石化行業(yè)過(guò)程控制系統的安全策略思考

　　石化工業(yè)最新發(fā)展態(tài)勢與挑戰

　　據可靠數據顯示，世界經(jīng)濟的發(fā)展重心正由西方移向東方，目前，中國是世界上最大的石化產(chǎn)品市場(chǎng)，約占1/3，中國成為全球石化產(chǎn)業(yè)的主要推動(dòng)力。未來(lái)，中國乙烯產(chǎn)能將快速增長(cháng)，煉油產(chǎn)能也繼續增長(cháng)，但增長(cháng)速度慢于乙烯能力增速。

　　目前看來(lái)，石化工業(yè)面臨的最大挑戰即是后石油時(shí)代的來(lái)臨。供應出現短缺之時(shí)即是后石油時(shí)代開(kāi)始之日，也可以認為世界石油產(chǎn)能達到高峰之時(shí)是后石油時(shí)代開(kāi)始之日。

　　目前，中國已探明的含碳能源儲藏量結構現狀是：富煤、缺油、少氣。未來(lái)，原油資源短缺，依靠進(jìn)口原油加工;原油資源劣質(zhì)化，原油加工難度大;煉油及石化原料供需矛盾越來(lái)越突出;原油價(jià)格波動(dòng)，生產(chǎn)成本提高，經(jīng)營(yíng)風(fēng)險加大;世界著(zhù)名石化公司在中國建廠(chǎng)，市場(chǎng)競爭激烈;安全節能、減排、環(huán)保規范及指標要求更加嚴格;中東石化產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展與西方對伊朗的經(jīng)濟制裁加劇，這些都是石化行業(yè)不得不面臨的嚴峻挑戰。

　　同時(shí)，煤制油、煤化工、煤層氣及頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)蓬勃興起。國家能源局在《煤層氣開(kāi)發(fā)利用“十二五”規劃》提出，“十二五”末，我國煤層氣產(chǎn)量將達到200~240億立方米，更有分析人士指出，未來(lái)五年我國將存在1600億立方米的天然氣缺口，其中有50%將由煤層氣替代，預計達800億立方米，另外，排放煤層氣的溫室效應是排放二氧化碳的21倍。

　　目前的形勢是：耗水量巨大，而富煤地區缺水嚴重;三廢量巨大，環(huán)境形勢嚴峻;項目投資高，關(guān)鍵設備需要進(jìn)口;生產(chǎn)技術(shù)不成熟，能耗偏高;設備維護費用居高不下;煤制油、煤化工技術(shù)人才缺乏;項目布點(diǎn)集中，對市場(chǎng)沖擊大。

　　過(guò)程控制系統網(wǎng)絡(luò )安全策略

　　計算機網(wǎng)絡(luò )主要安全威脅

　　目前，PCS系統網(wǎng)絡(luò )面臨的主要安全威脅有廣播風(fēng)暴、非授權使用、病毒攻擊。網(wǎng)絡(luò )中，一臺設備能夠將數據包轉發(fā)給網(wǎng)絡(luò )中所有其他站點(diǎn)的技術(shù)稱(chēng)之為廣播。有一些較大型的網(wǎng)絡(luò )中，當大量廣播信息同時(shí)在網(wǎng)絡(luò )中傳播時(shí)，會(huì )發(fā)生數據包的碰撞。隨后，網(wǎng)絡(luò )試圖緩解這些碰撞并震傳更多的數據包，結果導致全國的可用帶寬阻塞，并最終使得網(wǎng)絡(luò )失去連接而癱瘓。PCS系統網(wǎng)絡(luò )安全策略

　　合理的網(wǎng)絡(luò )架構和功能劃分：

　　大型聯(lián)合裝置PCS系統應有清晰的網(wǎng)絡(luò )層次，如過(guò)程控制層、生產(chǎn)管理層、工廠(chǎng)信息層等，各層網(wǎng)絡(luò )間應相互隔離;主要生產(chǎn)裝置應設置獨立的LAN，數據庫獨立，以隔離網(wǎng)絡(luò )廣播風(fēng)暴;當多套生產(chǎn)裝置在同一個(gè)LAN內，或某套生產(chǎn)裝置規模太大，應劃分子網(wǎng)(VLAN)，并選用帶路由功能的網(wǎng)絡(luò )交換機(第3層交換機);PCS網(wǎng)絡(luò )盡量與公共網(wǎng)絡(luò )不直接相連：外部訪(fǎng)問(wèn)應通過(guò)防火墻和/或其他安全隔離措施，如DMZ區、OPC服務(wù)器等;PCS系統網(wǎng)絡(luò )應設置防病毒措施，定期更新升級應驗證的病毒庫;對于大型PCS網(wǎng)絡(luò )建議設置域控制器，加強權限設置、訪(fǎng)問(wèn)管理、身份認證等管理;對于大型聯(lián)合裝置，建議設置全廠(chǎng)的時(shí)鐘同步服務(wù)器。

　　PCS系統特有的冗余容錯技術(shù)：

　　冗余容錯技術(shù)包括控制器CPU、系統供電、通信總線(xiàn)、控制回路的I/O卡件、控制層網(wǎng)絡(luò )交換機等冗余配置;FAR至CCR的光纜冗余配置，并采用“一天一地”敷設方式;組態(tài)數據、歷史數據、長(cháng)趨勢數據等多站備用;操作站合理分組，并多站備用;DCS系統自身的系統組件診斷報警功能等。

　　系統網(wǎng)絡(luò )安全FDS及操作維護手冊：

　　操作維護手冊包括網(wǎng)絡(luò )架構說(shuō)明、網(wǎng)絡(luò )設備清單、網(wǎng)絡(luò )地址匯總、使用者權限設置、網(wǎng)絡(luò )管理程序、網(wǎng)絡(luò )應急預案。例如TCP/IP層某網(wǎng)絡(luò )接點(diǎn)故障，產(chǎn)生大量垃圾信息，可能阻塞冗余的網(wǎng)絡(luò )帶寬和交換機緩存、VNET/IP網(wǎng)絡(luò )采用分帶寬結構(VNET500M;TCP/IP500M)，只可能造成TCP/IP一側通訊中斷。DCS系統控制層仍能夠正常工作。此時(shí)的應對策略有：周期性診斷DCS網(wǎng)絡(luò )及工程師站的工作狀態(tài);將網(wǎng)絡(luò )診斷出有問(wèn)題的節點(diǎn)斷開(kāi);相應交換機緩存清空。

　　MAV-PCS生命周期支持：

　　MAV-PCS生命周期支持包括生命周期備品支持、生命周期工程服務(wù)支持和管理崗位支持三方面。生命周期備品支持，如網(wǎng)絡(luò )交換機等網(wǎng)絡(luò )設備的更換應通過(guò)MAV提供，不能直接從OEM獲取，以及穩定的備品備件供應及合理的價(jià)格;生命周期工程服務(wù)支持，如發(fā)生緊急情況時(shí)的咨詢(xún)及現場(chǎng)工程服務(wù)、生命周期內的軟件升級維護如應用軟件的補丁程序、病毒庫的驗證等;另外，除了常規的DCS系統工程師及維護人員外，還應設置DCS/SIS網(wǎng)絡(luò )管理員的崗位。

　　工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )安全策略：

　　目前，我們主要研究石化用戶(hù)對工業(yè)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的應用要求，例如高安全性、高可靠性、良好的實(shí)時(shí)性、持久安全的電源管理、良好的開(kāi)放性、多種可調的刷新速度、多種應用、規模靈活、良好的通用性、兼容多種通信協(xié)議、可用于控制賄賂。

　　在國外，工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和無(wú)線(xiàn)儀表技術(shù)的發(fā)展迅猛，根據美國雪佛龍公司報告，該技術(shù)在其所屬煉油廠(chǎng)也獲得了成功的應用，預期可達60%的模擬I/O點(diǎn)可能應用。重點(diǎn)應用在以下方面：轉動(dòng)設備狀態(tài)檢測;設備腐蝕檢測及設備診斷;儲運系統及罐區檢測控制(包括長(cháng)輸管線(xiàn));高塔等大型設備的溫度、壓力檢測;在線(xiàn)分析儀表檢測;污染物排放監測;視頻監視及分析與工廠(chǎng)防侵入安全;安全淋浴閥監測;現場(chǎng)移動(dòng)巡檢與移動(dòng)設備及人員跟蹤;移動(dòng)DCS操作站等移動(dòng)通信設施。

　　健康、安全、環(huán)保、節能減排和循環(huán)經(jīng)濟是過(guò)程控制系統網(wǎng)絡(luò )安全與功能安全技術(shù)研發(fā)及工業(yè)化應用的目標之首;智能化儀表技術(shù)及智能化自診斷技術(shù)在SIS系統中的應用將進(jìn)一步增強，SIS系統管理網(wǎng)絡(luò )與DCS系統及工廠(chǎng)信息系統的一體化進(jìn)程將不斷加快;另外，隨著(zhù)安全儀表系統國際、國家、行業(yè)、公司規范不斷完善和深化，PCS系統的軟硬件設計過(guò)程的標準化、程序化、資質(zhì)化將是工程公司及制造商現在和未來(lái)所經(jīng)的必由之路;過(guò)程控制系統的設計、采購、制造、組態(tài)、安裝、調試、開(kāi)車(chē)及維護要站在工廠(chǎng)整個(gè)生命周期高度來(lái)考慮，確保系統的網(wǎng)絡(luò )安全與功能安全是工程公司、制造商及業(yè)主的核心目標。