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1　概述

供水行業是一個籠統的說法，對于城鎮供水完整的業務流程包含“產、供、銷、服”四個方面。產，即供水廠對源水進行凈化處理；供，即供水管網進行水的輸送；銷，即營銷進行查表銷售；服，即客戶服務負責立戶及售后服務中的各環節。其中承擔凈化處理任務的水廠目前供水運行方式及自動化和信息化的程度差異比較大，供水管網基本實現了地理空間數據管理和數據服務體系為主要結構的供水管網運行管理的信息系統；供水銷售基本實現了與銀行、郵政儲蓄等多家金融機構及自來水各營銷站點的實時連接，方便了用戶繳費、查詢，滿足客戶用水、交費等咨詢服務。本文著重于水廠目前的自控系統信息安全現狀。水廠區域內的控制系統結構圖如圖1所示。

2　采用工業自動化系統的原因

水行業與其他工業行業一樣，隨著改革開放的步伐，大量先進技術和設備涌入市場。給水企業對自動化系統的需求，已由自行立項研究、制造，轉向商品化市場招標采購，系統的集成、建設和服務逐步由社會化的專業系統集成公司提供。在應用方面，已由科學實驗轉入了實用階段，并且已從簡單的一般應用，升華到優化運行和對企業效益的追求。

圖1 控制系統結構圖

因為水質是靈魂，為給廣大群眾提供安全優質的生活用水，保證出廠水質符合國家標準已成為供水企業的主要目標和責任；供水企業采用新的凈水工藝，消毒技術如預氧化強化處理、強化混凝－沉淀膜處理技術等，及臭氧－氯、紫外－氯等聯合消毒技術，和可靠的自動化控制技術，是提高和保障水質核心。

供水廠目前基本擺脫了技術上低水平重復建設的局面，不僅在凈化工藝方面采用了國內外較先進和成熟的模式，選配了性能較好的設備，并且部分水廠實現了制水過程自動化控制，先進的在線檢測儀器、儀 表也得到廣泛使用。

采用計算機配合各類自控設備，在線儀表，實現了對沉淀、過濾、加藥、消毒諸環節的自動或半自動控制，對水質保障、生產安全、水廠經濟運行起到了至關重要的作用。再比如濾池沖洗過程中自動化系統的應用，起到了節約人力成本、精準沖洗控制、優化工藝運行、保障供水水質方面具有積極意義。但是全過程實施全自動化的水廠目前比較少。

3　自動化和信息化技術目前的應用狀態

自動化和信息化技術在供水行業得到普遍應用，并已普及到產供銷服的各個生產、業務環節，但是總體發展水平、應用情況尚不均衡。供水行業不同于電力、石化等由行業管理，統一部署，供水行業基本為署地管理，由于各水司的運行方式、業務模式的差異導致了其在自動化和信息化的應用程度上的差異。

目前大部分的供水企業自控系統均采用了PLC、工業以太環網結構，中控室設大型屏幕墻監視設備，現場設閉路電視監視系統、門禁系統，部分水司采用現場無人值守運行模式。比如監視濾池的攝像頭與自控系統聯動，當某格濾池開始反沖洗時，自動切換到該格濾池對其反沖洗過程進行監視，采用了多功能電量儀表，通過總線方式將監控信號傳送到中控室進行監視，如同親臨現場。

4　管理方面

4.1　管理機構的設置

視供水廠規模，供水廠都配備多名自控系統的維護人員和運行管理人員，具體負責管理系統的日常維護工作和一般故障的及時排除，以保證系統的正常運行。維護人員掌握了自動化（計算機）專業知識和給排水專業及電氣自動化專業的一般知識，能熟練使用計算機技術，熟悉所用系統的結構、性能，具備系統的維護、檢修能力。同時維護人員一般都了解供水廠生產的工藝過程、各工藝環節的主要核心設備的運行規律、供水廠供水量、水壓的變化規律、國家對水質、水壓、電耗的要求與標準等，以保證本系統的正常運行。另外運行管理人員也是相關專業的技術人員，能夠掌握和使用系統以達到了解和掌握供水廠生產運行狀況的目的，人員數量可根據具體情況配備。

4.2　自控系統的運行和維護

供水廠自控系統的運行管理大致可分為人員、設備管理及數據管理等多個方面。包括管理機構的設置，維護人員的配備及相應的工作條件，維護制度的建立和執行，系統運行、維護、檢修等情況記錄，備件的管理，數據的分析整理及挖掘使用等。

4.3　自控系統設備的維護制度

系統的設備維護一般采取兩種方式：一是自身具備專業技術力量和維護能力；二是委托企業內部或社會力量進行維護。無論采用哪種維護方式，都根據網絡拓撲圖結合所配置的自動化系統、在線監測儀表及其它電子設備，如安全防護設備、變頻調速設備、“綜保”設備等，制定出各自相應的日常維護、檢修制度，并按制度進行維護和檢修。除日常維護外，每年應進行至少兩次設備清掃工作。通常安排在每年的供水高峰前后進行，并與其它電氣設備清掃維護工作同期進行。針對計算機等電子設備的定期維護工作的特殊性，除例行檢查，更需要加強對軟件系統的維護。如磁盤的整理、清除軟件“垃圾”、病毒防護、信息資料備份等。

4.4　建立應急預案

供水企業都建立了包括組織體系、事件分類、工作原則和響應機制等在內的數據監視系統信息安全突發事件等應急預案。

4.5　檔案資料管理

自控系統檔案資料包括系統設計方案、系統操作說明書、系統測試報告、系統和應用軟件等各類材料。自控系統生產運行資料包括日常維護、檢修記錄、年度清掃、點檢記錄、故障事件及處理記錄、系統軟件升級、應用軟件修改記錄和硬件系統更新等，以及生產分析和自動監測各類數據等。

4.6　備品備件管理

為保證自動化控制系統的正常運行，儲備一定數量的備品備件。應視備品備件獲得的難易程度，儲備可滿足日常維修的備品備件數量即可。
軟件的備份主要是系統軟件、應用軟件和存儲的各種監測數據。采用移動硬盤、磁帶機等方式進行備份并異地存放。

4.7　自動監控系統的故障處理

系統故障還可分為硬件和軟件兩類。硬件故障按級別分為系統崩潰、局部某設備無法工作和不影響大系統和局部模塊的正常運行且可恢復的；軟件故障分為功能錯誤、系統錯誤、過程錯誤、數據錯誤等。對于系統故障的發現和處理也有相應的規程以指導運維人員進行正確的操作。

4.8　數據的管理與應用

供水廠自動化控制系統所收集的數據有幾百種，長年累月完整地積累下來是一個巨大的信息資源寶庫，尤其是各類水質參數。如果管理不慎造成丟失或損壞，必是企業的巨大損失，因此管理好這些信息是供水廠自控系統的重要工作內容之一，而應用好這些信息則成為相應管理人員的重要工作內容。因此供水廠里面有完善的自控系統數據管理的各類制度和檢查措施，對于自控系統的數據主要應用也做了詳細的分類和規定，如運行人員了解和掌握廠區內所有系統和關鍵設備的運行工況，隨時根據需要對運行參數進行調整，保證生產出符合國家衛生標準的自來水；供水企業可利用供水廠自控系統存儲的歷史數據，如各種出廠水的歷史參數，結合管網壓力監測的歷史數據，分析管網的歷史運行狀況，為管網改造和供水設施的新建、改建或擴建決策，提供科學依據。

4.9　在線儀器儀表及執行機構

運行維護和日常巡檢都做了明確的規定，制度完善、執行明晰，這些都有力地保證了儀器儀表以及執行機構的正常工作。

5　升級的考慮

近年來，供水廠在新建或升級的過程中充分考慮了自控系統的安全性，尤其是老供水廠的升級改造。基本上按照收集信息、規劃與實施、補丁測試、補丁部署等程序來進行。

信息收集主要是確定自控系統的組件和設備，包括所有可更新型設備類型，例如：服務器、工作站、交換機、路由器、防火墻、可編程邏輯控制器（PLC）等以及所有可能會被修補或更新后設備代替的不可更新型設備等。

規劃與實施包括了最初的詳細項目規劃，以建立自控系統的補丁管理程序。開發可向上級領導提交的業務案例，以確保足夠的資金、資源和支持。在整個供水廠中明確定義和溝通所有權、責任、角色和責任來執行補丁管理是項目成功的關鍵。另外的步驟可以包括關于測試環境的實施準則、補丁自動部署和安裝基礎設施以及備份/恢復基礎設施。

補丁測試與部署包括了補丁的適用性，這可以通過三個問題來確定。（1）控制系統產品供應商是否有資格批準安裝補丁；（2）可用的補丁是否適用于當前正在使用的設備或應用程序；（3）與安全性相關的更新是否減輕漏洞。如果上述所有問題的答案都是“是”，那么補丁或更新被認為是適用的，部署補丁包括了通知、準備、計劃、安裝、驗證和培訓等環節以保障項目安全實施。

6　未來發展

隨著兩化融合的深入以及智能制造的發展，供水行業會更加充分地利用自動化技術和信息技術，可靠地實現對生產過程的監控和維護，逐步向凈水處理和供水配送過程優化的方向過渡，基本實現自控系統和信息系統的全面整合，為行業“優化水質，保障供水，節約成本，提升服務”的中心任務提供有效的技術手段，力求創造更好的經濟和社會效益。

作者簡介

王玉敏，女，教授級高工，現就職于機械工業儀器儀表綜合技術經濟研究所，北京郵電大學研究生畢業，從2006年開始主要研究方向為工業控制系統信息安全，是IEC/TC65/WG10（網絡和系統安全）工作組成員、ISA99工作組成員等，主持制定了GB/T30976-2014工業控制網絡信息安全等國家標準。

參考文獻：

[1] GB/T 30976 - 2014, 工業控制系統信息安全[S].

[2] IEC 62443 - 2 - 3, 工業自動化和控制系統信息安全[S].

[3] 住房和城鄉建設部. 城市給水計算機輔助調度系統應用指南[Z].

[4] 住房和城鄉建設部. 城鎮供水設施改造技術指南[Z].

摘自《工業控制系統信息安全專刊（第五輯）》