岸边集装箱起重机控制系统安全研究

2021-11-24孙明亮赵海辉刘忠杰闫建敖坤

商品与质量 2021年22期

孙明亮赵海辉刘忠杰闫建敖坤

青岛前湾联合集装箱码头有限责任公司山东青岛 266000

岸边集装箱起重机（以下简称岸桥）控制网络通过TCP/IP和PROFIBUS与企业管理层网络连接，使工业控制系统由封闭状态变为开放系统。原始陆桥工业控制系统设计，基本没有考虑由于工业控制系统暴露在开放的网络环境带来的安全问题，例如恶意攻击者的入侵网络，企业管理水平为岸桥工业控制网络，对重要的工业数据的访问，甚至破坏了工业生产，可能会带来严重的经济损失和人员伤亡。

1 起重机概述

根据结构形式来划分，起重机主要分为轻型和小型起重设备、桥式（桥式、吊车）、吊杆式（自行式、塔式、龙门式、铁路式、浮船式、桅杆式起重机）、缆索式起重机。海上平台起重机属于臂式龙门起重机。该起重机主要用于海上石油开采过程中的货物运输、人员吊装、设备吊装和辅助修井等工程作业。海上平台起重机的主要特点是安全、可靠、维修性能好、抗风性能好、耐腐蚀。同时，由于此类机械设备的起重能力非常大，制动性能非常好，耐冲击，操作也非常方便。所以在目前的海上运输和吊装工作中，这种起重机已经得到了越来越广泛的应用。

2 岸边集装箱起重机控制系统安全

2.1 岸桥通信网络

在工业化与物联网融合的背景下，码头桥正逐步从传统制造向智能制造发展。利用计算机自动采集和显示现场数据已在码头桥梁控制系统中得到越来越广泛的应用。数据由集成的智能I/O单元进行采样，得到的实时数据由电气调试人员进行监控和分析。这种制造方法依赖于一个码头桥通信网络。然而，在大多数情况下，研究人员更多关注的是码头桥梁通信网络的可靠性和稳定性，而对其安全性的关注较少。码头桥的通信网络主要由工业以太网、PROFIBUS、CANBUS等现场总线组成。主站、驱动柜和配电柜等从站通过以太网通信集线器交换信息。驾驶室、俯仰操作站、后院操作站、海陆测操作站距离主站太远。为了防止信号衰减，这些从站通过光纤连接到主站，然后通过从站内部的网关将光信号转换成电信号，从而实现主站内部的以太网通信。主站模块的PBM主要用于PROFIBUS-DP通信，通过DP电缆与吊装单元、Boomunitone等设备连接。在司机室中，吊具盘驱动器、起重机手柄、小车手柄通过PROFIBUS-DP通信；部分码头桥扳手与CANBUS通信，需要通过网关连接到PROFIBUS-DP通信网络。工业以太网具有传输速度快、兼容性好、成本低等优点，几乎支持所有流行的网络协议。它广泛应用于码头桥梁通信网络中，具有明显的技术优势。

2.2 安全性评价体系构建

安全评价分析的前提是建立一套科学的安全评价体系。通常，该体系的建立包括确定科学的评价指标、选择合适的评价方法、构建具有工程实用性的评价模型等一系列过程。首先，通过对港口的实地调查和相关文献的分析，初步选定评价指标，并采用模糊德尔菲法对指标进行筛选，最终确定安全评价指标。同时，利用层次分析法确定指标权重。然后通过对历史数据的统计分析计算出评价指标的值，最后完成整机的安全评价。

2.3 起重机PLC电控系统改造分析

PLC控制柜和遥控站通过PROFIBUS总线收发I/O数据。本机的PLC控制系统较为全面，在各关键部位均设置PLC站，接受各部位的控制和检测信号，由CPU在PLC主站进行逻辑操作、保护、控制和联锁。保护、控制装置和开关的主监控符合运行要求。在每个动作点都设置有保护装置。同时，变频器的各种工作状态指示灯和故障信息也会传输给PLC联锁保护。

2.4 网络运维管理

在网络运维中，网络设备的当前配置文件必须在主机上有备份，网络拓扑结构、IP地址等信息在一定范围内保密。拓扑结构的规划管理要严谨设计，网络配置信息的修改要获得相关部门的批准方可进行。网络设备启用日志功能，并指定发送至日志服务器。按时检查设备的日志文件并定期备份，消除潜在的网络安全隐患。在岸桥系统中，需要设置安全规定来方便移动端设备的使用，按照最小服务原则为每台基础网络设备进行安全配置。为每个用户设定各自不同的标识，不同用户的登录操作在设备日志文件上均有记录，以保证设备的安全性。网络安全运维中的监控是岸桥系统安全管理和稳定运行的基础。岸桥监控系统的运维管理，主要工作是监控硬件设施的工作状况和性能是否正常，实时观察各个系统的使用和资源分配情况。监控系统管理所有岸桥系统子系统的工作状态，一旦出现异常状态，系统会精准定位故障设备并加以分析，发出示警。