在役進(jìn)口分散控制系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)替代可行性分析

劉旸

(中國(guó)石油化工股份有限公司物資裝備部 電儀部，北京 100728)

分散控制系統(tǒng)(DCS)作為過(guò)程控制、生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)視及設(shè)備管理的主要控制系統(tǒng)，在石化、化工、交通、電力、冶金、國(guó)防等多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，是確保現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)安全、穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵設(shè)備。

近年來(lái)，國(guó)產(chǎn)DCS在百萬(wàn)噸/年乙烯裂解裝置、千萬(wàn)噸/年煉油裝置、大型煤化工裝置上都實(shí)現(xiàn)了工程應(yīng)用，其主要技術(shù)性能與可靠性指標(biāo)已基本接近國(guó)外同類先進(jìn)產(chǎn)品水平。由于歷史原因，國(guó)內(nèi)在役DCS仍主要為美國(guó)、日本等進(jìn)口產(chǎn)品，據(jù)中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息研究網(wǎng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，全國(guó)在役的重要的DCS中，國(guó)外產(chǎn)品占比高達(dá)75%；工業(yè)控制系統(tǒng)中使用的PLC，邏輯控制器等關(guān)鍵部件，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品市場(chǎng)占有率不足5%，主要為施耐德、西門子等國(guó)外品牌。

進(jìn)口DCS在信息安全方面存在較大隱患，硬件在設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試等環(huán)節(jié)存在可能被植入后門的漏洞，可利用后門遠(yuǎn)程操控破壞生產(chǎn)裝置，造成停產(chǎn)、爆炸等重大生產(chǎn)事故。通過(guò)后門可以竊取工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳播病毒和木馬，嚴(yán)重影響工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全。在涉及國(guó)家能源安全的煉油石化行業(yè)項(xiàng)目建設(shè)中，如果不能實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的自主可控，則會(huì)始終處于受制于人、被動(dòng)挨打的局面。

1 在役進(jìn)口DCS存在的主要應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)

1.1 DCS穩(wěn)定運(yùn)行受外部環(huán)境因素影響較大

隨著世界政治經(jīng)濟(jì)環(huán)境的變化，尤其是近年來(lái)，爆發(fā)中美貿(mào)易戰(zhàn)、新冠疫情等突發(fā)事件，美國(guó)對(duì)中興、華為、大疆、大華、?？低暤戎袊?guó)企業(yè)實(shí)施禁售，嚴(yán)重威脅中國(guó)高科技企業(yè)的供應(yīng)鏈安全。如果局勢(shì)進(jìn)一步惡化，出現(xiàn)對(duì)進(jìn)口DCS的禁售，將影響在役DCS的運(yùn)行和維護(hù)，系統(tǒng)的損壞部件無(wú)法及時(shí)替換，將導(dǎo)致DCS無(wú)法正常運(yùn)行進(jìn)而影響各行業(yè)的生產(chǎn)。從中長(zhǎng)期看，將影響DCS的升級(jí)改造，老舊系統(tǒng)無(wú)法得到升級(jí)，DCS超期運(yùn)行會(huì)影響系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性，生產(chǎn)企業(yè)新的技術(shù)、新的工藝也將無(wú)法得到實(shí)施。因此，若在供應(yīng)層面沒有“備胎”計(jì)劃，將會(huì)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)造成巨大的影響，甚至可能造成企業(yè)“停擺”，嚴(yán)重影響企業(yè)運(yùn)營(yíng)安全。

1.2 DCS安全防范等級(jí)偏低

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新技術(shù)的出現(xiàn)，DCS已逐步從封閉隔離系統(tǒng)演進(jìn)為開放交互系統(tǒng)，隨之而來(lái)產(chǎn)生了信息安全隱患。近年來(lái)，針對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的安全事故頻發(fā)，如2010年的“震網(wǎng)”病毒、2012年的超級(jí)病毒“火焰”、2014年的Havex病毒等，專門針對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的病毒爆發(fā)給用戶帶來(lái)了巨大損失。2016年11月，中國(guó)頒布了《中華人民共和國(guó)網(wǎng)絡(luò)安全法》；2017年5月，公安部發(fā)布GA/T 1389—2017《網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)定級(jí)指南》，將工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全提高到國(guó)家層面，并提出了對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全的具體技術(shù)要求和管理要求。

現(xiàn)有的進(jìn)口DCS從產(chǎn)品層面并沒有完全響應(yīng)中國(guó)公安部的要求，而是主要沿用IT思路，通過(guò)在控制系統(tǒng)外圍，采用串聯(lián)或者旁路防護(hù)的方式，部署防火墻、補(bǔ)丁等手段進(jìn)行安全加固，使得防護(hù)與控制分離，防護(hù)功能不完全，不能完全滿足信息安全等級(jí)保護(hù)的要求。

1.3 DCS軟硬件供應(yīng)和服務(wù)保障存在隱患

國(guó)外DCS廠商由于目前在華的銷售量逐年下降，其在中國(guó)資源投入正逐漸減少，存在全生命周期服務(wù)質(zhì)量無(wú)法保障的風(fēng)險(xiǎn)，技術(shù)服務(wù)不到位會(huì)造成較大的生產(chǎn)隱患。進(jìn)口DCS核心技術(shù)開發(fā)業(yè)務(wù)均沒有放在中國(guó)，進(jìn)口系統(tǒng)軟硬件一旦發(fā)生故障，故障處理的時(shí)效較低，問題分析處理的深度不足。處理問題的人員由于不了解產(chǎn)品的核心技術(shù)，只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的排查，嚴(yán)重的故障及問題無(wú)法及時(shí)得到技術(shù)服務(wù)。即使聯(lián)系在國(guó)外的開發(fā)人員，由于中美時(shí)差影響，溝通效率也很差，無(wú)法有效快速地解決客戶現(xiàn)場(chǎng)問題。近年來(lái)，由于國(guó)家間的利益沖突，存在較大的斷供、停止維保和技術(shù)服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)，在建項(xiàng)目或者生產(chǎn)擴(kuò)容無(wú)法開展的風(fēng)險(xiǎn)突顯。一旦以美國(guó)為首的西方國(guó)家形成聯(lián)盟，對(duì)中國(guó)實(shí)行嚴(yán)格的出口限制政策，勢(shì)必對(duì)進(jìn)口DCS的后期運(yùn)維和服務(wù)造成較大影響。

1.4 進(jìn)口DCS廣泛使用私有通信協(xié)議

進(jìn)口DCS在控制器與I/O模塊之間的通信，均采用了私有的通信協(xié)議，而沒有采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)總線協(xié)議，使得其系統(tǒng)本身比較封閉，如果I/O模塊發(fā)生損壞，只能使用原廠的卡件進(jìn)行替換，而無(wú)法選用第三方的產(chǎn)品進(jìn)行替代。

2 國(guó)內(nèi)外主要DCS性能比對(duì)分析

2.1 進(jìn)口DCS主要特點(diǎn)

DCS從20世紀(jì)70年代發(fā)明以來(lái)，已經(jīng)發(fā)展了4代，目前主流進(jìn)口DCS均為第4代產(chǎn)品，具備以下特點(diǎn)：

1)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相近。采用縱向分層架構(gòu)，從縱向上使得整個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)內(nèi)對(duì)安全要求不同的層級(jí)直接得到了網(wǎng)絡(luò)隔離，使某個(gè)局部的不可靠對(duì)整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成損害的概率大幅降低；采用橫向分域的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，從橫向上將每個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)劃分為一個(gè)域，既實(shí)現(xiàn)了危險(xiǎn)分散，又可保證信息共享。

2)主流DCS控制器、通信、電源、I/O模塊等核心設(shè)備均采用冗余配置，單個(gè)模塊損壞不會(huì)影響系統(tǒng)的運(yùn)行。

3)DCS數(shù)據(jù)傳輸采用點(diǎn)到點(diǎn)的通信架構(gòu)，取消了傳統(tǒng)的服務(wù)器結(jié)構(gòu)，避免了單服務(wù)器故障。

4)DCS可適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境，適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境電磁干擾，符合IEC 61000標(biāo)準(zhǔn)，大部分系統(tǒng)達(dá)到EMCⅢ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，防腐蝕能力滿足ISA S71.04標(biāo)準(zhǔn)G3等級(jí)要求。

總體來(lái)說(shuō)，進(jìn)口DCS已非常成熟可靠，但部分指標(biāo)存在不足，主要體現(xiàn)在信息安全方面不滿足中國(guó)信息安全等級(jí)保護(hù)的要求，強(qiáng)電防護(hù)能力較弱等方面。

2.2 和利時(shí)系統(tǒng)主要特點(diǎn)

1993年，和利時(shí)率先推出中國(guó)第一套自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的DCS分布式控制系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，現(xiàn)在和利時(shí)主推的MACS-K DCS從性能指標(biāo)、產(chǎn)品功能、產(chǎn)品可靠性方面以及產(chǎn)品安全性方面，均已達(dá)到或優(yōu)于進(jìn)口品牌的DCS。在中安聯(lián)合煤化工、海南煉化PX等大型化工項(xiàng)目中已得到成功應(yīng)用。和利時(shí)DCS具備以下特點(diǎn)：

1)高可靠性。一是采用全冗余設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的各個(gè)組件，包括系統(tǒng)網(wǎng)、IO-BUS總線、控制器、電源模塊、I/O模塊、歷史站均可冗余配置；二是診斷技術(shù)全面，現(xiàn)場(chǎng)控制站和I/O模塊均帶有智能自診斷單元，所有類型的故障，如通信、斷線、短路、超量程等都可以被檢測(cè)并及時(shí)上報(bào)到操作站；三是具備多重隔離技術(shù)，系統(tǒng)供電與現(xiàn)場(chǎng)供電隔離，通道故障隔離。

2)高安全性。一是控制器CPU采用PowerPC構(gòu)架工業(yè)級(jí)芯片，基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，內(nèi)置防網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴組件，采用多比特位開關(guān)量和信號(hào)質(zhì)量判斷，故障導(dǎo)向安全；二是采用安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，如信號(hào)判斷、故障導(dǎo)向安全，提高系統(tǒng)可靠性，支持熱插拔，具有防混淆，通過(guò)增強(qiáng)型底座提供交流220 V通道防護(hù)；三是設(shè)有失效安全技術(shù)，整個(gè)系統(tǒng)遵循安全設(shè)計(jì)理念，邏輯計(jì)算之前進(jìn)行信號(hào)質(zhì)量驗(yàn)證，故障時(shí)輸出可以自動(dòng)切換到預(yù)先設(shè)定的安全值，可支持ECC內(nèi)存錯(cuò)誤檢測(cè)；四是信息安全有保障，通過(guò)工業(yè)安全網(wǎng)閘、工業(yè)防火墻、工業(yè)入侵檢測(cè)系統(tǒng)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)審計(jì)系統(tǒng)、工業(yè)日志審計(jì)系統(tǒng)、工業(yè)白名單、工業(yè)主機(jī)加固、工業(yè)安全管理平臺(tái)等多種手段，從身份鑒別、訪問控制、安全審計(jì)、通信完整性、通信保密性、軟件容錯(cuò)、資源控制等方面，為主控制器及上位機(jī)組態(tài)軟件提供信息安全保障。

3)保持技術(shù)先進(jìn)性。一是組態(tài)智能化，如組態(tài)向?qū)Чδ埽到y(tǒng)交叉引用信息的自動(dòng)生成等；二是具備協(xié)同組態(tài)能力，可由多名工程師對(duì)同一個(gè)工程協(xié)同組態(tài)，在超大型項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中可以保證多人同時(shí)協(xié)同工作；三是能提供高級(jí)功能，例如眾多的先進(jìn)控制模塊、專用控制模塊、系統(tǒng)函數(shù)調(diào)用接口等。

4)具備強(qiáng)大開放性。一是支持OPC接口，支持ODBC，工業(yè)以太網(wǎng)等開放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提供Web接口。二是MACS V6系統(tǒng)可以與和利時(shí)的其他產(chǎn)品，包括： 機(jī)組優(yōu)化控制系統(tǒng)(CCS)，安全儀表系統(tǒng)(SIS)，可編程邏輯控制器(PLC)，儀表設(shè)備管理系統(tǒng)(AMS)，Batch，iODS，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)，RMIS，生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)(MES)等進(jìn)行無(wú)縫集成，為用戶提供整體解決方案。三是支持Profibus-DP/PA，Modbus-RTU/TCP，HART等多種設(shè)備接入；畫面支持第三方ActiveX組件，便于擴(kuò)展；支持在線啟用第三方應(yīng)用程序；支持自定義功能塊、自定義面板、自定義符號(hào)。四是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)化，支持多種行業(yè)包與多語(yǔ)言，系統(tǒng)可兼容和利時(shí)FM，SM系列I/O模塊，保護(hù)用戶的既有投資。

5)適應(yīng)惡劣環(huán)境。系統(tǒng)適應(yīng)復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境，符合IEC 61000標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)防腐蝕能力滿足ISA S71.04標(biāo)準(zhǔn)G3等級(jí)要求，系統(tǒng)可靠性滿足中國(guó)船級(jí)社認(rèn)證要求。和利時(shí)I/O模塊具備防交流220 V強(qiáng)電誤接能力，誤接時(shí)模塊不會(huì)損壞。返修率低至0.4‰。

2.3 中控DCS主要特點(diǎn)

經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，浙江中控DCS產(chǎn)品技術(shù)和服務(wù)能力已和國(guó)外主流廠商相當(dāng)，在石化、化工等行業(yè)市場(chǎng)份額已超過(guò)了國(guó)外廠商。同時(shí)，中控與國(guó)外廠商的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)從價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)上升到“產(chǎn)品性能、服務(wù)水平、品牌信譽(yù)”的競(jìng)爭(zhēng)。中控DCS在可靠性、安全性、先進(jìn)性、開放性、擴(kuò)展性、質(zhì)量管控方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。中控DCS具備以下特點(diǎn)：

1)自有技術(shù)。中控DCS核心技術(shù)為自主研發(fā)，包括硬件、軟件、通信和解決方案，控制器采用3個(gè)32位、主頻500 MHz的軍工級(jí)RISC芯片協(xié)同處理，內(nèi)存512 MiB，性能優(yōu)良。冗余的雙網(wǎng)并發(fā)的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)直接進(jìn)操作站。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送和歷史數(shù)據(jù)傳送分離，提高安全性和可靠性。目前已實(shí)現(xiàn)DCS，現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)(FCS)，SIS等產(chǎn)品的技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)化。

2)產(chǎn)品質(zhì)量有保證。中控DCS硬件模塊都經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的可靠性設(shè)計(jì)，具有多層次的環(huán)境防護(hù)能力。EMC防護(hù)能力達(dá)到Ⅲ級(jí)，并通過(guò)CE認(rèn)證，所有電子部件均適用于G3嚴(yán)重污染的環(huán)境。所有模塊都具有在線自診斷，可以分析故障位置到I/O通道級(jí)。所有模塊都支持熱插拔，允許在線更換故障模塊，無(wú)需系統(tǒng)重啟。硬件年返修率小于0.1%，低于國(guó)外廠商同類產(chǎn)品。通過(guò)隔離電路和保險(xiǎn)絲保護(hù)，I/O模塊每路通道電氣隔離保護(hù)，瞬間交流/直流耐壓500 V。

3)支持在線升級(jí)和擴(kuò)容。中控DCS支持在線擴(kuò)容和并網(wǎng)，通過(guò)分域管理、協(xié)同多人組態(tài)、單點(diǎn)在線下載和在線發(fā)布等關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的無(wú)擾動(dòng)在線擴(kuò)容，支持在不停車的情況下在線擴(kuò)展新類型模塊。

4)技術(shù)和服務(wù)優(yōu)勢(shì)明顯。經(jīng)過(guò)20多年的研發(fā)和積累，技術(shù)成熟可靠，已建立設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造、銷售、工程、服務(wù)等全流程的技術(shù)隊(duì)伍，同時(shí)聯(lián)合中石化推廣國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在千萬(wàn)噸/年煉油、百萬(wàn)噸/年乙烯、大型煤化工、長(zhǎng)距離油氣管輸?shù)葢?zhàn)略性重大工程中的應(yīng)用。

5)工業(yè)控制產(chǎn)品鏈完整。能提供DCS，F(xiàn)CS，SIS，AMS，CCS，操作數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(ODS)，操作員仿真培訓(xùn)系統(tǒng)(OTS)，MES，先進(jìn)控制軟件(APC)等工業(yè)控制產(chǎn)品，滿足大型煉油化工裝置的自動(dòng)化控制、本質(zhì)安全保護(hù)、先進(jìn)控制優(yōu)化、生產(chǎn)管理信息化等綜合性要求。

國(guó)內(nèi)外主流DCS產(chǎn)品性能對(duì)比見表1所列。

表1 國(guó)內(nèi)外主流DCS產(chǎn)品性能對(duì)比

3 國(guó)產(chǎn)化替代方案

3.1 國(guó)產(chǎn)化替代原則

由于歷史原因，進(jìn)口DCS使用數(shù)量多，若一次性對(duì)所有進(jìn)口系統(tǒng)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化替代，一方面拆除投用時(shí)間較短的DCS會(huì)造成投資浪費(fèi)，另一方面停機(jī)改造會(huì)影響企業(yè)的正常生產(chǎn)。因此國(guó)產(chǎn)DCS替代進(jìn)口DCS，應(yīng)分時(shí)間、分層次進(jìn)行。主要原則如下：

1)分步實(shí)施。短期內(nèi)主要解決DCS面臨的備件供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)，保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定；中期主要實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)DCS對(duì)進(jìn)口DCS子系統(tǒng)級(jí)、系統(tǒng)級(jí)替代，滿足企業(yè)子系統(tǒng)損壞或擴(kuò)容需求，以及生命周期末期DCS升級(jí)換代的需求；長(zhǎng)期主要從實(shí)現(xiàn)DCS的標(biāo)準(zhǔn)化，可替代化，推出自主可控的控制網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議、以及自主可控的IO總線通信協(xié)議，從根本上解決DCS的供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。

2)逐步替代。應(yīng)以保證各企業(yè)正常生產(chǎn)為根本目的，在進(jìn)口DCS正常運(yùn)行期間，不進(jìn)行整體的替換，僅替換損壞的模塊，或?qū)π∫?guī)模擴(kuò)容增加單個(gè)控制站，避免整體替換對(duì)企業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)的影響。當(dāng)進(jìn)口DCS到達(dá)其使用壽命的末期，需要整體升級(jí)時(shí)，再整體替換成為自主可控的國(guó)產(chǎn)DCS。

3)物盡其用。在替換或整體升級(jí)進(jìn)口DCS時(shí)，注意保護(hù)DCS資產(chǎn)，如機(jī)柜、線纜、端子等使用壽命較長(zhǎng)的物資，可以在新系統(tǒng)中繼續(xù)使用，避免產(chǎn)生浪費(fèi)。

3.2 系統(tǒng)級(jí)替代方案

系統(tǒng)級(jí)替代方案要注意以下幾個(gè)方面：

1)統(tǒng)籌確定替換對(duì)象。由相關(guān)管理部門統(tǒng)一做好規(guī)劃，制定系統(tǒng)級(jí)替換方案。對(duì)于在役10 a以上的DCS，采用國(guó)產(chǎn)成熟DCS進(jìn)行整體更換?；趯?duì)生產(chǎn)裝置的資料梳理、分析，按項(xiàng)目、分裝置制定替換方案，明確組態(tài)設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、利舊部件、預(yù)算成本、裝置停車時(shí)間等關(guān)鍵要素。利用裝置大修時(shí)間，分批次替換系統(tǒng)。優(yōu)先對(duì)存在應(yīng)用問題或擴(kuò)容需求的進(jìn)口DCS整體替換，力求對(duì)生產(chǎn)的影響降至最低，達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的效果。

2)落實(shí)優(yōu)質(zhì)資源保障項(xiàng)目實(shí)施。針對(duì)各項(xiàng)目、各裝置特點(diǎn)，由國(guó)產(chǎn)DCS廠商組建專門負(fù)責(zé)國(guó)外DCS替換改造項(xiàng)目的工程服務(wù)團(tuán)隊(duì)，確保安全、平穩(wěn)、高質(zhì)量完成系統(tǒng)替換。中國(guó)石化早在2008年起歷時(shí)2 a實(shí)施了儀表控制系統(tǒng)安全隱患治理，國(guó)產(chǎn)廠商和企業(yè)用戶均積累了豐富的改造工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，形成一套進(jìn)口DCS替換項(xiàng)目的工程實(shí)施執(zhí)行程序。在設(shè)計(jì)資料梳理、適應(yīng)性的裝配設(shè)計(jì)、控制程序解讀、質(zhì)量保證、FAT測(cè)試、進(jìn)度控制等方面都能較好地滿足石化行業(yè)DCS替換的實(shí)施要求。

3)可行性分析。進(jìn)口DCS系統(tǒng)級(jí)替代方案屬于成熟方案，已在現(xiàn)場(chǎng)多次實(shí)施，技術(shù)可行。系統(tǒng)級(jí)替代的優(yōu)點(diǎn)： 一是國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)成熟，在功能、性能、可靠性方面均優(yōu)于或相當(dāng)于進(jìn)口DCS，應(yīng)用可靠性高、穩(wěn)定性好、維護(hù)容易，不容易出安全事故；二是采用IEC 61131-3規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言組態(tài)，方便原系統(tǒng)組態(tài)的移植及復(fù)用，并支持工控編程唯一的全球標(biāo)準(zhǔn)PLCOPEN編程標(biāo)準(zhǔn)，使編程接口標(biāo)準(zhǔn)化；三是自主可控的國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)可顯著提高控制系統(tǒng)的信息安全性；四是采用通用型I/O卡可有效降低升級(jí)時(shí)接線復(fù)雜度及設(shè)計(jì)復(fù)雜度。

3.3 子系統(tǒng)級(jí)替代方案

以逐步替代進(jìn)口控制柜或控制器方式替換進(jìn)口DCS的方案，存在一定風(fēng)險(xiǎn)。首先對(duì)運(yùn)行故障較多或者需要擴(kuò)容的進(jìn)口DCS整體替換成國(guó)產(chǎn)DCS，淘汰下來(lái)的進(jìn)口DCS部件，如主控制器、卡件等作為統(tǒng)一庫(kù)存，調(diào)配給其他同型號(hào)在役DCS作為備件或擴(kuò)容用部件。當(dāng)無(wú)法采購(gòu)備件時(shí)，可以選擇性能可靠的國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品，按照子系統(tǒng)替代方式逐步進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化。子系統(tǒng)替代方案注意事項(xiàng)如下：

1)替代方案。由國(guó)內(nèi)廠商提出切實(shí)可行的替代方案，采用其成熟國(guó)產(chǎn)DCS控制器，通過(guò)OPC協(xié)議與進(jìn)口DCS進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)級(jí)替代。如通信接口采用和利時(shí)公司HH800i工業(yè)網(wǎng)閘，支持OPC，ModBus-TPC等多種工業(yè)通信協(xié)議，是專用的工業(yè)級(jí)通信設(shè)備，通信實(shí)時(shí)性優(yōu)于傳統(tǒng)通信站，接近DCS內(nèi)部站間通信水平。

2)可行性分析。一是方案已初步驗(yàn)證可行，國(guó)產(chǎn)DCS在實(shí)際工程應(yīng)用中已多次與進(jìn)口DCS通過(guò)OPC連接通信，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確通信，技術(shù)成熟、可靠性較高。通信接口采用成熟產(chǎn)品HH800i網(wǎng)關(guān)，兼具通信接口功能與信息安全功能，具備通信可靠，延時(shí)小等特點(diǎn)，并具備信息安全能力；二是還需要進(jìn)行大量的工程驗(yàn)證，為達(dá)到成熟穩(wěn)定的替換效果，可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工程試驗(yàn)以進(jìn)一步驗(yàn)證使用效果。

3.4 卡件級(jí)替代方案

當(dāng)無(wú)法獲得任何進(jìn)口卡件的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，可與國(guó)內(nèi)優(yōu)秀DCS廠商開展聯(lián)合攻關(guān)，研究國(guó)產(chǎn)卡件在進(jìn)口DCS中替換進(jìn)口故障卡件。利用DCS支持ProfiBus-DP及ModBus總線協(xié)議的特點(diǎn)，使用該總線協(xié)議進(jìn)行進(jìn)口DCS控制器與國(guó)產(chǎn)I/O卡件數(shù)據(jù)通信測(cè)試，由于國(guó)產(chǎn)卡件和進(jìn)口系統(tǒng)基于ProfiBus-DP及ModBus現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議進(jìn)行信息交互，通過(guò)工程實(shí)踐，探索實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)I/O模塊與進(jìn)口DCS兼容，實(shí)現(xiàn)所需功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

面對(duì)復(fù)雜多變的國(guó)際政治經(jīng)濟(jì)形勢(shì)，須充分認(rèn)識(shí)DCS安全的重要性，基于國(guó)產(chǎn)DCS的迅猛發(fā)展，可以通過(guò)以上三種國(guó)產(chǎn)化替代方案，經(jīng)過(guò)科學(xué)縝密的試驗(yàn)驗(yàn)證，穩(wěn)妥實(shí)施在役進(jìn)口DCS的國(guó)產(chǎn)化替代，化解進(jìn)口DCS安全風(fēng)險(xiǎn)。

為徹底解決進(jìn)口DCS安全問題，未來(lái)需要推動(dòng)國(guó)內(nèi)優(yōu)秀廠商研發(fā)、國(guó)產(chǎn)芯片應(yīng)用，尤其是中央處理器、PLC等核心芯片國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用。據(jù)了解，某國(guó)內(nèi)廠商已完成“雙95”國(guó)產(chǎn)化DCS開發(fā)工作，即國(guó)產(chǎn)元器件種類上占比超過(guò)95%，數(shù)量上占比超過(guò)95%，金額上占比超過(guò)90%，在某國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目中已經(jīng)得到應(yīng)用。已完成100%國(guó)產(chǎn)化DCS方案設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)2年內(nèi)完成產(chǎn)品開發(fā)。此外，逐步建立芯片一級(jí)國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)鏈，確保包括DCS產(chǎn)品生產(chǎn)的供應(yīng)鏈安全，以徹底解決“卡脖子”問題。

提高企業(yè)設(shè)備管理水平，發(fā)揮規(guī)模優(yōu)勢(shì)，應(yīng)建立中石化DCS企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)DCS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議、畫面組態(tài)、操作界面等方面進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)定，執(zhí)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；通信采用通用協(xié)議，使產(chǎn)品硬件實(shí)現(xiàn)互換，產(chǎn)品軟件實(shí)現(xiàn)一致，從而消除少數(shù)幾家供應(yīng)商斷貨風(fēng)險(xiǎn)，消除供應(yīng)商備品備件壟斷銷售。