胡 朋

(中石化節(jié)能環(huán)保工程科技有限公司,湖北 武漢 430223)

1 SCADA系統(tǒng)概述

天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)、高效、清潔的低碳能源，對(duì)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、治理大氣污染、推動(dòng)節(jié)能減排、維護(hù)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，從而推進(jìn)了我國(guó)近幾年長(zhǎng)輸天然氣管道的快速建設(shè)。在長(zhǎng)輸天然氣管道中，主要采用了以計(jì)算機(jī)為核心的監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集(Supervisory Control And Data Acquisition 簡(jiǎn)稱SCADA)系統(tǒng)。由于長(zhǎng)輸天然氣管道生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的跨度越來(lái)越大，所經(jīng)地區(qū)環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，安全生產(chǎn)也越來(lái)越受重視。因此，SCADA 系統(tǒng)在長(zhǎng)輸天然氣管道中的安全、平穩(wěn)、高效運(yùn)行，對(duì)于保護(hù)人類生命財(cái)產(chǎn)安全、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源、增加經(jīng)濟(jì)效益都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

長(zhǎng)輸天然氣管道SCADA系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)輸天然氣管道進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制、集中管理和調(diào)度，提高管理水平，及時(shí)調(diào)配，保證安全、平穩(wěn)供氣。

2 SCADA系統(tǒng)在長(zhǎng)輸天然氣管道的應(yīng)用現(xiàn)狀

長(zhǎng)輸天然氣管道SCADA系統(tǒng)達(dá)到在調(diào)度控制中心完成對(duì)全線各個(gè)分輸站場(chǎng)、清管站和線路截?cái)嚅y室進(jìn)行監(jiān)控、管理和調(diào)度的任務(wù)。各分輸站場(chǎng)實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作、有人值守的管理水平；清管站、線路截?cái)嚅y室實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守、無(wú)人操作的管理水平，降低安全隱患。

正常情況下，調(diào)度控制中心通過(guò)管線專用光纜通訊系統(tǒng)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式與各分輸站場(chǎng)和清管站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，與線路截?cái)嚅y室之間通過(guò)管線專用光纜通訊系統(tǒng)采用分組輪詢方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。調(diào)度控制中心與各分輸站場(chǎng)和清管站之間采用公網(wǎng)作為備用通信信道，與線路截?cái)嚅y室無(wú)備用信道。為了增加可靠性，上下游站場(chǎng)可以同時(shí)監(jiān)視所轄線路截?cái)嚅y室。

目前，SCADA系統(tǒng)在長(zhǎng)輸天然氣管道主要采用了三級(jí)控制模式，分別是：調(diào)度中心控制級(jí)、站場(chǎng)控制級(jí)和就地控制級(jí)。

2.1 調(diào)控中心控制級(jí)

隨著社會(huì)的發(fā)展，為了應(yīng)對(duì)更為復(fù)雜的突發(fā)事件(比如：地震、洪水等自然災(zāi)害；戰(zhàn)爭(zhēng)、恐怖襲擊等社會(huì)災(zāi)害；網(wǎng)絡(luò)攻擊、病毒等人為事件；)，重要的長(zhǎng)輸天然氣管道SCADA系統(tǒng)除了設(shè)置主調(diào)度控制中心(MCC)外，在遠(yuǎn)距離的異地開(kāi)始設(shè)置備調(diào)度控制中心(BCC)。正常情況下，主調(diào)度控制中心負(fù)責(zé)整個(gè)長(zhǎng)輸天然氣管道的控制和調(diào)度管理，當(dāng)主調(diào)度控制中心出現(xiàn)故障或突發(fā)事件，備調(diào)度控制中心迅速控制整個(gè)長(zhǎng)輸天然氣管道的運(yùn)行，提高了SCADA系統(tǒng)的冗災(zāi)能力。

調(diào)度控制中心服務(wù)器采用UNIX/WINDOWS操作系統(tǒng)，采用雙主機(jī)、雙以太網(wǎng)、雙通訊處理機(jī)熱冗余配置。調(diào)度控制中心除了配置實(shí)時(shí)/歷史服務(wù)器、工程師站和操作員站外，配置GPS時(shí)鐘系統(tǒng)提供時(shí)間基準(zhǔn)；配置WEB服務(wù)器提供網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)查看；配置OPC服務(wù)器為第三方系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口；配有防火墻系統(tǒng)進(jìn)行邊界隔離；建立整體網(wǎng)絡(luò)防病毒體系。

同時(shí)選配有提供操作培訓(xùn)的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，應(yīng)對(duì)管道泄漏檢測(cè)的泄露監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害作用下管道檢測(cè)的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2.2 站場(chǎng)控制級(jí)

分輸站場(chǎng)設(shè)置站控系統(tǒng)(SCS)，站控系統(tǒng)是SCADA系統(tǒng)的基礎(chǔ)和遠(yuǎn)程終端。正常情況下，由調(diào)度控制中心對(duì)全線各站進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。一旦遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)因故障而中斷，可自動(dòng)切換到站控系統(tǒng)進(jìn)行控制，以保證站場(chǎng)正常運(yùn)行。

站控系統(tǒng)采用WINDOWS操作系統(tǒng)，站控系統(tǒng)配置過(guò)程控制系統(tǒng)(PCS)PLC和ESD控制系統(tǒng)PLC，ESD控制系統(tǒng)PLC安全等級(jí)為SIL2級(jí)。PLC采用雙CPU、雙電源、雙通信接口的熱冗余配置；其局域網(wǎng)、路由器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)按熱冗余設(shè)置；控制系統(tǒng)機(jī)柜配置有防雷擊和浪涌保護(hù)措施。站控系統(tǒng)在通信故障恢復(fù)后，控制系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)具有帶時(shí)間標(biāo)簽的回填功能。并且站控系統(tǒng)能夠接收流量計(jì)量系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)和火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)等相關(guān)第三方智能系統(tǒng)信息。

天然氣管道中間清管站與分輸站場(chǎng)區(qū)別在于不設(shè)工程師站和操作員站，當(dāng)出現(xiàn)異常狀況時(shí)，由調(diào)度控制中心將其關(guān)閉。

線路截?cái)嚅y室采用遠(yuǎn)程終端單元(RTU)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。RTU與SCADA系統(tǒng)調(diào)度控制中心進(jìn)行通信，并由調(diào)度控制中心對(duì)線路截?cái)嚅y室進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。當(dāng)線路截?cái)嚅y室與調(diào)度控制中心通信主信道發(fā)生故障時(shí)，上下游站場(chǎng)也可以監(jiān)視所轄線路截?cái)嚅y室。

2.3 就地控制級(jí)

就地控制系統(tǒng)對(duì)工藝單體或設(shè)備進(jìn)行手/自動(dòng)就地控制。當(dāng)進(jìn)行設(shè)備檢修或緊急切斷時(shí)，可采用就地控制方式。

3 SCADA系統(tǒng)在長(zhǎng)輸天然氣管道的發(fā)展趨勢(shì)

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的快速發(fā)展, 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和信息安全的運(yùn)用，將會(huì)使SCADA系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系發(fā)生重大改變。SCADA系統(tǒng)在長(zhǎng)輸天然氣管道的發(fā)展應(yīng)用趨勢(shì)也將會(huì)是突破性的，勢(shì)必將會(huì)使長(zhǎng)輸天然氣管道能夠更加安全、平穩(wěn)、高效地運(yùn)行。

3.1 SCADA系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系將會(huì)更為開(kāi)放

目前SCADA系統(tǒng)的軟硬件供貨商、生產(chǎn)廠家之間是封閉的、技術(shù)上互不開(kāi)放， SCADA系統(tǒng)的不夠開(kāi)放性造成用戶使用軟硬件成本相對(duì)較高。隨著軟硬件技術(shù)的發(fā)展，SCADA系統(tǒng)不斷處于新的技術(shù)環(huán)境下，SCADA系統(tǒng)供貨商和系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)者將會(huì)傾向選擇更為開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，從而使SCADA系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化成為未來(lái)發(fā)展的一種趨勢(shì)。當(dāng)長(zhǎng)輸天然氣管道管理用戶需要改造或升級(jí)SCADA系統(tǒng)時(shí)，選擇開(kāi)放的系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議和設(shè)備接口，使不同生產(chǎn)廠家之間的設(shè)備通訊成為現(xiàn)實(shí)，提高了選購(gòu)設(shè)備的靈活性。開(kāi)放的SCADA系統(tǒng)增加了軟件、硬件的競(jìng)爭(zhēng)者，從而降低了SCADA用戶的成本[1]，使得用戶可以隨意選擇符合自己需求的產(chǎn)品，而且也會(huì)逐漸提高SCADA系統(tǒng)性能。

3.2 SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸將會(huì)更為安全

隨著“兩化融合”以及物聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)產(chǎn)品越來(lái)越多地使用通用軟件平臺(tái)、通用硬件設(shè)備、通用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以各種方式與Internet等公共網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，工業(yè)控制系統(tǒng)的信息安全問(wèn)題日益嚴(yán)重[2]。由于工業(yè)控制系統(tǒng)的信息安全越來(lái)越受到重視，用戶在SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式和軟件應(yīng)用上將會(huì)選擇更加安全的系統(tǒng)產(chǎn)品。

以往長(zhǎng)輸天然氣管道工程應(yīng)用中，調(diào)度控制中心采用管線專用光纜方式作為主通信信道與各分輸站場(chǎng)和清管站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，采用無(wú)線通信方式作為備用通信信道。隨著國(guó)內(nèi)油氣企業(yè)對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)安全配置的重視，中石化《關(guān)于加強(qiáng)工業(yè)控制系統(tǒng)安全防護(hù)的指導(dǎo)意見(jiàn)》中要求工業(yè)控制系統(tǒng)原則上不采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。確需采用時(shí)，應(yīng)進(jìn)行授權(quán)、監(jiān)控和隔離，只應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，不應(yīng)參與聯(lián)鎖和控制。越來(lái)越多油氣企業(yè)將在數(shù)據(jù)傳輸上選擇更加安全可靠的傳輸方式，進(jìn)一步提高SCADA系統(tǒng)應(yīng)用的安全性。

油氣管道SCADA系統(tǒng)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外黑客的攻擊目標(biāo)，面臨愈發(fā)嚴(yán)峻的威脅[3]，特別是處于核心地位的SCADA系統(tǒng)控制軟件。SCADA系統(tǒng)國(guó)內(nèi)仍處于技術(shù)引用階段，主要采用Honeywell，F(xiàn)oxboro，ABB，Siemens，GE，Telvent和Cegelec等國(guó)外產(chǎn)品[4]，長(zhǎng)期以來(lái)被國(guó)外自動(dòng)化巨頭壟斷。隨著國(guó)產(chǎn)SCADA系統(tǒng)廠商技術(shù)研發(fā)和集成能力的提高，與國(guó)外SCADA系統(tǒng)產(chǎn)品的技術(shù)差距逐漸縮小。以中控為代表的國(guó)產(chǎn)SCADA系統(tǒng)廠商近年參與了天津LNG外輸管道工程SCADA系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用，但國(guó)產(chǎn)SCADA系統(tǒng)廠商共性問(wèn)題是缺乏大型天然氣長(zhǎng)輸管道SCADA應(yīng)用業(yè)績(jī)，實(shí)際應(yīng)用效果有待工程生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)檢驗(yàn)。近幾年，不管是從項(xiàng)目工程建設(shè)的設(shè)備供貨周期和服務(wù)技術(shù)響應(yīng)，還是從國(guó)家能源戰(zhàn)略和能源安全上考慮，大型油氣企業(yè)都在積極推進(jìn)SCADA系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用，勢(shì)必將會(huì)加速提高SCADA系統(tǒng)在長(zhǎng)輸天然氣管道工程應(yīng)用的安全性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文闡述了SCADA 系統(tǒng)在已運(yùn)行長(zhǎng)輸天然氣管道上的應(yīng)用現(xiàn)狀，并對(duì)其存在的問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討。隨著SCADA 系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展更新和對(duì)信息安全技術(shù)重視程度的提高，SCADA系統(tǒng)在長(zhǎng)輸天然氣管道上的工程應(yīng)用將會(huì)不斷完善和發(fā)展，從而達(dá)到保障國(guó)家能源安全，增加社會(huì)效益、降低生產(chǎn)成本的目的。

[1] 吳愛(ài)國(guó)，何 信.油氣長(zhǎng)輸管道SCADA系統(tǒng)技術(shù)綜述[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2000,19(3):43-46.

[2] 陳 鵬，李永縉，張 偉.油氣管道SCADA系統(tǒng)分區(qū)分域安全防護(hù)方法[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2014,33(11):1244-1249.

[3] 熊 琦，戴忠華，彭 勇，等.油氣管道SCADA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)分析及防護(hù)框架研究[J].通信技術(shù)，2014,47(8):919-924.

[4] 陳秀麗.長(zhǎng)輸管道SCADA系統(tǒng)選型及應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化，2012,48(3):26-29.