國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)在大型項(xiàng)目中的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)

DCS一般會(huì)使用很多個(gè)控制器對(duì)某個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)控制點(diǎn)實(shí)施控制，各個(gè)控制設(shè)備之間利用網(wǎng)絡(luò)連接之后，可對(duì)其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換?，F(xiàn)在，我國(guó)的各項(xiàng)智能化越來(lái)越先進(jìn)，國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)在大型項(xiàng)目中網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)起到了重要的作用，提升了網(wǎng)絡(luò)安全性。本文以具體項(xiàng)目為例，針對(duì)國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)在大型項(xiàng)目中網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的分析。

1、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.1 整個(gè)項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)分為四層結(jié)構(gòu)

■ 基礎(chǔ)控制層（L1）

該網(wǎng)絡(luò)由兩個(gè)獨(dú)立的互為冗余的I/O總線構(gòu)成，I/O總線包括本地I/O總線（LBUS）和擴(kuò)展I/O總線（E-BUS），如圖1所示。

▲ 基礎(chǔ)控制層示意圖（圖1）

■ 監(jiān)控層（L2）

該網(wǎng)絡(luò)由兩個(gè)獨(dú)立的互為冗余的過(guò)程控制網(wǎng)構(gòu)成，主要用于DCS控制通信，以及ODS、OPC、AMS等數(shù)據(jù)的采集，如圖２所示。

■ 操作管理層（L3）

該層網(wǎng)絡(luò)主要包括DCS管理層網(wǎng)絡(luò)（冗余SCnet網(wǎng)絡(luò)，分為A網(wǎng)、B網(wǎng)）。網(wǎng)絡(luò)層管理如圖3所示。

■ 調(diào)度管理層（L4）

該層網(wǎng)絡(luò)是基于WEB客戶端的調(diào)度管理網(wǎng)絡(luò)，主要連接各個(gè)分區(qū)的全局調(diào)度站、工藝工程師站、ODS客戶端、WEB服務(wù)器及其訪問(wèn)客戶端（Office LAN）、ODS服務(wù)器的外部WEB訪問(wèn)客戶端。這些WEB客戶端通過(guò)訪問(wèn)L3.5層的服務(wù)器來(lái)獲得畫(huà)面數(shù)據(jù)和報(bào)表。

▲ LAN典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖（圖2）

▲ 管理層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖（圖3）

2 網(wǎng)絡(luò)安全措施與方案

2.1 中控DCS網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)原則

■ 大型DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)須基于分布式數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)

單數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)受到規(guī)?；南拗?，不利于系統(tǒng)的可靠和穩(wěn)定。中控WebField ECS-700系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初就充分考慮了超大規(guī)模的DCS應(yīng)用，因此專門在多系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了“操作域”“控制域”的數(shù)據(jù)分區(qū)概念，更加匹配項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)中的CCR操作分區(qū)、FAR的實(shí)際DCS監(jiān)控的物理分區(qū)。這將數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)雜的配置關(guān)系簡(jiǎn)化到用戶易于理解的層級(jí)，方便用戶更好地搭建整個(gè)項(xiàng)目的DCS數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。

■ 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)原則上只在子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)中點(diǎn)共享，跨域數(shù)據(jù)需要事先合理配置

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)泛指動(dòng)態(tài)位號(hào)數(shù)據(jù)、各類報(bào)警和事件等由DCS控制器產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和事件。大多數(shù)DCS應(yīng)用情況中，操作站（操作員）只關(guān)心本域（子工程）內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行及時(shí)和必要的處理。而對(duì)上下游的關(guān)聯(lián)裝置、公用工程，只需要查看部分接口界面數(shù)據(jù)即可。

DCS系統(tǒng) / 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案

以上描述的實(shí)際應(yīng)用情況大大降低了構(gòu)建大型實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際負(fù)荷，這意味著大型DCS系統(tǒng)可以事先根據(jù)應(yīng)用需求，拆分成若干個(gè)規(guī)模合理的子工程LAN。子工程數(shù)據(jù)庫(kù)相互獨(dú)立，通過(guò)事先的組態(tài)和配置，實(shí)現(xiàn)各子工程之間的數(shù)據(jù)交互，以及定期向管理層發(fā)送事先訂閱的各類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

中控WebField ECS-700系統(tǒng)基于以太網(wǎng)的IEEE802.3Z實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)流的分區(qū)管理，應(yīng)用組播管理和VLAN等成熟網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使得邏輯子工程內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)共享數(shù)據(jù)，同時(shí)隔斷子工程間無(wú)用的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，防止網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)數(shù)據(jù)泛濫，導(dǎo)致傳輸效率下降甚至網(wǎng)絡(luò)阻塞。

2.2 完善的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和在線防病毒方案

大型DCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)故障案例大多數(shù)定性為工程階段的問(wèn)題，有工程設(shè)計(jì)的不合理、網(wǎng)絡(luò)部件的版本不兼容、工程實(shí)施時(shí)網(wǎng)線錯(cuò)誤連接等。最常見(jiàn)的是網(wǎng)絡(luò)中毒，幾乎在所有的項(xiàng)目中都會(huì)發(fā)現(xiàn)各種級(jí)別的中毒情況，用傳統(tǒng)的病毒查殺技術(shù)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同時(shí)也會(huì)在一定程度上影響生產(chǎn)運(yùn)行，更嚴(yán)重的甚至被迫停車檢修。因此，DCS制造商在設(shè)計(jì)大型工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)時(shí)，必須考慮完整全面的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和防毒方案。

中控在該項(xiàng)目中提供了全網(wǎng)診斷軟件VxNetSight，該軟件可實(shí)時(shí)觀測(cè)到每個(gè)網(wǎng)段，甚至每個(gè)網(wǎng)口上的數(shù)據(jù)負(fù)荷，以及各個(gè)節(jié)點(diǎn)的上線、故障、恢復(fù)情況，可以方便地設(shè)置各種負(fù)荷報(bào)警和流控限制，協(xié)助用戶正確高效地了解網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況，并及時(shí)采取相應(yīng)的管理措施。同時(shí)，ECS-700系統(tǒng)還基于IEC62443-1-1的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)模型，針對(duì)LEVEL~4不同層次設(shè)計(jì)了不同的防病毒方案，聯(lián)合國(guó)際知名的防毒軟件公司，結(jié)合私有協(xié)議、白名單、黑名單等綜合防毒技術(shù)，為各種項(xiàng)目應(yīng)用量身定制防毒方案，方便用戶高效地實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)絡(luò)的安全保護(hù)和監(jiān)控。

DCS系統(tǒng) / 防病毒層級(jí)

（1）LEVEL 1層次

中控提供的控制器內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)防火墻和協(xié)議解析、接入設(shè)備論證，控制器具有一定的防病毒能力，提高了該層次網(wǎng)絡(luò)的安全性。

（2）LEVEL 2層次

控制層是DCS最核心的網(wǎng)絡(luò)層，該層次計(jì)算機(jī)數(shù)量多，必須安裝DCS廠家的工控軟件，安裝軟件相對(duì)比較固定。該層次，中控采用了白名單技術(shù)（White List）的防毒方案，利用白名單技術(shù)鎖定合法的軟件進(jìn)程，禁止名單之外的任何進(jìn)程加載系統(tǒng)內(nèi)存，阻止病毒攻擊L2層的主機(jī)，保證控制層的絕對(duì)安全。

（3）LEVEL 3層次及以上

該層次計(jì)算機(jī)數(shù)量相對(duì)比較少，軟件選擇自由度較大，也可能會(huì)頻繁更換。而且L3層的各類主機(jī)不直接參與生產(chǎn)運(yùn)行和控制，CPU負(fù)荷安全要求不高。因此，在L3層中控采用了殺毒性能強(qiáng)勁的知名殺毒軟件———卡巴斯基。

（4）調(diào)度層與控制層

通過(guò)防火墻隔離，保證控制層安全。

（5）外部網(wǎng)絡(luò)與調(diào)度層

通過(guò)防火墻隔離，保證調(diào)度層安全。