石化行業(yè)過程控制系統(tǒng)的安全策略思考

　　石化工業(yè)最新發(fā)展態(tài)勢與挑戰(zhàn)

　　據(jù)可靠數(shù)據(jù)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，約占1/3，中國成為全球石化產(chǎn)業(yè)的主要推動力。未來，中國乙烯產(chǎn)能將快速增長，煉油產(chǎn)能也繼續(xù)增長，但增長速度慢于乙烯能力增速。

　　目前看來，石化工業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)即是后石油時代的來臨。供應出現(xiàn)短缺之時即是后石油時代開始之日，也可以認為世界石油產(chǎn)能達到高峰之時是后石油時代開始之日。

　　目前，中國已探明的含碳能源儲藏量結構現(xiàn)狀是：富煤、缺油、少氣。未來，原油資源短缺，依靠進口原油加工;原油資源劣質化，原油加工難度大;煉油及石化原料供需矛盾越來越突出;原油價格波動，生產(chǎn)成本提高，經(jīng)營風險加大;世界著名石化公司在中國建廠，市場競爭激烈;安全節(jié)能、減排、環(huán)保規(guī)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(zhàn)。

　　同時，煤制油、煤化工、煤層氣及頁巖氣開發(fā)蓬勃興起。國家能源局在《煤層氣開發(fā)利用“十二五”規(guī)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(qū)缺水嚴重;三廢量巨大，環(huán)境形勢嚴峻;項目投資高，關鍵設備需要進口;生產(chǎn)技術不成熟，能耗偏高;設備維護費用居高不下;煤制油、煤化工技術人才缺乏;項目布點集中，對市場沖擊大。

　　過程控制系統(tǒng)網(wǎng)絡安全策略

　　計算機網(wǎng)絡主要安全威脅

　　目前，PCS系統(tǒng)網(wǎng)絡面臨的主要安全威脅有廣播風暴、非授權使用、病毒攻擊。網(wǎng)絡中，一臺設備能夠將數(shù)據(jù)包轉發(fā)給網(wǎng)絡中所有其他站點的技術稱之為廣播。有一些較大型的網(wǎng)絡中，當大量廣播信息同時在網(wǎng)絡中傳播時，會發(fā)生數(shù)據(jù)包的碰撞。隨后，網(wǎng)絡試圖緩解這些碰撞并震傳更多的數(shù)據(jù)包，結果導致全國的可用帶寬阻塞，并最終使得網(wǎng)絡失去連接而癱瘓。PCS系統(tǒng)網(wǎng)絡安全策略

　　合理的網(wǎng)絡架構和功能劃分：

　　大型聯(lián)合裝置PCS系統(tǒng)應有清晰的網(wǎng)絡層次，如過程控制層、生產(chǎn)管理層、工廠信息層等，各層網(wǎng)絡間應相互隔離;主要生產(chǎn)裝置應設置獨立的LAN，數(shù)據(jù)庫獨立，以隔離網(wǎng)絡廣播風暴;當多套生產(chǎn)裝置在同一個LAN內(nèi)，或某套生產(chǎn)裝置規(guī)模太大，應劃分子網(wǎng)(VLAN)，并選用帶路由功能的網(wǎng)絡交換機(第3層交換機);PCS網(wǎng)絡盡量與公共網(wǎng)絡不直接相連：外部訪問應通過防火墻和/或其他安全隔離措施，如DMZ區(qū)、OPC服務器等;PCS系統(tǒng)網(wǎng)絡應設置防病毒措施，定期更新升級應驗證的病毒庫;對于大型PCS網(wǎng)絡建議設置域控制器，加強權限設置、訪問管理、身份認證等管理;對于大型聯(lián)合裝置，建議設置全廠的時鐘同步服務器。

　　PCS系統(tǒng)特有的冗余容錯技術：

　　冗余容錯技術包括控制器CPU、系統(tǒng)供電、通信總線、控制回路的I/O卡件、控制層網(wǎng)絡交換機等冗余配置;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(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、長趨勢數(shù)據(jù)等多站備用;操作站合理分組，并多站備用;DCS系統(tǒng)自身的系統(tǒng)組件診斷報警功能等。

　　系統(tǒng)網(wǎng)絡安全FDS及操作維護手冊：

　　操作維護手冊包括網(wǎng)絡架構說明、網(wǎng)絡設備清單、網(wǎng)絡地址匯總、使用者權限設置、網(wǎng)絡管理程序、網(wǎng)絡應急預案。例如TCP/IP層某網(wǎng)絡接點故障，產(chǎn)生大量垃圾信息，可能阻塞冗余的網(wǎng)絡帶寬和交換機緩存、VNET/IP網(wǎng)絡采用分帶寬結構(VNET500M;TCP/IP500M)，只可能造成TCP/IP一側通訊中斷。DCS系統(tǒng)控制層仍能夠正常工作。此時的應對策略有：周期性診斷DCS網(wǎng)絡及工程師站的工作狀態(tài);將網(wǎng)絡診斷出有問題的節(jié)點斷開;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、生命周期工程服務支持和管理崗位支持三方面。生命周期備品支持，如網(wǎng)絡交換機等網(wǎng)絡設備的更換應通過MAV提供，不能直接從OEM獲取，以及穩(wěn)定的備品備件供應及合理的價格;生命周期工程服務支持，如發(fā)生緊急情況時的咨詢及現(xiàn)場工程服務、生命周期內(nèi)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(guī)的DCS系統(tǒng)工程師及維護人員外，還應設置DCS/SIS網(wǎng)絡管理員的崗位。

　　工業(yè)無線網(wǎng)絡安全策略：

　　目前，我們主要研究石化用戶對工業(yè)網(wǎng)無線網(wǎng)絡技術的應用要求，例如高安全性、高可靠性、良好的實時性、持久安全的電源管理、良好的開放性、多種可調的刷新速度、多種應用、規(guī)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)無線網(wǎng)絡和無線儀表技術的發(fā)展迅猛，根據(jù)美國雪佛龍公司報告，該技術在其所屬煉油廠也獲得了成功的應用，預期可達60%的模擬I/O點可能應用。重點應用在以下方面：轉動設備狀態(tài)檢測;設備腐蝕檢測及設備診斷;儲運系統(tǒng)及罐區(qū)檢測控制(包括長輸管線);高塔等大型設備的溫度、壓力檢測;在線分析儀表檢測;污染物排放監(jiān)測;視頻監(jiān)視及分析與工廠防侵入安全;安全淋浴閥監(jiān)測;現(xiàn)場移動巡檢與移動設備及人員跟蹤;移動DCS操作站等移動通信設施。

　　健康、安全、環(huán)保、節(jié)能減排和循環(huán)經(jīng)濟是過程控制系統(tǒng)網(wǎng)絡安全與功能安全技術研發(fā)及工業(yè)化應用的目標之首;智能化儀表技術及智能化自診斷技術在SIS系統(tǒng)中的應用將進一步增強，SIS系統(tǒng)管理網(wǎng)絡與DCS系統(tǒng)及工廠信息系統(tǒng)的一體化進程將不斷加快;另外，隨著安全儀表系統(tǒng)國際、國家、行業(yè)、公司規(guī)范不斷完善和深化，PCS系統(tǒng)的軟硬件設計過程的標準化、程序化、資質化將是工程公司及制造商現(xiàn)在和未來所經(jīng)的必由之路;過程控制系統(tǒng)的設計、采購、制造、組態(tài)、安裝、調試、開車及維護要站在工廠整個生命周期高度來考慮，確保系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全與功能安全是工程公司、制造商及業(yè)主的核心目標。