上的不便，如业务数据传输被堵塞时无法快速定位到装置宕机或数据传输通道原因。同时，强安全物理隔离的通信模型往 往应用在地域跨度大的广域数据网络，维护跨专用横向单向安全隔离装置两端的数据十分困难。\n发明内容\n[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种电力二次系统中正反向隔离装置的闭环控制系统,可以实现信息在正、反向隔离装置之间闭环流通,以提高业务数据在电力二次系统中传输的精准性和可靠性。\n[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供一种正反向隔离装置闭环控制系统，其特征在于，包括：数据通信模块，所述数据通信模块包括正向数据通道和反向数据通道，[0007] 所述正向数据通道是指从生产控制大区经正向隔离装置往管理信息大区传送业务数据，其中每隔一分钟或其他指定时间阀值传送一帧心跳数据报文用于确定正向隔离装置是否宕机；正向数据通道采用多线程的连接方式应对生产控制大区或管理信息大区的TCP连接，将生产控制大区的业务数据和心跳报文通过正向隔离装置发送至管理信息大区；\n[0008] 所述反向数据通道是指从管理信息大区经反向隔离装置往生产大区传送业务数据，其中每隔一分钟或其他指定时间阀值传送一个心跳数据文件用于确定反向隔离装置是否宕机；反向数据通道采用多线程的连接方式应对生产控制大区或管理信息大区的TCP连接，通过反向隔离装置将管理信息大区的业务数据组织成E文件和心跳文件发送至生产控制大区。\n[0009] 前述的正反向隔离装置闭环控制系统，其特征在于：还包括报文分割模块，报文分割模块报文分割过程为：在生产控制大区或管理信息大区的TCP数据接收端动态申请堆内存存储接收的报文，其中动态申请的堆内存存储按照自定义帧格式切分好的报文；然后通过正反向隔离装置封装发送自定义帧报文，发送成功后释放堆内存，若不成功按照一定时间间隔定时重发；在生产控制大区或管理信息大区的对端按照同样的原理切分来自正反向隔离装置的报文。\n[0010] 前述的正反向隔离装置闭环控制系统，其特征在于：还包括工程维护模块,是针对方便正反向隔离装置应用在地域跨度大的广域数据网络，包括生产控制大区维护模块和管理信息大区维护模块；\n[0011] 管理信息大区维护模块：通过在管理信息大区接收来自生产控制大区的心跳报文，该心跳报文在生产控制大区按照一分钟或一定时间间隔产生并发送一次，若管理信息大区三十分钟或一定时间间隔未能接收到来自生产控制大区的心跳报文，则认为正向隔离装置宕机，将重启次数记录至配置文件并启动控制正向隔离装置电源部分的遥控开关使其断电重启；若重启正向隔离装置一定次数后，管理信息大区仍未能接收到来自生产控制大区的心跳报文，则认为正向数据通信问题排除正向隔离装置宕机原因；同时管理信息大区每隔一分钟或一定时间间隔产生一个心跳文件通过反向隔离装置发送至生产控制大区，若管理信息大区积压三十个或一定数目的心跳文件，则认为反向隔离装置宕机，将重启次数记录至配置文件并启动控制反向隔离装置电源部分的遥控开关使其断电重启，若重启反向隔离装置一定次数后，管理信息大区积压的心跳文件未见减少，则认为反向数据通信问题排除反向隔离装置宕机原因；\n[0012] 生产控制大区维护模块：通过在生产控制大区接收来自管理信息大区的心跳文件，该心跳文件在管理信息大区按照一分钟或一定时间间隔产生并发送一次，若生产控制大区三十分钟或一定时间间隔未能接收到来自管理信息大区的心跳文件，则认为反向隔离装置宕机，将重启次数记录至配置文件并启动控制反向隔离装置电源部分的遥控开关使其断电重启，若重启反向隔离装置一定次数后，生产控制大区仍未能接收到来自管理信息大区的心跳文件，则认为反向数据通信问题排除反向隔离装置宕机原因，在确保反向隔离装置正常通信的情况下，管理信息大区将接收到的来自正向隔离装置的心跳报文记录至心跳文件通过反向隔离装置发送至生产控制大区，生产控制大区通过解析接收到的心跳文件并按照同样的原理决定是否重启正向隔离装置，重启一定次数后，仍未见心跳文件中的心跳报文，正向数据通信道问题则排除正向隔离装置宕机原因。\n[0013] 本发明同时提供一种正反向隔离装置闭环控制方法，包括以下步骤：\n[0014] 1）通过正向数据通道从生产控制大区经正向隔离装置往管理信息大区传送业务数据，其中每隔一分钟或其他指定时间阀值传送一帧心跳数据报文用于确定正向隔离装置是否宕机；正向数据通道采用多线程的连接方式应对生产控制大区或管理信息大区的TCP连接，将生产控制大区的业务数据和心跳报文通过正向隔离装置发送至管理信息大区；\n[0015] 2）通过反向数据通道从管理信息大区经反向隔离装置往生产大区传送业务数据，其中每隔一分钟或其他指定时间阀值传送一个心跳数据文件用于确定反向隔离装置是否宕机；反向数据通道采用多线程的连接方式应对生产控制大区或管理信息大区的TCP连接，通过反向隔离装置将管理信息大区的业务数据组织成E文件和心跳文件发送至生产控制大区。\n[0016] 前述的正反向隔离装置闭环控制方法，其特征在于：在生产控制大区或管理信息大区的TCP数据接收端动态申请堆内存存储接收的报文，其中动态申请的堆内存存储按照自定义帧格式切分好的报文；然后通过正反向隔离装置封装发送自定义帧报文，发送成功后释放堆内存，若不成功按照一定时间间隔定时重发；在生产控制大区或管理信息大区的对端按照同样的原理切分来自正反向隔离装置的报文。\n[0017] 前述的正反向隔离装置闭环控制方法，其特征在于： 通过在管理信息大区接收来自生产控制大区的心跳报文，该心跳报文在生产控制大区按照一分钟或一定时间间隔产生并发送一次，若管理信息大区三十分钟或一定时间间隔未能接收到来自生产控制大区的心跳报文，则认为正向隔离装置宕机，将重启次数记录至配置文件并启动控制正向隔离装置电源部分的遥控开关使其断电重启，若重启正向隔离装置一定次数后，管理信息大区仍未能接收到来自生产控制大区的心跳报文，则认为正向数据通信问题排除正向隔离装置宕机原因；同时管理信息大区每隔一分钟或一定时间间隔产生一个心跳文件通过反向隔离装置发送至生产控制大区。若管理信息大区积压三十个或一定数目的心跳文件，则认为反向隔离装置宕机，将重启次数记录至配置文件并启动控制反向隔离装置电源部分的遥控开关使其断电重启，若重启反向隔离装置一定次数后，管理信息大区积压的心跳文件未见减少，则认为反向数据通信问题排除反向隔离装置宕机原因；\n[0018] 通过在生产控制大区接收来自管理信息大区的心跳文件，所述心跳文件在管理信息大区按照一分钟或一定时间间隔产生并发送一次，若生产控制大区三十分钟或一定时间间隔未能接收到来自管理信息大区的心跳文件，则认为反向隔离装置宕机，将重启次数记录至配置文件并启动控制反向隔离装置电源部分的遥控开关使其断电重启，若重启反向隔离装置一定次数后，生产控制大区仍未能接收到来自管理信息大区的心跳文件，则认为反向数据通信问题排除反向隔离装置宕机原因，在确保反向隔离装置正常通信的情况下，管理信息大区将接收到的来自正向隔离装置的心跳报文记录至心跳文件通过反向隔离装置发送至生产控制大区，生产控制大区通过解析接收到的心跳文件并按照同样的原理决定是否重启正向隔离装置，重启一定次数后，仍未见心跳文件中的心跳报文，正向数据通信道问题则排除正向隔离装置宕机原因。\n[0019] 本发明提供一种正反向隔离装置闭环控制系统及方法，从数据通信、报文分割、工程维护等三个角度避免了维护正向隔离装置的困难，其信息在正、反向隔离装置之间单向流通。通过利用正向隔离装置传输TCP、UDP报文，反向隔离装置传输E文件的特点，以心跳报文和心跳文件的收发作为装置是否宕机的判据，同时，引入遥控开关来排除装置宕机原因，使得在隔离装置任意一端进行维护成为现实。该方法从正反向隔离装置的外部接口实现了传送报文的自定义和封装，提高了业务数据在电力二次系统中传输的精准性和可靠性。\n附图说明\n[0020] 图1a为本发明的一种正反向隔离装置闭环控制方法的正向数据通道示意图；\n[0021] 图1b为本发明的一种正反向隔离装置闭环控制方法的反向数据通道示意图；\n[0022] 图2为本发明的一种正反向隔离装置闭环控制方法的自定义报文帧格式；\n[0023] 图3为本发明的生产控制大区维护模块和管理信息大区维护模块示意图；\n[0024] 图4为本发明实施例一提供的一种正反向隔离装置闭环控制方法的示意图。\n具体实施方式\n[0025] 本发明的基于正反向隔离装置闭环控制系统的硬件由生产控制大区服务器、管理信息大区服务器、正向隔离装置、反向隔离装置和装置遥控开关组成。\n[0026] 本发明的一种正反向隔离装置闭环控制系统，基于正反向隔离装置闭环控制方法的硬件由生产控制大区服务器、管理信息大区服务器、正向隔离装置、反向隔离装置和装置遥控开关组成；\n[0027] 其特征在于，包括：数据通信模块，所述数据通信模块包括正向数据通道和反向数据通道，\n[0028] 所述正向数据通道是指从生产控制大区经正向隔离装置往管理信息大区传送业务数据，其中每隔一分钟或其他指定时间阀值传送一帧心跳数据报文用于确定正向隔离装置是否宕机；正向数据通道采用多线程的连接方式应对生产控制大区或管理信息大区的TCP连接，将生产控制大区的业务数据和心跳报文通过正向隔离装置发送至管理信息大区；\n如图1a 所示。\n[0029] 所述反向数据通道是指从管理信息大区经反向隔离装置往生产大区传送业务数据，其中每隔一分钟或其他指定时间阀值传送一个心跳数据文件用于确定反向隔离装置是否宕机；反向数据通道采用多线程的连接方式应对生产控制大区或管理信息大区的TCP连接，通过反向隔离装置将管理信息大区的业务数据组织成E文件和心跳文件发送至生产控制大区；如图1b所示。\n[0030] 还包括报文分割模块，报文分割模块报文分割过程为：在生产控制大区或管理信息大区的TCP数据接收端动态申请堆内存存储接收的报文，其中动态申请的堆内存存储按照自定义帧格式切分好的报文；然后通过正反向隔离装置封装发送自定义帧报文，发送成功后释放堆内存，若不成功按照一定时间间隔定时重发；在生产控制大区或管理信息大区的对端按照同样的原理切分来自正反向隔离装置的报文。如图2所示。\n[0031] 还包括工程维护模块,是针对方便正反向隔离装置应用在地域跨度大的广域数据网络，包括生产控制大区维护模块和管理信息大区维护模块，如图3所示。\n[0032] 管理信息大区维护模块：通过在管理信息大区接收来自生产控制大区的心跳报文，该心跳报文在生产控制大区按照一分钟或一定时间间隔产生并发送一次，若管理信息大区三十分钟或一定时间间隔未能接收到来自生产控制大区的心跳报文，则认为正向隔离装置宕机，将重启次数记录至配置文件并启动控制正向隔离装置电源部分的遥控开关使其断电重启；若重启正向隔离装置一定次数后，管理信息大区仍未能接收到来自生产控制大区的心跳报文，则认为正向数据通信问题排除正向隔离装置宕机原因；同时管理信息大区每隔一分钟或一定时间间隔产生一个心跳文件通过反向隔离装置发送至生产控制大区，若管理信息大区积压三十个或一定数目的心跳文件，则认为反向隔离装置宕机，将重启次数记录至配置文件并启动控制反向隔离装置电源部分的遥控开关使其断电重启，若重启反向隔离装置一定次数后，管理信息大区积压的心跳文件未见减少，则认为反向数据通信问题排除反向隔离装置宕机原因；\n[0033] 生产控制大区维护模块：通过在生产控制大区接收来自管理信息大区的心跳文件，该心跳文件在管理信息大区按照一分钟或一定时间间隔产生并发送一次，若生产控制大区三十分钟或一定时间间隔未能接收到来自管理信息大区的心跳文件，则认为反向隔离装置宕机，将重启次数记录至配置文件并启动控制反向隔离装置电源部分的遥控开关使其断电重启，若重启反向隔离装置一定次数后，生产控制大区仍未能接收到来自管理信息大区的心跳文件，则认为反向数据通信问题排除反向隔离装置宕机原因，在确保反向隔离装置正常通信的情况下，管理信息大区将接收到的来自正向隔离装置的心跳报文记录至心跳文件通过反向隔离装置发送至生产控制大区，生产控制大区通过解析接收到的心跳文件并按照同样的原理决定是否重启正向隔离装置，重启一定次数后，仍未见心跳文件中的心跳报文，正向数据通信道问题则排除正向隔离装置宕机原因。\n[0034] 图4 为本发明实施例一提供的一种正反向隔离装置闭环控制方法的示意图，如图\n4所示，本发明实施例提供了正反向隔离装置闭环控制方法，包括：\n[0035] 步骤1 ：在生产控制大区部署一台服务器，并部署正向隔离装置发送程序、反向隔离装置接收程序和报文分割程序，以准确传输业务数据；\n[0036] 步骤2 ：正向隔离装置、反向隔离装置的电源分别由不同的遥控开关串接；\n[0037] 步骤3 ：在管理信息大区部署一台服务器，并部署正向隔离装置接收程序、反向隔离装置发送程序；\n[0038] 步骤4 ：根据维护工程师的需求在生产控制大区和管理信息大区之间选择任意一大区作为维护大区；\n[0039] 若以生产控制大区作为维护大区，则以接收到的反向隔离装置心跳文件作为装置宕机的判据，并以此判据遥控反向隔离装置的电源；将来自反向隔离装置的的心跳文件进行解析，并将其记录的正向隔离装置的心跳数据作为正向隔离装置宕机的判据，并以此判据遥控正向隔离装置的电源；\n[0040] 若以管理信息大区作为维护大区，则以接收到的正向隔离装置心跳报文作为装置宕机的判据，并以此判据遥控正向隔离装置的电源；以反向隔离装置的心跳文件是否积压作为装置宕机的判据，并以此判据遥控反向隔离装置的电源。