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        淺談SCADA在燃?xì)夤芫W(wǎng)中的應(yīng)用

        2012-12-28 14:06:40
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2012年21期
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)

        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(jì)算機(jī)通信技術(shù)的發(fā)展,給自動(dòng)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(shí)時(shí)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù),對(duì)工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行本地或遠(yuǎn)程的自動(dòng)控制,對(duì)工藝流程進(jìn)行全面、實(shí)時(shí)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(shí)掌握當(dāng)前管網(wǎng)運(yùn)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(diǎn)的運(yùn)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(dú)立運(yùn)行,后期再整合到SCADA系統(tǒng)中。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)本地站點(diǎn)的生產(chǎn)運(yùn)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(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸至調(diào)度中心,一般較大站點(diǎn)和重要站點(diǎn)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(diǎn)與非重要站點(diǎn)或有線通信鏈路不能到達(dá)的站點(diǎn)采用無線通信。

        調(diào)度中心SCADA系統(tǒng)的控制中樞,整個(gè)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(jì)采用全冗余配置,實(shí)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(jì)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(gè)節(jié)點(diǎn),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(shí)時(shí)、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(jì)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(jí);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(diǎn)性質(zhì)和數(shù)據(jù)傳輸量不均衡的特點(diǎn),在數(shù)據(jù)吞吐量較大、實(shí)時(shí)性要求較高的重要站點(diǎn)(如:調(diào)度中心、儲(chǔ)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(diǎn)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?dòng)專用線路。在數(shù)據(jù)吞吐量較小、實(shí)時(shí)性要求不高的站點(diǎn)(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(gè)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(jì)采用全冗余配置,實(shí)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(jì)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(gè)節(jié)點(diǎn),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(tái)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(yùn)行在Windows XP中文版操作系統(tǒng)上,具有高可靠性、開放性特點(diǎn),滿足如下功能或具備以下特點(diǎn):

        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(shí)無須對(duì)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(dòng)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器,趨勢、報(bào)警、報(bào)表和文件等功能模塊的冗余,實(shí)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(jì)算機(jī)設(shè)置為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器、趨勢、報(bào)警、報(bào)表和文件服務(wù)器,這些功能模塊可以由用戶根據(jù)實(shí)際情況靈活遷移設(shè)置從而使SCADA系統(tǒng)服務(wù)器自動(dòng)平衡負(fù)荷。

        I/O通訊冗余:主通訊中斷時(shí)自動(dòng)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?yàn)橄到y(tǒng)的癱瘓或者重裝而帶來的不必要的麻煩。

        趨勢、報(bào)警、報(bào)表和文件功能都冗余,并且能夠在兩臺(tái)服務(wù)器之間自動(dòng)補(bǔ)償對(duì)方丟失的趨勢,即一臺(tái)服務(wù)器故障一旦恢復(fù)后能夠自動(dòng)從另外一臺(tái)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(hào)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(xiàng)目系統(tǒng)的實(shí)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(yùn)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(shí)用、高效、高度可靠的SCADA系統(tǒng)整體安全體系結(jié)構(gòu)實(shí)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(yùn)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(chǔ)、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(duì)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(dòng)態(tài)安全保障體系,提供網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視、審計(jì)、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(duì)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(shí)采取報(bào)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(duì)安全事件進(jìn)行審計(jì),建立信息系統(tǒng)安全反應(yīng)能力;提供一定的容錯(cuò)能力,在系統(tǒng)軟硬件故障時(shí)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(shí),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(shí)現(xiàn),復(fù)雜的可以用主機(jī)甚至一個(gè)子網(wǎng)來實(shí)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(jì)與搭建,并且已經(jīng)應(yīng)用于燃?xì)夤芫W(wǎng)中。實(shí)踐證明,整個(gè)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(dòng)強(qiáng)度和費(fèi)用成本,保障燃?xì)夤芫W(wǎng)安全、連續(xù)、穩(wěn)定、運(yùn)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(huì)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).

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