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液化天然氣管線SCADA系統(tǒng)安全分析與風(fēng)險(xiǎn)防范

文檔作者：朱立劍文檔來(lái)源：廣東大鵬液化天然氣有限公司營(yíng)運(yùn)部		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年12月03日
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化工自動(dòng)化及儀表第39卷
液化天然氣管線SCADA系統(tǒng)安全
分析與風(fēng)險(xiǎn)防范
朱立劍
廣東大鵬液化天然氣有限公司營(yíng)運(yùn)部．廣東深圳s18048)
摘要通過(guò)對(duì)萊液化羌然氣管線scADA系統(tǒng)的研完，分析了scADA系統(tǒng)的特點(diǎn)和所面臨的內(nèi)／外部
失蛀風(fēng)險(xiǎn)因素．從主動(dòng)防范、被動(dòng)保護(hù)廈應(yīng)惠處王等方面，提出了防范內(nèi)／外部失效風(fēng)險(xiǎn)的控制措施。
關(guān)t詞液化天然氣管線SCADA系統(tǒng)失效風(fēng)險(xiǎn)防范措施
中田分類號(hào)TH86 文t撂識(shí)碼B 文章編號(hào)10∞·3932(2012)02．0272．03
數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(supeⅣisory control
and Data A。quiBi曲n System，SCADA)是基于
Intemet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，集合Dcs及PLc等控制設(shè)備，
實(shí)現(xiàn)工廠設(shè)施遠(yuǎn)程監(jiān)控的工業(yè)自動(dòng)化控制，在石
化、能源、電力、造紙及交通等行業(yè)中應(yīng)用廣泛。
由于scADA系統(tǒng)具有分布區(qū)域廣，應(yīng)用多及網(wǎng)絡(luò)
結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，是重點(diǎn)企業(yè)的生產(chǎn)控制核心，因
此scADA系統(tǒng)的安全運(yùn)行尤為重要。在網(wǎng)絡(luò)病
毒泛濫，自然災(zāi)害頻發(fā)，突發(fā)事故較多的情況下，
C二二j衛(wèi)互二]
如何提高scADA系統(tǒng)的穩(wěn)定性，防范系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，
降低事故造成的損害，從而保證生產(chǎn)的穩(wěn)定和安
全，已成為社會(huì)和企業(yè)共同關(guān)注的問(wèn)題”’21。筆
者以廣東大鵬液化天然氣有限公司(以下簡(jiǎn)稱為
大鵬公司)的液化天然氣管線scADA系統(tǒng)為研
究對(duì)象，分析sCADA系統(tǒng)面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)和應(yīng)該
采取的防范措施。
1 SCADA控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
圖l為大鵬公司的天然氣管線SCADA系統(tǒng)網(wǎng)
Z01。 Z4P{旦1 I固h固i 固}，k I 固f鼠I 固『阪I h‰lj
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收稿日期：20|1．09．1 8
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萬(wàn)方數(shù)據(jù)
第2期朱立劍．液化天然氣管線SCADA系統(tǒng)安全分析與風(fēng)險(xiǎn)防范273
絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，該公司是中國(guó)第一個(gè)進(jìn)口液化天然氣
項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)公司，進(jìn)口的液化天然氣儲(chǔ)存在LNG
儲(chǔ)罐中，經(jīng)過(guò)升壓和海水汽化后經(jīng)由400km的高
壓管線為香港、深圳、惠州、東莞、廣州及佛山等城
市和地區(qū)的天然氣電廠和城市用戶供應(yīng)天然氣。
目前，整個(gè)高壓天然氣管線共設(shè)置了1個(gè)中央調(diào)
度室、18座分輸站和26座閥室。大鵬公司液化
天然氣管線的SCADA系統(tǒng)采用Honeywell Experion
PKs系統(tǒng)，通過(guò)中央調(diào)度室對(duì)整個(gè)高壓天然氣
管線中的分輸站和閥室的設(shè)施實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控。
2 SCADA控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
2．1安全要求高
珠三角是中國(guó)最重要的城市群之一，經(jīng)濟(jì)活
躍、人口密度高。大鵬公司作為珠三角的重要能
源供應(yīng)企業(yè)，任何非計(jì)劃的生產(chǎn)中斷都可能造成
重大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。因此，連續(xù)、可靠、
安全的能源供應(yīng)一直是大鵬公司的最高要求。這
同樣就要求整個(gè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期、連續(xù)、穩(wěn)
定、可靠地運(yùn)行，對(duì)出現(xiàn)的任何故障必須迅速解
決‘31。
2．2分布區(qū)域廣
大鵬公司的分輸站及閥室等控制末端分布在
遍布珠三角的長(zhǎng)約400km的管道上，這里臺(tái)風(fēng)及
暴雨等自然災(zāi)害頻發(fā)，人口稠密，治安情況復(fù)雜，
通信網(wǎng)絡(luò)要經(jīng)過(guò)深圳、惠州、廣州、佛山及東莞等
多個(gè)城市的DDN網(wǎng)絡(luò)、GPRS網(wǎng)絡(luò)和VAST衛(wèi)星
通信網(wǎng)絡(luò)。
2．3穩(wěn)定性要求高
目前，大鵬公司天然氣管線SCADA控制系統(tǒng)
的監(jiān)控范圍包括了18個(gè)分輸站和26個(gè)閥室的生
產(chǎn)設(shè)施。中央控制室可統(tǒng)一對(duì)所有分輸站和閥室
進(jìn)行集中監(jiān)控，因此sCADA系統(tǒng)需監(jiān)控的數(shù)據(jù)非
常多，關(guān)鍵的信號(hào)還要求保持連續(xù)監(jiān)控；同時(shí)還要
求SCADA系統(tǒng)運(yùn)行非常穩(wěn)定，能夠及時(shí)反饋現(xiàn)場(chǎng)
狀態(tài)，并執(zhí)行中控系統(tǒng)的指令，又不能產(chǎn)生誤信號(hào)
干擾正常操作。
2．4應(yīng)用平臺(tái)多
除了正常的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)之外，目前依托天
然氣管線的ScADA控制系統(tǒng)，大鵬公司已經(jīng)建立
了GMs氣量管理系統(tǒng)、LDS泄漏檢查系統(tǒng)、GPS
系統(tǒng)、PHD過(guò)程歷史數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)以及應(yīng)急管理系
統(tǒng)等應(yīng)用系統(tǒng)，這些應(yīng)用系統(tǒng)與SCADA控制系統(tǒng)
之間相互通信，相互影響。如果天然氣管線的
ScADA控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，也會(huì)影響其他系統(tǒng)的
正常運(yùn)行。
3風(fēng)險(xiǎn)分析
結(jié)合上述特點(diǎn)，對(duì)大鵬公司的液化天然氣管
線SCADA系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，既有來(lái)自內(nèi)部的風(fēng)
險(xiǎn)又有來(lái)自外部的風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)人為因素和非人為
因素來(lái)區(qū)分，共有9種風(fēng)險(xiǎn)(表1)。
表l 液化天然氣管線sCADA系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析
風(fēng)險(xiǎn)分類人為肉素非人為因素
內(nèi)部
外部
a．病毒感染
b．操作失誤
c．設(shè)計(jì)不合理
d．設(shè)備故障
e．系統(tǒng)失電
f．網(wǎng)絡(luò)攻擊h．自然災(zāi)害
§：絲魚查絲!：塑三生墊墮
大鵬公司的液化天然氣管線SCADA系統(tǒng)風(fēng)
險(xiǎn)具體分析如下：
a．病毒感染。病毒主要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳播或攜
帶有病毒的U盤、光盤及移動(dòng)硬盤等傳播，具有
影響ScADA服務(wù)器運(yùn)行、導(dǎo)致SCADA系統(tǒng)崩潰
的風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)生概率中等。
b．操作失誤。由于人為失誤，或缺乏經(jīng)驗(yàn)，
而產(chǎn)生的指令輸入錯(cuò)誤及編程組態(tài)錯(cuò)誤等，可能
導(dǎo)致ScADA系統(tǒng)不能正常運(yùn)行甚至停止運(yùn)行，發(fā)
生概率較低。
c．設(shè)計(jì)不合理。由于沒(méi)有遵循設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)或
對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的要求不明確，導(dǎo)致SCADA系統(tǒng)硬件
設(shè)計(jì)或軟件編程組態(tài)不是十分合理，這些都可能
導(dǎo)致sCADA系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定或停止運(yùn)行，發(fā)生概
率較低。
d．設(shè)備故障。由于設(shè)備本身的使用壽命、運(yùn)
行環(huán)境不合理及設(shè)備缺陷等，導(dǎo)致設(shè)備不能正常
使用，可能引起SCADA系統(tǒng)運(yùn)行失效，發(fā)生概率
較高。
e．系統(tǒng)失電。由于電源系統(tǒng)故障導(dǎo)致SCADA
系統(tǒng)失電，會(huì)直接導(dǎo)致失電系統(tǒng)停止運(yùn)行，發(fā)
生概率較低。
f．網(wǎng)絡(luò)攻擊。指來(lái)自外部網(wǎng)絡(luò)的惡意攻擊。
可能會(huì)導(dǎo)致ScADA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)堵塞或者中斷，嚴(yán)重
的可能影響到系統(tǒng)服務(wù)器的安全運(yùn)行，發(fā)生概率
中等。
g．設(shè)備盜搶。指人為惡意地對(duì)網(wǎng)絡(luò)線路進(jìn)
行的破壞，對(duì)電腦等貴重設(shè)備實(shí)施的盜搶等行
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
274 化工自動(dòng)化及儀表第39卷
為，這都直接引起sCADA系統(tǒng)故障，發(fā)生概率
較低。
h．自然災(zāi)害。由于雷擊、雨水浸泡、臺(tái)風(fēng)及
地震等造成的損壞，也直接引起SCADA系統(tǒng)的失
效，發(fā)生概率中等。
i．第三方故障。由于第三方的通信設(shè)備(如
DDN及GPRS網(wǎng)絡(luò)等)故障，影響SCADA系統(tǒng)的
正常運(yùn)行，發(fā)生概率較高。
4 SCADA系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)防范措施
針對(duì)大鵬液化天然氣管線SCADA系統(tǒng)的特
點(diǎn)及其所面臨的失效風(fēng)險(xiǎn)，技術(shù)人員研究制定了
主動(dòng)防范、被動(dòng)保護(hù)和應(yīng)急處置預(yù)案3個(gè)層面的
防范措施來(lái)避免風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，減低風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的后
果。
4。1 主動(dòng)防范
通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)分析，控制關(guān)鍵的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，從而降低
風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性。大鵬公司目前采用的主動(dòng)防
范措施有：
a．冗余設(shè)計(jì)。液化天然氣管線SCADA控
制系統(tǒng)的所有關(guān)鍵設(shè)備，包括供電電源、PLC、安
全聯(lián)鎖系統(tǒng)、sCADA服務(wù)器及通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，
均采用冗余設(shè)計(jì)，保證其中任何一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故
障時(shí)，冗余設(shè)備能立即投用，從而避免整個(gè)系統(tǒng)的
失效。
b．安全制度。大鵬公司對(duì)天然氣管線的
SCADA控制系統(tǒng)建立了嚴(yán)格的安全管理制度，重
點(diǎn)包括嚴(yán)禁任何非專用U盤、移動(dòng)硬盤及光盤等
設(shè)備接入到系統(tǒng)中；嚴(yán)禁安裝任何非授權(quán)軟件；實(shí)
行嚴(yán)格的密碼保護(hù)管理制度，每個(gè)工作人員只能
在授權(quán)范圍內(nèi)使用sCADA控制系統(tǒng)，如操作人員
登錄電腦時(shí)只能看到操作畫面，其他的功能被自
動(dòng)屏蔽。
c．系統(tǒng)巡檢。為提高SCADA系統(tǒng)的可靠
性，每4個(gè)月安排專業(yè)人員對(duì)ScADA系統(tǒng)中的所
有設(shè)備進(jìn)行一次徹底檢查，并做好巡檢記錄，對(duì)發(fā)
現(xiàn)的隱患點(diǎn)及時(shí)修復(fù)，避免設(shè)備出現(xiàn)故障后才進(jìn)
行處理。
d．MOC變更。根據(jù)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的設(shè)計(jì)、施工
及設(shè)備缺陷等問(wèn)題，給出修復(fù)方案，采取改進(jìn)措
施，避免問(wèn)題再次發(fā)生或在其他相同設(shè)備發(fā)生。
4．2被動(dòng)保護(hù)
通過(guò)采取保護(hù)及備份等措施來(lái)避免或降低風(fēng)
險(xiǎn)發(fā)生之后所造成的影響，具體包括：
a．安裝防火墻和防病毒軟件。為了防止網(wǎng)
絡(luò)病毒或網(wǎng)絡(luò)攻擊管線SCADA系統(tǒng)，在SCADA
系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與外部辦公網(wǎng)絡(luò)之間安裝了物理防火墻
作為系統(tǒng)防護(hù)，同時(shí)在每一臺(tái)服務(wù)器巾均安裝經(jīng)
過(guò)兼容性測(cè)試的正版殺毒軟件。
b．系統(tǒng)備份。包括定時(shí)對(duì)SCADA服務(wù)器
做Ghost備份，對(duì)Honeywell PKs系統(tǒng)組態(tài)備份，
對(duì)PLC程序備份，以及對(duì)軟件授權(quán)進(jìn)行備份等，
同時(shí)將備份內(nèi)容分別保存在不同的安全地點(diǎn)，以
確保系統(tǒng)出現(xiàn)不可修復(fù)的故障時(shí)，可以迅速搭建
起新的系統(tǒng)平臺(tái)。
c．備件管理。隨著項(xiàng)目的不斷建設(shè)和擴(kuò)大，
為了便于日后的維護(hù)維修，要求在設(shè)計(jì)和采購(gòu)階
段就使用與前期項(xiàng)日相同型號(hào)的設(shè)備。同時(shí)，根
據(jù)設(shè)備的使用數(shù)量，在中心倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)備使用量lO％
的備件作為庫(kù)存，同時(shí)與廠家簽訂服務(wù)合同，保證
在緊急情況下能迅速提供備件支持。
4．3應(yīng)急處置
在故障發(fā)生之后，為盡快恢復(fù)和保障SCADA
系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，大鵬公司制定了詳細(xì)的應(yīng)
急處置要求和方案。對(duì)于一般的系統(tǒng)故障，要求
在24h內(nèi)得到響應(yīng)；對(duì)于引起停車或可能引起停
車的系統(tǒng)故障，要求在12h內(nèi)得到響應(yīng)；對(duì)于重大
故障，通過(guò)和廠家簽訂的技術(shù)服務(wù)合同，要求其提
供24h抵達(dá)的現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)。
5 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)上述措施的綜合實(shí)施，大鵬公司液化天
然氣管線SCADA系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性有了明
顯的提高，2008年之后系統(tǒng)再?zèng)]有出現(xiàn)過(guò)重大的
故障。整個(gè)SCADA系統(tǒng)的故障報(bào)告數(shù)量從2010
年上半年的46個(gè)，降低到20lO年下半年的23
個(gè)，2011年上半年進(jìn)一步降低到12個(gè)，整個(gè)生產(chǎn)
系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行有了很大的提高。
參考文獻(xiàn)
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