dcs分散控制系統(tǒng)安全分析

1、<p>　　DCS分散控制系統(tǒng)安全分析</p><p>　　摘要：當(dāng)今大型化工企業(yè)中，DCS集散控制系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用，并發(fā)揮著重要的作用?？梢哉f(shuō)，DCS系統(tǒng)已經(jīng)成為化工企業(yè)正常運(yùn)行的關(guān)鍵，而DCS系統(tǒng)的安全性更是化工企業(yè)正常運(yùn)行的關(guān)鍵點(diǎn)。本文就DCS系統(tǒng)存在的安全問(wèn)題進(jìn)行分析,并提出相關(guān)建議。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：DCS；安全；問(wèn)題；措施 </p><

2、p>　　中圖分類(lèi)號(hào)： V242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　一、DCS概述 </b></p><p>　　DCS集散控制系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)、CRT技術(shù)為一體的綜合性高科技產(chǎn)品。DCS通過(guò)操作站對(duì)整個(gè)工藝過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理，通過(guò)控制站對(duì)工藝過(guò)程各部分進(jìn)行分散控制，既不同于常規(guī)儀表控制系統(tǒng)，又不同于集中式

3、的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，而是集中兩者的優(yōu)點(diǎn)，克服了它們的不足。DCS以其高可靠性、靈活性、人機(jī)界面友好性和通訊的方便性等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。 </p><p>　　二、影響DCS分散控制系統(tǒng)安全的若干因素分析。 </p><p>　　1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性方面。影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安全的因素可能存在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，也有可能存在于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的制造環(huán)節(jié)、安裝調(diào)試環(huán)節(jié)或者維護(hù)環(huán)節(jié)，如果在以上環(huán)節(jié)當(dāng)中沒(méi)有遵

4、照相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范認(rèn)真核對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的糾錯(cuò)能力、系統(tǒng)組態(tài)以及自我診斷能力，則計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性便得不到保證。同時(shí)，工作環(huán)境對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常也會(huì)產(chǎn)生非常的影響。首先，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)工作環(huán)境的溫度和濕度要求非常嚴(yán)格。在溫度方面，如果工作環(huán)境的溫度每增加10℃，則計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性便會(huì)大幅度降低1/4；如果工作環(huán)境溫度超過(guò)60℃，則計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的故障率便會(huì)急劇增加；同時(shí)，溫度的變化加速各種元器件的老化。在濕度方面，如果工作環(huán)境濕度過(guò)低，會(huì)出現(xiàn)靜電現(xiàn)

5、象，如果靜電電壓大于2 kV時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠性水平便會(huì)顯著降低。其次，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)工作環(huán)境的空氣潔凈度要求很高。如果空氣中塵土過(guò)多，則塵土進(jìn)入到計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)當(dāng)中，不僅有可能增加磁盤(pán)和磁頭之間的磨損幾率，還會(huì)增加電子元件與集成電路的短路事故的發(fā)生率。 </p><p><b>　　2、通信網(wǎng)絡(luò) </b></p><p>　　DCS通信網(wǎng)絡(luò)堵塞現(xiàn)象表現(xiàn)在:操作員站顯示

6、信息變慢、不能操作,控制器下網(wǎng),冗余控制器(服務(wù)器)切換不成功,數(shù)據(jù)通信中斷或異常,嚴(yán)重時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信癱瘓將直接引發(fā)機(jī)組跳閘。通信網(wǎng)絡(luò)堵塞涉及設(shè)計(jì)、運(yùn)行和維護(hù)等方面,主要與以下因素有關(guān): </p><p>　　2.1采用廣播式協(xié)議時(shí),l個(gè)結(jié)點(diǎn)向網(wǎng)上其他結(jié)點(diǎn)問(wèn)詢數(shù)據(jù),如果其他結(jié)點(diǎn)沒(méi)有此數(shù)據(jù),它就反復(fù)進(jìn)行問(wèn)詢,直至讀取到這數(shù)據(jù)。如果網(wǎng)絡(luò)上根本沒(méi)有這個(gè)數(shù)據(jù),就會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)堵塞。 </p><p>　　

7、2.2對(duì)DCS軟硬件不當(dāng)改動(dòng)或升級(jí)。如某電廠3號(hào)機(jī)組DCS由原來(lái)Vl.2.0升級(jí)到V2.3.IB版本,升級(jí)時(shí)更換了主控單元DP卡、多功能卡、電子盤(pán),但網(wǎng)卡未相應(yīng)進(jìn)行升級(jí)。新版本軟件與原來(lái)的網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序不匹配,個(gè)別點(diǎn)的擾動(dòng)造成主控單元的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)任務(wù)不能成功啟動(dòng),使部分I/O站故障離線導(dǎo)致DCS紊亂機(jī)組跳閘。 </p><p>　　2.3硬件(如網(wǎng)卡等)故障、通信網(wǎng)絡(luò)受外部干擾等因素引發(fā)DCS網(wǎng)絡(luò)異常。如某電廠

8、2號(hào)機(jī)組就發(fā)生過(guò)2起因DCS發(fā)出一種“ShutdownforI/ODriverFall”的大量系統(tǒng)報(bào)譽(yù)信息(每秒約幾百次),使網(wǎng)絡(luò)通信癱瘓機(jī)組跳閘。 </p><p>　　2.4電廠管理信息系統(tǒng)(MIS)需要從DCS中讀取生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在網(wǎng)絡(luò)中接進(jìn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器,網(wǎng)絡(luò)堵塞現(xiàn)象可能變得十分頻繁。另外當(dāng)DCS與MIS網(wǎng)未配置防火墻隔離時(shí),病毒有可能通過(guò)MIS網(wǎng)絡(luò)傳播至DCS,使DCS人機(jī)界面感染病毒(如某電廠4號(hào)機(jī)組

9、人機(jī)接口站曾感染了一種名為lovegate的病毒),從而造成操作信息反應(yīng)遲緩。 </p><p>　　3、電源的可靠性方面UPS（UninterruptiblePowerSupply，不間斷電源）是DCS分散控制系統(tǒng)的典型的電源供應(yīng)形式。影響電源系統(tǒng)供電質(zhì)量高低的各種因素（例如，供電電壓、瞬時(shí)停電時(shí)間間隔、額定容量以及頻率波動(dòng)等級(jí)等）均會(huì)直接威脅DCS分散控制系統(tǒng)的安全性和可靠性。通常情況下，只有保證供電系統(tǒng)的備

10、用電源的切換時(shí)間在5ms的范圍內(nèi)，同時(shí)確保DCS分散控制系統(tǒng)的控制器不會(huì)因?yàn)殡娫辞袚Q出現(xiàn)輸出錯(cuò)誤和初始化等問(wèn)題才能夠保證DCS分散控制系統(tǒng)的安全性；否則，極易出現(xiàn)系統(tǒng)拒動(dòng)和誤動(dòng)等問(wèn)題。 </p><p>　　4、雷擊4.1強(qiáng)浪涌電壓（雷擊）通過(guò)I/O信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)損壞的卡件檢查，主要是I/O卡件的輸入輸出接口元器件損壞，當(dāng)雷電發(fā)生時(shí)，裝置上I/O電纜極易接收遭受雷電放電時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)大的脈沖電磁場(chǎng)，

11、在信號(hào)線上感應(yīng)數(shù)以千伏計(jì)的浪涌電壓，并通過(guò)卡件形成電流回路擊壞相應(yīng)的卡件通道或公共電路。4.2強(qiáng)浪涌電壓（雷擊）通過(guò)DCS控制系統(tǒng)的接地點(diǎn)進(jìn)入系統(tǒng)。當(dāng)雷電產(chǎn)生后，通過(guò)I/O電纜的走線橋架和建筑物接地引下線的電流產(chǎn)生的電感性耦合，會(huì)在附近的I/O金屬線纜上感應(yīng)出數(shù)以千伏的浪涌電壓。4.3強(qiáng)浪涌電壓（雷擊）通過(guò)電源線進(jìn)入U(xiǎn)PS系統(tǒng)。當(dāng)雷電發(fā)生時(shí)，暴露在空中的電力電纜極易受到雷擊影響，在其電纜上感應(yīng)形成數(shù)以千伏計(jì)的的浪涌電壓，通過(guò)電力系統(tǒng)損壞

12、UPS（不間斷電源）系統(tǒng)設(shè)備。 </p><p>　　5、操作人員方面導(dǎo)致操作人員出現(xiàn)誤操作的因素類(lèi)型非常之多，大體上分為以下幾種情況：專(zhuān)業(yè)水平較低、操作失誤、錯(cuò)誤判斷、監(jiān)護(hù)不到位、管理存在漏洞等。 </p><p>　　三、DCS分散控制系統(tǒng)安全因素的防范建議 </p><p>　　1、技術(shù)監(jiān)督單位開(kāi)展研究 </p><p>　　技術(shù)監(jiān)督單

13、位需針對(duì)現(xiàn)有DCS模件和網(wǎng)絡(luò)故障的預(yù)防監(jiān)測(cè)處理方法開(kāi)展研究,對(duì)DCS在實(shí)際應(yīng)用中存在的影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的隱患進(jìn)行技術(shù)攻關(guān),探討現(xiàn)有儀器設(shè)備處理問(wèn)題的能力;同時(shí)在必要時(shí)向有關(guān)方面發(fā)出預(yù)報(bào),敦促DCS制造廠對(duì)DCS出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行處理。 </p><p>　　2、防雷系統(tǒng)技術(shù)改造2.1對(duì)外部信號(hào)線改造對(duì)外部信號(hào)線的敷設(shè)進(jìn)行整改，將暴露在橋架外的信號(hào)線，穿金屬套管，且金屬套管每隔30米進(jìn)接地；保持外部I/O電纜走

14、線槽之間的良好連接并接地，將電纜走線槽的蓋板之間用電焊將其焊接為一個(gè)整體橋架，并進(jìn)行接地。使整個(gè)橋架成為一個(gè)屏蔽金屬體，防止雷擊形成的強(qiáng)浪涌信號(hào)進(jìn)入控制系統(tǒng)。2.2重新改造防雷接地系統(tǒng)2.2.1DCS系統(tǒng)接地環(huán)境改善首先改變接地體周?chē)耐寥澜Y(jié)構(gòu)。在接地體周?chē)耐寥?m~3m范圍內(nèi)，摻入不溶于水的、有良好吸水性的物質(zhì)，如木炭、焦碳煤渣或礦渣等，該法可使土壤電阻率降低到原來(lái)的1/5~1/10。再用食鹽、木炭降低土壤電阻率，用食鹽、木炭分層夯

15、實(shí)。木炭和細(xì)摻勻?yàn)橐粚樱s10cm~15cm厚，再鋪2m~3m的食鹽，共5~8層，鋪好后打入接地體，此法可以使得電阻率下降至原來(lái)的1/3~1/5。 2.2.2選用銅棒Φ20×2800mm接地樁作等邊三角形接地網(wǎng) </p><p>　　3、人為故障及防范建議首先要制定切實(shí)可行的監(jiān)護(hù)和批準(zhǔn)制度，從管理上防范誤操作的發(fā)生?，F(xiàn)在各電廠一般都制定了DCS管理制度!軟件修改管理制度、保護(hù)解投管理制度等一系列制度，有

16、效地避免了部分誤操作故障。其次，要將主要保護(hù)的解投采用硬切換開(kāi)關(guān)的型式，避免采用軟件強(qiáng)制的方式，以免發(fā)生保護(hù)的誤動(dòng)：對(duì)于輔機(jī)保護(hù)，其狀態(tài)的強(qiáng)制應(yīng)采用圖形化操作，也就是在管理工程師環(huán)境下，用點(diǎn)擊按鈕的方法解投保護(hù)，而不用直接強(qiáng)制設(shè)備狀態(tài)的方法進(jìn)行強(qiáng)制，從而防止誤操作的發(fā)生。最后，要加大對(duì)系統(tǒng)檢修維護(hù)管理人員的培訓(xùn)，提高檢修工藝水平。 </p><p>　　4、保證DCS供電可靠性的建議 </p>&l

17、t;p>　　4.1對(duì)用電負(fù)載合理分配：DCS系統(tǒng)大都有冗余電源裝置，主控制器、I/O卡件、部分服務(wù)器都有雙路電源，但還有部分設(shè)備沒(méi)有雙路電源。對(duì)沒(méi)有雙路電源控制的設(shè)備應(yīng)對(duì)主輔設(shè)備、操作員站進(jìn)行合理布置，使其符合危險(xiǎn)分散、集中管理的原則。4.2保證供電的品質(zhì)：供電電壓的波動(dòng)可能引起DCS斷電、擊穿設(shè)備等危害，所以應(yīng)保證供電的品質(zhì)，最好把UPS作為DCS的主供電電源。 </p><p><b>　　結(jié)

18、束語(yǔ) </b></p><p>　　DCS系統(tǒng)是發(fā)電廠近年來(lái)應(yīng)用發(fā)展最快的控制系統(tǒng)。減少系統(tǒng)故障率，提高設(shè)備可靠性是熱工管理人員努力的方向。實(shí)踐證明，領(lǐng)導(dǎo)重視、加強(qiáng)管理是確保DCS系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵。保證設(shè)備運(yùn)行環(huán)境、防范硬件故障、及時(shí)備份軟件及數(shù)據(jù)，減少人為誤動(dòng)，提高設(shè)備健康水平，是防止DCS故障的有效手段。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b&g

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