[發明專利]一種工業無線控制系統半物理安全實驗平臺

有效

• 申請號: 201610041883.X
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN105607509B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 陳積明;唐海定;盧周正;程鵬
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

1.一種工業無線控制系統半物理安全實驗平臺，其特征在于：該半物理安全實驗平臺包括模擬虛擬被控對象的仿真模塊、控制器上位機、監測站點、可編程邏輯控制器PLC、工業無線通信設備以及用于模擬攻擊的通用軟件無線電USRP；仿真模塊用于模擬數學抽象化的工業控制系統，實時接收控制器上位機發送過來的控制信號，并將狀態信號通過工業無線通信設備實時發送出去；可編程邏輯控制器PLC接收并存儲仿真模塊發送的系統狀態信號至相應寄存器中，并把系統狀態信號發送到控制器上位機中，同時也接收控制器上位機發送的控制信號并將控制信號發送到仿真模塊的被控對象處；控制器上位機獲取可編程邏輯控制器PLC中的系統狀態信號，通過控制算法得到相應控制信號并發送給可編程邏輯控制器PLC；監測站點實時讀取可編程邏輯控制器PLC中接收并存儲的信號，并實時動畫顯示當前系統狀態并繪制歷史狀態變化曲線，同時通過和數據庫相連將實時的歷史狀態存儲到數據庫中；從仿真模塊的被控對象到可編程邏輯控制器PLC的通信部分通過兩個通道實現，并且每個通道都可以通過有線或無線設備進行通信，通用軟件無線電USRP可以對此接入的無線設備進行典型無線攻擊模擬，從而對相應工業無線控制系統進行安全性測試；

實驗平臺采用MCGS組態軟件搭建監測站點，通過實時讀取可編程邏輯控制器PLC中接收并存儲的信號，監測站上會實時動畫顯示當前系統狀態并繪制歷史狀態變化曲線，同時通過和數據庫相連將實時的歷史狀態存儲到數據庫中，方便后續進行查看及分析。

2.根據權利要求1所述的一種工業無線控制系統半物理安全實驗平臺，其特征在于：所述仿真模塊通過Matlab仿真軟件的M文件對數學抽象化的工業控制系統進行仿真模擬，利用運行仿真模塊的PC的兩個COM口，一個COM口接收實時控制信號，另一個COM口發送實時狀態信號，同時調用Matlab畫圖功能，實時繪圖顯示被控對象當前狀態、所接收到的控制信號以及狀態信號是否發生丟包。

3.根據權利要求1所述的一種工業無線控制系統半物理安全實驗平臺，其特征在于：所述控制器上位機基于Visual Studio編寫實現，控制器上位機提供用于調用控制算法的接口，接口通過在Matlab函數文件中編寫不同控制算法，并將函數文件生成相應動態鏈接庫文件并導入到Visual Studio中來實現；同時在控制器上位機上還具有用來調節控制算法的各個參數的接口。

4.根據權利要求1所述的一種工業無線控制系統半物理安全實驗平臺，其特征在于：實驗平臺采用實際物理設備進行通信，所述可編程邏輯控制器PLC為三菱PLC，利用三菱PLC通過串口232口接收系統狀態信號并存儲至相應寄存器中，并把系統狀態信號發送到控制器上位機中，同時也接收控制器上位機發送的控制信號并將控制信號通過另一個串口232口發送到仿真模塊的被控對象處；實驗平臺利用工業無線通信設備傳輸反饋信號，并利用有線通道傳輸控制信號。

5.根據權利要求1所述的一種工業無線控制系統半物理安全實驗平臺，其特征在于：所述通用軟件無線電USRP作為實驗平臺攻擊設備，通過在USRP中產生與工業無線通信設備相同中心頻率，更高發射功率和更大帶寬的無線信號，可以實現拒絕服務攻擊等典型工業無線攻擊方式。

6.根據權利要求1所述的一種工業無線控制系統半物理安全實驗平臺，其特征在于：所述控制器上位機的控制算法為工業控制系統中典型的控制算法，可采用PID、LQG、模糊控制算法、快速預測控制算法中的一個或多個。