淺談SCADA在燃?xì)夤芫W(wǎng)中的應(yīng)用

肖 蓉

（珠海港興管道天然氣有限公司，廣東 珠海 519000）

近年來，隨著計算機(jī)通信技術(shù)的發(fā)展，給自動化控制技術(shù)提出了新的要求和展示了新的應(yīng)用前景。SCADA系統(tǒng)即監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它可以實時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù),對工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行本地或遠(yuǎn)程的自動控制，對工藝流程進(jìn)行全面、實時的監(jiān)視，并為生產(chǎn)和管理提供必要的數(shù)據(jù)。由于城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的規(guī)模逐步擴(kuò)大,用戶的種類、數(shù)量不斷增加，傳統(tǒng)的人工調(diào)度管理方法已不適應(yīng)于現(xiàn)代化、大規(guī)模的生產(chǎn)和管理的要求。因此，SCADA系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展很好的解決這些問題，它的應(yīng)用可以保證燃?xì)獍踩a(chǎn)、合理分配、優(yōu)化調(diào)度、使決策者能夠及時掌握當(dāng)前管網(wǎng)運行情況。

1 SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該SCADA系統(tǒng)由現(xiàn)場儀表、站控系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和調(diào)度中心四大部分組成。

現(xiàn)場儀表主要包括就地顯示儀表(溫度、壓力、流量等)、現(xiàn)場變送儀表(溫度變送器、壓力變送器、流量變送器等)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。負(fù)責(zé)檢測、測量現(xiàn)場站點的運行參數(shù)并控制現(xiàn)場設(shè)備。

站控系統(tǒng)作為SCADA系統(tǒng)的一部分，可以先期建設(shè)、獨立運行，后期再整合到SCADA系統(tǒng)中。利用計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)對本地站點的生產(chǎn)運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，提高生產(chǎn)過程的安全性和管理水平。

通訊系統(tǒng)負(fù)責(zé)將各類型站點數(shù)據(jù)傳輸至調(diào)度中心，一般較大站點和重要站點與調(diào)度中心采用冗余通訊，有線通訊與無線通訊并存，以有線通信為主通訊，無線通信為備用通訊；較小站點與非重要站點或有線通信鏈路不能到達(dá)的站點采用無線通信。

調(diào)度中心SCADA系統(tǒng)的控制中樞，整個系統(tǒng)中數(shù)據(jù)最集中的地方，也是安全性要求最高的地方。系統(tǒng)設(shè)計采用全冗余配置，實現(xiàn)SCADA服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、通訊和各功能環(huán)節(jié)等的冗余。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按C/S結(jié)構(gòu)配置，歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、操作員工作站、工程師工作站、圖形工作站等均作為局域網(wǎng)上的一個節(jié)點，共享服務(wù)器的資源。調(diào)度控制中心的局域網(wǎng)(LAN)支持網(wǎng)絡(luò)上連接的所有設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。滿足實時、多任務(wù)、多參數(shù)的要求。采用標(biāo)準(zhǔn)的、開放型局域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，按雙網(wǎng)雙冗余設(shè)置；能與上位計算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；能兼容異種機(jī)型工作；與異種局域網(wǎng)或同類局域網(wǎng)的互聯(lián)。局域網(wǎng)采用分布式服務(wù)器、總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通常網(wǎng)絡(luò)連接采用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。其速率最低為100Mbps，與服務(wù)器連接為1000Mbps，且易于升級；網(wǎng)上所有設(shè)備，均可交互訪問，支持TCP/IP協(xié)議。

2 通信系統(tǒng)

根據(jù)站點性質(zhì)和數(shù)據(jù)傳輸量不均衡的特點，在數(shù)據(jù)吞吐量較大、實時性要求較高的重要站點(如:調(diào)度中心、儲配站)采用有線信道VPN組網(wǎng)與無線通訊相結(jié)合方式，以保證這些重要站點通訊的快速性、可靠性、穩(wěn)定性。

VPN通信采用租用當(dāng)?shù)匾苿訉Ｓ镁€路。在數(shù)據(jù)吞吐量較小、實時性要求不高的站點(如上游門站)，僅采用無線信道GPRS的通訊方式。

3 調(diào)度中心

調(diào)度中心是燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)SCADA 系統(tǒng)的控制中樞，整個系統(tǒng)中數(shù)據(jù)最集中的地方，也是我們認(rèn)為安全性要求最高的地方。因此，調(diào)度中心的系統(tǒng)設(shè)計采用全冗余配置，實現(xiàn)SCADA 服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、通訊和各功能環(huán)節(jié)的冗余，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按C/S 結(jié)構(gòu)配置，歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、操作員工作站、工程師工作站、圖形工作站等均作為局域網(wǎng)上的一個節(jié)點，共享服務(wù)器資源。

4 系統(tǒng)軟件

4.1 操作系統(tǒng)軟件

操作系統(tǒng)包括SCADA服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、通訊服務(wù)器、視頻服務(wù)器、WEB服務(wù)器及工作站操作系統(tǒng)均采用Windows平臺操作系統(tǒng)，工作站選用Windows XP操作系統(tǒng)，服務(wù)器選用WindowsServer2003操作系統(tǒng)。

4.2 上位SCADA軟件

SCADA上位監(jiān)控軟件采用Ifix軟件，該軟件是一套應(yīng)用程序套裝軟件，運行在Windows XP中文版操作系統(tǒng)上，具有高可靠性、開放性特點，滿足如下功能或具備以下特點:

可伸縮性結(jié)構(gòu):軟件體系采用真正的客戶/服務(wù)器(C/S)體系結(jié)構(gòu)可隨意靈活、方便的擴(kuò)展，并且在增加客戶機(jī)時無須對服務(wù)器進(jìn)行修改，客戶機(jī)和服務(wù)器的數(shù)量沒有限制。

開放性:具有良好的開放性，能夠支持當(dāng)前流行的大部分I/O設(shè)備，如:PLC、控制器、分析儀等，即提供這些設(shè)備的驅(qū)動程序并無須用戶再另外花錢購買。

冗余功能:能夠完全做到實時數(shù)據(jù)服務(wù)器，趨勢、報警、報表和文件等功能模塊的冗余，實現(xiàn)1+N冗余，冗余數(shù)量沒有限制，并且可以根據(jù)需要把任意計算機(jī)設(shè)置為實時數(shù)據(jù)服務(wù)器、趨勢、報警、報表和文件服務(wù)器，這些功能模塊可以由用戶根據(jù)實際情況靈活遷移設(shè)置從而使SCADA系統(tǒng)服務(wù)器自動平衡負(fù)荷。

I/O通訊冗余:主通訊中斷時自動切換到旁路。

軟件授權(quán):軟件授權(quán)采用硬件授權(quán)的方式，避免因為系統(tǒng)的癱瘓或者重裝而帶來的不必要的麻煩。

趨勢、報警、報表和文件功能都冗余，并且能夠在兩臺服務(wù)器之間自動補(bǔ)償對方丟失的趨勢，即一臺服務(wù)器故障一旦恢復(fù)后能夠自動從另外一臺服務(wù)器將丟失的趨勢數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整。

開放性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu):網(wǎng)絡(luò)通訊采用標(biāo)準(zhǔn)的NetBIOS，支持IPX/SPX，TCP/IP等協(xié)議，適用于 Etherent，Arcnet，TokenRing網(wǎng)絡(luò)。連網(wǎng)方式可采用同軸電纜、光纜、雙絞線、撥號和無線方式。廣域網(wǎng)可使用CiNet或遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器(RAS)。

5 SCADA系統(tǒng)安全

根據(jù)項目系統(tǒng)的實際情況，從保密性、完整性和可用性的角度出發(fā)，提出以下SCADA系統(tǒng)安全策略和運行管理機(jī)制、安全規(guī)章制度建設(shè)的意見，以身份鑒別、訪問控制、網(wǎng)絡(luò)隔離、數(shù)據(jù)加密等安全技術(shù)為基礎(chǔ)的實用、高效、高度可靠的SCADA系統(tǒng)整體安全體系結(jié)構(gòu)實施方案。

SCADA系統(tǒng)安全保障體系在保證物理安全與網(wǎng)絡(luò)運行安全的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)信息安全管理，采用相應(yīng)的加密技術(shù)和設(shè)備，嚴(yán)格執(zhí)行安全策略，確保信息在產(chǎn)生、存儲、傳遞和處理過程中的保密、完整、可用和抗抵賴。

5.1 安全目標(biāo)

適應(yīng)SCADA系統(tǒng)管理模式，針對多種信息安全需求，建立統(tǒng)一的認(rèn)證與授權(quán)機(jī)制，提供全網(wǎng)統(tǒng)一的身份認(rèn)證和訪問控制手段，防止內(nèi)部人員(合法用戶)濫用權(quán)力；建立SCADA系統(tǒng)動態(tài)安全保障體系，提供網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視、審計、漏洞掃描與入侵檢測等手段，抵御來自內(nèi)部或外部的黑客針對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、主機(jī)系統(tǒng)和應(yīng)用服務(wù)的各種攻擊，保證網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)服務(wù)的可用性，保證信息的安全性，完整性。防止有害信息(如病毒)的傳播等；在發(fā)生問題時采取報警、關(guān)閉、切換、跟蹤、取證等措施使系統(tǒng)免于遭受更大的破壞，對安全事件進(jìn)行審計，建立信息系統(tǒng)安全反應(yīng)能力；提供一定的容錯能力，在系統(tǒng)軟硬件故障時提供數(shù)據(jù)恢復(fù)手段，保證系統(tǒng)的可靠性。提供一定的容災(zāi)能力，在自然災(zāi)害或人為的物理破壞發(fā)生時，提供有效的災(zāi)難恢復(fù)機(jī)制，保證網(wǎng)絡(luò)的高可靠性與可用性。

5.2 安全措施

在本系統(tǒng)中，通過在內(nèi)、外網(wǎng)間設(shè)置帶網(wǎng)絡(luò)防火墻的路由器來防止外來攻擊，包括外來的病毒。它使得內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與Internet之間或者與其他外部網(wǎng)絡(luò)互相隔離、限制網(wǎng)絡(luò)互訪用來保護(hù)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。

簡單的防火墻可以只用路由器實現(xiàn)，復(fù)雜的可以用主機(jī)甚至一個子網(wǎng)來實現(xiàn)。設(shè)置防火墻目的都是為了在內(nèi)部網(wǎng)與外部網(wǎng)之間設(shè)立唯一的通道，簡化網(wǎng)絡(luò)的安全管理。

結(jié)語

目前，該SCADA系統(tǒng)已經(jīng)成功設(shè)計與搭建，并且已經(jīng)應(yīng)用于燃?xì)夤芫W(wǎng)中。實踐證明,整個系統(tǒng)使用方便，開發(fā)擴(kuò)展性強(qiáng)，既能滿足集中監(jiān)控及調(diào)度管理的要求,又大幅降低了勞動強(qiáng)度和費用成本，保障燃?xì)夤芫W(wǎng)安全、連續(xù)、穩(wěn)定、運行，提高燃?xì)馄髽I(yè)管理水平，為企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

[1]張麗云.SCADA在燃?xì)夤芫W(wǎng)中的應(yīng)用[J].上海煤氣,2004（03）.

[2]馮毅華,趙紅旭.燃?xì)釹CADA系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用[J].河南科技,2003(04).