Ukryte naruszenia bezpieczeństwa w układach automatycznego sterowania procesami technologicznymi

pol Article in Polish DOI: 10.14313/PAR_240/31

send Marcin Szuster *, Bartłomiej Kozioł ** * Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza, Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa, Katedra Mechaniki Stosowanej i Robotyki, al. Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów ** Szkoła Doktorska Nauk Inżynieryjno-Technicznych na Politechnice Rzeszowskiej

Download Article

Streszczenie

Postępująca automatyzacja i robotyzacja w zakładach pracy oraz coraz większa złożoność systemów sterowania maszyn zespolonych powodują konieczność ciągłej poprawy bezpieczeństwa funkcjonalnego maszyn przez prawidłową walidację systemów bezpieczeństwa. Mimo przeprowadzonego procesu walidacji potencjalne błędy programowe mogą ujawnić się w trakcie użytkowania maszyny jako ukryte naruszenia bezpieczeństwa. W artykule przedstawiono przykłady naruszeń bezpieczeństwa rzeczywistych zespołów maszyn oraz próby wdrażania rozwiązań zautomatyzowanych mechanizmów do wykrywania problemów z bezpieczeństwem. Kolejnym aspektem poruszanym w artykule jest nowe podejście do wykrywania ukrytych naruszeń bezpieczeństwa. Dzięki zastosowaniu modelu „cyfrowego bliźniaka” maszyny, programu generującego sekwencję zdarzeń do testowania systemów sterowania i zastosowanie wirtualnej rzeczywistości (wizualna weryfikacja programów bezpieczeństwa) możliwa jest maksymalizacja funkcji bezpieczeństwa funkcjonalnego zespołów maszyn.

Słowa kluczowe

automatyczna walidacja, bezpieczeństwo funkcjonalne maszyn zintegrowanych, programowalne sterowniki bezpieczeństwa, ukryte naruszenia bezpieczeństwa, walidacja systemu bezpieczeństwa

Hidden Security Breaches in Automatic Control of Technological Processes

Abstract

The progressing automation and robotization in the industrial plants as well as the increasing complexity of the control systems of integrated machines make it necessary to constantly improve the functional safety of machines through the correct validation of safety systems. Despite the validation process carried out, the potential software errors may reveal during the usage of the machine as hidden security breaches. The article presents examples of security breaches of real machine tools and attempts to implement solutions of automated mechanisms for detecting security problems. Another aspect of the article is the new approach for detecting hidden security breaches. Using the „digital twin” model of the machine, a program that generates a sequence of events for testing control systems, and the use of a virtual reality (visual verification of the safety programs), it is possible to maximize the functional safety functions of the machine.

Keywords

automatic validation, functional safety of integrated machines, hidden security breaches, programmable safety controllers, safety system validation

Bibliography

  1. Zhang M., Chen C.Y., Kao B.C., Qamsane Y., Shao Y., Lin Y., Shi E., Mohan S., Barton K., Moyne J., Mao Z.M., Towards Automated Safety Vetting of PLC Code in Real-World Plants, 2019 IEEE Symposium on Security and Privacy (SP), DOI: 10.1109/SP.2019.00034.
  2. Broel-Plater B., Układy wykorzystujące sterowniki PLC, Projektowanie algorytmów sterowania, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2021.
  3. Rockwell Automation, Systemy sterowania związane z bezpieczeństwem maszyn. Zasady, normy i wdrożenie (Podręcznik bezpieczeństwa – wersja 5)
  4. https://iautomatyka.pl/kurtyny-bezpieczenstwa-rodzajedzialanie-sposoby-stosowania-sick/
  5. https://www.magazynprzemyslowy.pl/artykuly/walidacja-bezpieczenstwa-maszyn
  6. https://bezpieczenstwo-maszyn.com/uslugi/walidacja/
  7. http://ftp.beckhoff.pl/download/document/automation/ twinsafe/TwinSAFE-Logic-FBen.pdf
  8. http://www.contra-polska.pl/pliki/1000/636_pl_pluto.pdf
  9. http://ftp.beckhoff.pl/download/document/automation/ twinsafe/TcSafetyPLC_en.pdf
  10. https://fabrykaelektryka.pl/pulpit-sterowania-dwurecznego-2-przyciski-czerwony-stop-2r-okapturzony-xy2sb72- schneider-electric-p-80944.html
  11. Wieland, Samos PLAN6 Software Manual nr. BA000968
  12. https://bezpieczenstwowsystemachsterowania.pl/2018/04/ warunki-funkcjonowania-oprogramowania-w-aplikacjach-bezpieczenstwa/
  13. http://ftp.beckhoff.pl/download/document/automation/ twinsafe/applicationguidetwinsafeen.pdf
  14. Siemens, Przekaźniki bezpieczeństwa – podręcznik aplikacyjny, edycja 2014
  15. Siemens, Simatic safety – konfiguracja i programowanie – Podręcznik programowania i obsługi, 10/2019
  16. Siemens, Safety Programming Guideline for SIMATIC S7-1200/1500, 10/2017
  17. Ko M., Park S., Wang G.N., Visual Validation of PLC Programs, 2008, DOI: 10.7148/2008-0410.
  18. Park S.C., Park C.M., Wang G.N., Kwak J., Yeo S., PLCStudio: Simulation based PLC code verification, 2008, DOI: 10.1109/WSC.2008.4736071.
  19. https://przemyslprzyszlosci.gov.pl/tag/digital-twin/
  20. https://przemysl-40.pl/index.php/2017/12/04/cyfrowy-blizniak/
  21. http://www.nirtec.com/index.php/plc-virtual-simulator/
  22. TwinCAT Safety PLC PC based Safety Controller
  23. Delta, “DVP-ES2/EX2/SS2/SA2/SX2/SE&TP Operation Manual – Programming”, 2014
  24. https://induprogress.pl/produkty/sterowanie-i-wizualiza cja-procesow/sterowniki-plc-serii-dvp-slim/
  25. https://www.wieland-electric.com/en/products/safety- -technology/safety-controller/
  26. https://mall.industry.siemens.com/mall/pl/pl/Catalog/ Product/6ES7212-1AF40-0XB0
  27. https://pdfs.semanticscholar.org/dc67/3d fe396e171f70e37ef5ec4d989dbe4b15de. pdf?_ga=2.216117650.543777785.1619125049- 890432265.1613689756
  28. https://download.beckhoff.com/download/document/automation/twinsafe/tcsafetyplc_en.pdf
  29. PN-EN ISO 13851:2019-05 - Oburęczne urządzenia sterujące, aspekty funkcjonalne, zasady projektowania
  30. Dyrektywa 2006/42/WE Parlamentu Europejskiego i Rady: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/PL/TXT/ PDF/?uri=CELEX:32006L0042&from=PL