工業(yè)信息安全診斷技術(shù)研究

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摘要：從制絲生產(chǎn)線存在的網(wǎng)絡(luò)故障問題出發(fā)，論述了建設(shè)基于工業(yè)信息安全的網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)的必要性，并闡述了工業(yè)控制系統(tǒng)脆弱性、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)特點、故障分類及技術(shù)應(yīng)用等情況，探討網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)在卷煙制造日常網(wǎng)絡(luò)維護工作中的重要性。

關(guān)鍵詞：工業(yè)網(wǎng)絡(luò)；診斷技術(shù)；制絲線；安全穩(wěn)定

引言

隨著行業(yè)的技術(shù)發(fā)展，工業(yè)化和信息化的融合在不斷加深，在提高經(jīng)濟運行效率的同時，推動工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)從傳統(tǒng)的孤島式存在轉(zhuǎn)變?yōu)榕c辦公網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，互聯(lián)互通后將首先面臨來自互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的安全威脅攻擊。與此同時，在經(jīng)濟全球化、信息網(wǎng)絡(luò)化的時代背景下，近年來煙草行業(yè)信息化已具有一定規(guī)模，但工業(yè)控制系統(tǒng)在設(shè)計的過程中專注于系統(tǒng)的可用性問題，對工業(yè)控制系統(tǒng)的安全性考慮不足，同時工業(yè)控制軟件、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、PLC等各個環(huán)節(jié)自身存在各種安全漏洞和管理措施不到位的情況，工控系統(tǒng)每年爆出的安全漏洞數(shù)量顯著增加[1]。在我公司制絲生產(chǎn)過程中，控制系統(tǒng)的站點越來越多，網(wǎng)絡(luò)越來越復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)電纜、模塊、元器件等會出現(xiàn)老化情況，同時周圍的電氣設(shè)備干擾等原因都會對網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生漸變的不良影響，在生產(chǎn)中通常表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)故障。而網(wǎng)絡(luò)故障比一般的電氣故障較難解決，雖然它發(fā)生的頻率較少，但是正因為這樣使設(shè)備人員忽略對它的重視，也因此缺乏處理此類故障的經(jīng)驗。一旦出現(xiàn)故障，常常摸不到頭緒，嚴重的故障會導(dǎo)致數(shù)小時乃至數(shù)日的停機，造成嚴重的經(jīng)濟損失[2]。面對日益復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)安全形勢，國家工信部了《關(guān)于加強工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全管理的通知》，要求針對工業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息安全的需求，加強工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的安全，提升工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的健壯性和穩(wěn)定性。因此通過如何保障制絲生產(chǎn)線網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定的不斷思考，針對目前車間的網(wǎng)絡(luò)使用情況及故障特點，以工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全為理論基礎(chǔ)，通過診斷技術(shù)的對比，探索一套適應(yīng)我公司制絲生產(chǎn)線的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)，建立有預(yù)測性、連續(xù)性的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控是非常必要和明智的，它時刻監(jiān)視著即將發(fā)生的故障、網(wǎng)絡(luò)負載的變化和潛在的錯誤源。

1制絲生產(chǎn)線網(wǎng)絡(luò)安全現(xiàn)狀

以煙草工業(yè)中最常見的Profibus網(wǎng)絡(luò)為例，常見網(wǎng)絡(luò)故障為兩類：穩(wěn)定故障和非穩(wěn)定故障。穩(wěn)定故障表現(xiàn)為發(fā)生故障的時間和網(wǎng)絡(luò)位置相對穩(wěn)定，發(fā)生此類故障各站點的報警指示燈基本上能給出比較明確的指示，且不隨時間變化改變，即從網(wǎng)絡(luò)硬件配置的在線狀態(tài)上，就能得到全局性的故障指示，因此這類故障通常易于發(fā)現(xiàn)和及時修正。非穩(wěn)定故障指發(fā)生故障的網(wǎng)絡(luò)位置不固定或故障現(xiàn)象為不持續(xù)的偶發(fā)故障或隨機故障。對于此類故障報警指示燈不一定能給出報警信息，難以定位故障發(fā)生位置，有時甚至可能出現(xiàn)系統(tǒng)仍能正常運行，但網(wǎng)絡(luò)性能服務(wù)質(zhì)量差的故障，如網(wǎng)絡(luò)擁堵導(dǎo)致響應(yīng)時間較長的情況。因此該類故障需要通過較好的網(wǎng)絡(luò)診斷方法進行網(wǎng)絡(luò)故障排查[3]。

2基于工業(yè)信息安全的網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計

2.1網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)建設(shè)總體目標(biāo)

通過網(wǎng)絡(luò)診斷機的應(yīng)用，可以查看管理網(wǎng)、環(huán)網(wǎng)、底層網(wǎng)各交換機端口流量、端口狀態(tài)及端口對應(yīng)連接設(shè)備的狀態(tài)。通過環(huán)網(wǎng)交換機查看每個工藝段下西門子PLC的CPU主機架上各模塊運行狀態(tài)，如：CPU運行信息、CPU時間、CPU內(nèi)存故障信息等[4]。通過底層網(wǎng)絡(luò)查看各CPU下的ET200S子站各機架狀態(tài)是否正常，及對應(yīng)的插槽上模塊狀態(tài)是否正常。

2.2網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)設(shè)計

2.2.1環(huán)網(wǎng)交換機診斷設(shè)計設(shè)計環(huán)網(wǎng)信息可視頁，以查看當(dāng)前交換機電源、通訊端口狀態(tài)，交換機運行狀態(tài)信息，使用綠色和紅色表示交換機每個端口當(dāng)前狀態(tài)，其中綠色代表當(dāng)前端口連接設(shè)備正常，紅色代表故障，單擊交換機可以查看交換機各端口入口、出口流量信息。

2.2.2工藝段網(wǎng)絡(luò)診斷設(shè)計設(shè)計工藝點工藝流程可視頁，以查看設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運行狀態(tài)、端口通訊狀態(tài)及通訊信息，及對應(yīng)底層網(wǎng)絡(luò)交換機各端口運行狀態(tài)，單擊交換機可查看交換機每個端口流量信息，狀態(tài)顯示使用紅色表示端口通訊故障或未使用，綠色表示已連接設(shè)備且通訊正常[5]。

2.2.3主機架模板診斷設(shè)計設(shè)計查看CPU的部分信息，如機架各模板型號、CPU時鐘及各指示燈狀態(tài)。該機架上模板包括電源模板（PS40710A）、CPU（CPU416-3PNDP）、網(wǎng)卡（CP443-1）、輸入模板（DI32XDC24V）和輸出模板（DO32XDC24V），CPU時鐘當(dāng)前時間為2015-11-1810：43：37，各指示燈的狀態(tài)與實際硬件運行狀態(tài)一致，可通過查詢西門子硬件系統(tǒng)手冊了解各指示燈及其狀態(tài)的含義。

2.2.4子站IM151耦合器診斷設(shè)計通過子站的方框信息設(shè)計（如D101），以查看該子站IM151耦合器及其所在機架上其他IO模塊的當(dāng)前狀態(tài)。綠色表示模塊運行正常，紅色表示模塊故障、該槽位上組態(tài)的模塊與實際插入的不一致或模塊拔出。

3基于工業(yè)信息安全的網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)系統(tǒng)的應(yīng)用

通過構(gòu)建符合龍煙工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全現(xiàn)狀的制絲一區(qū)網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)，實現(xiàn)了環(huán)網(wǎng)與底層網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)實時診斷功能，解決網(wǎng)絡(luò)故障維護難等一系列問題。從設(shè)備的安裝、系統(tǒng)的調(diào)試以及系統(tǒng)運行和維護階段，通過診斷機硬件可以收集網(wǎng)絡(luò)各個主站和子站的信息；通過組態(tài)軟件可以將這些網(wǎng)絡(luò)信息傳遞至服務(wù)器與IFIX等集控系統(tǒng)連接后就可以在人機界面進行展示，提高工業(yè)網(wǎng)絡(luò)可維護性，減少因網(wǎng)絡(luò)故障導(dǎo)致生產(chǎn)線長時間停止的頻次，有效縮短網(wǎng)絡(luò)故障處理時間[6]。

4結(jié)語

基于工業(yè)信息安全的網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)的應(yīng)用，為保障卷煙生產(chǎn)過程網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性提供了全新的發(fā)展思路，它打破了原有煙絲生產(chǎn)過程網(wǎng)絡(luò)故障率高、監(jiān)測故障手段匱乏等的技術(shù)瓶頸，借鑒信息和自控系統(tǒng)的最新發(fā)展技術(shù)，結(jié)合龍煙制絲一區(qū)工藝生產(chǎn)布局需求，構(gòu)建了基于工業(yè)信息安全的網(wǎng)絡(luò)故障診斷系統(tǒng)，開發(fā)出適用于公司生產(chǎn)現(xiàn)狀的網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)，實現(xiàn)了對環(huán)網(wǎng)交換機信息、通訊端口狀態(tài)、出入口流量的實時監(jiān)測，同時還可對PLC主機架模子站IM151耦合器進行實時診斷，將網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)可視化，以便網(wǎng)絡(luò)技術(shù)員的維護參考，對提高企業(yè)競爭力具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻

[1]崔堅，李佳.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊指南（上）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[2]程瀾，羅建，張鷹.智能化工業(yè)以太網(wǎng)故障診斷體系研究[J].航空計算技術(shù)，2012（4）：124-126；130.

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[5]毛愛龍，趙春元.Profitrace網(wǎng)絡(luò)診斷工具在煙草制絲線上的應(yīng)用[J].科技致富向?qū)В?011（3）：351-352.

[6]廖常初，祖正客.西門子工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)組態(tài)編程與故障診斷[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

作者：江琳 袁建明 單位：龍巖煙草工業(yè)有限責(zé)任公司