[发明专利]一种工业无线控制系统半物理安全实验平台

权利要求书

1.一种工业无线控制系统半物理安全实验平台，其特征在于：该半物理安全实验平台包括模拟虚拟被控对象的仿真模块、控制器上位机、监测站点、可编程逻辑控制器PLC、工业无线通信设备以及用于模拟攻击的通用软件无线电USRP；仿真模块用于模拟数学抽象化的工业控制系统，实时接收控制器上位机发送过来的控制信号，并将状态信号通过工业无线通信设备实时发送出去；可编程逻辑控制器PLC接收并存储仿真模块发送的系统状态信号至相应寄存器中，并把系统状态信号发送到控制器上位机中，同时也接收控制器上位机发送的控制信号并将控制信号发送到仿真模块的被控对象处；控制器上位机获取可编程逻辑控制器PLC中的系统状态信号，通过控制算法得到相应控制信号并发送给可编程逻辑控制器PLC；监测站点实时读取可编程逻辑控制器PLC中接收并存储的信号，并实时动画显示当前系统状态并绘制历史状态变化曲线，同时通过和数据库相连将实时的历史状态存储到数据库中；从仿真模块的被控对象到可编程逻辑控制器PLC的通信部分通过两个通道实现，并且每个通道都可以通过有线或无线设备进行通信，通用软件无线电USRP可以对此接入的无线设备进行典型无线攻击模拟，从而对相应工业无线控制系统进行安全性测试；

实验平台采用MCGS组态软件搭建监测站点，通过实时读取可编程逻辑控制器PLC中接收并存储的信号，监测站上会实时动画显示当前系统状态并绘制历史状态变化曲线，同时通过和数据库相连将实时的历史状态存储到数据库中，方便后续进行查看及分析。

2.根据权利要求1所述的一种工业无线控制系统半物理安全实验平台，其特征在于：所述仿真模块通过Matlab仿真软件的M文件对数学抽象化的工业控制系统进行仿真模拟，利用运行仿真模块的PC的两个COM口，一个COM口接收实时控制信号，另一个COM口发送实时状态信号，同时调用Matlab画图功能，实时绘图显示被控对象当前状态、所接收到的控制信号以及状态信号是否发生丢包。

3.根据权利要求1所述的一种工业无线控制系统半物理安全实验平台，其特征在于：所述控制器上位机基于Visual Studio编写实现，控制器上位机提供用于调用控制算法的接口，接口通过在Matlab函数文件中编写不同控制算法，并将函数文件生成相应动态链接库文件并导入到Visual Studio中来实现；同时在控制器上位机上还具有用来调节控制算法的各个参数的接口。

4.根据权利要求1所述的一种工业无线控制系统半物理安全实验平台，其特征在于：实验平台采用实际物理设备进行通信，所述可编程逻辑控制器PLC为三菱PLC，利用三菱PLC通过串口232口接收系统状态信号并存储至相应寄存器中，并把系统状态信号发送到控制器上位机中，同时也接收控制器上位机发送的控制信号并将控制信号通过另一个串口232口发送到仿真模块的被控对象处；实验平台利用工业无线通信设备传输反馈信号，并利用有线通道传输控制信号。

5.根据权利要求1所述的一种工业无线控制系统半物理安全实验平台，其特征在于：所述通用软件无线电USRP作为实验平台攻击设备，通过在USRP中产生与工业无线通信设备相同中心频率，更高发射功率和更大带宽的无线信号，可以实现拒绝服务攻击等典型工业无线攻击方式。

6.根据权利要求1所述的一种工业无线控制系统半物理安全实验平台，其特征在于：所述控制器上位机的控制算法为工业控制系统中典型的控制算法，可采用PID、LQG、模糊控制算法、快速预测控制算法中的一个或多个。