CN109213066B - 基于区块链技术的plc冗余控制数据备份方法及系统 - Google Patents
基于区块链技术的plc冗余控制数据备份方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于区块链技术的PLC冗余控制数据备份方法及系统，应用于控制器冗余，方法包括：主PLC基于外部信号发送数据至上位机；上位机将主PLC数据保存至第一区块中，并发送给副PLC；副PLC通过将数据转换成正常逻辑信号来判断主PLC是否有故障；若发现故障，则切换至副PLC，封闭第一区块，然后将副PLC数据保存至的第二区块；第一区块和第二区块通过哈希值连接。系统包括：上位机、PLC数据模块、区块链客户端模块，区块链客户端模块包括有区块链IPC接口。采用本发明的基于区块链技术的PLC冗余控制数据备份方法，可以有效的加强PLC备份数据的安全，防止企业内部PLC信息外泄，实现了相互关联，提高了区块内数据的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及区块链技术和冗余技术，具体涉及一种基于区块链技术的PLC冗余控制数据安全备份方法及系统。
背景技术
区块链是一种新的去中心化协议，它是一串密码学方法关联的数据区块，每一个区块包含有自己的数据信息，用于验证其信息的有效性和生成下一个区块。
冗余的思想就是通过配置多个同等功能的不见，通过一定的冗余逻辑使它们协调同步运行，保证系统应用功能实现的安全行，提高其可靠性。
在当前PLC的冗余控制中，冗余数据的备份是一个重要的过程，在这个过程中，对一些重要的数据，当前的冗余设备存在着不安全因素，因此需要提供其安全性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于区块链技术的PLC冗余控制数据备份方法及系统，该方法及系统结合区块链的思想，对PLC的冗余数据进行加密，使其不可篡改，提高PLC冗余控制的安全性。
本发明提供了一种基于区块链技术的PLC冗余控制数据备份方法，该方法如下：
主PLC基于接受的外部信号及上位机发送的控制输出信号，保存至第一区块中；
副PLC基于所述外部信号及所述控制输出信号生成正常逻辑信号，并基于控制输出信号与所述正常逻辑信号判断所述主PLC处于正常模式还是故障模式；
当所述副PLC判断所述主PLC处于故障模式，则将数据信号保存至第二区块，并接管所述主PLC的工作。
进一步的，所述主PLC基于接受的外部信号及所述上位机发送的控制输出信号包括：基于所述上位机发送的控制指令，所述主PLC的接受到的所述外部信号，所述主PLC的每一个输出通道输出的信号，所述主PLC的公钥；
所述副PLC基于所述外部信号及所述控制指令生成的正常逻辑信号包括：基于所述上位机发送的控制指令，所述副PLC接受到所述外部信号后，所述副PLC生成正常逻辑信号并暂存至第一区块；
所述第一区块采集所述主PLC输出信号包括：采集所述主PLC的每一个输出通道输出的该输出通道的第一信号；
所述第二区块采集所述副PLC输出信号包括：采集所述副PLC的每一个输出通道输出的该输出通道的第一信号。
进一步的，所述第一区块储存主PLC的数据信号、所述第一区块储存副PLC的数据信号，所述第一区块和第二区块中包含公钥和私钥，所述第一区块的私钥是所述第二区块的公钥。
进一步的，所述基于主PLC输出信号与所述副PLC正常逻辑信号，判断所述主PLC出于正常工作模式或故障模式，具体包括：
当所述副PLC检测到所述主PLC某一输出通道的输出信号为ON，且与该输出通道对应的正常逻辑信号为ON，则判断所述主PLC该输出通道处于正常工作模式；
当所述副PLC检测到所述主PLC某一输出通道的输出信号为OFF，且与该输出通道对应的正常逻辑信号为OFF，则判断所述主PLC该输出通道处于正常工作模式；
当所述副PLC检测到所述主PLC某一输出通道的输出信号为ON，且与该输出通道对应的正常逻辑信号为OFF，则判断所述主PLC该输出通道处于故障工作模式；
当所述副PLC检测到所述主PLC某一输出通道的输出信号为OFF，且与该输出通道对应的正常逻辑信号为ON，则判断所述主PLC该输出通道处于故障工作模式；
当所述主PLC输出模块的每一个输出通道都处于正常工作模式，则判断所述主PLC处于正常工作模式；
当所述主PLC输出模块的部分输出通道或所述输出处于故障模式，则判断所述主PLC处于故障模式。
进一步的，当所述副PLC判断所述主PLC处于故障模式，则接管所述主PLC工作，具体包括：
当所述副PLC判断所述主PLC输出处于故障模式，则以所述副PLC的输出接管该所述主PLC输出，并记录故障信息上报到所述上位机；
当副PLC判断主PLC输出处于故障模式，则所述第一区块停止记录数据，在所述副PLC接管所述主PLC时由所述第二区块记录所述副PLC的数据。
进一步的，当所述副PLC判断所述主PLC输出通道处于正常模式，所述副PLC不对外输出；
当所述副PLC判断所述主PLC输出通道处于故障模式，所述主PLC不对外输出，所述副PLC对外输出并记录故障信息上报所述上位机。
进一步的，当所述上位机检测到所述主PLC故障时，停止所述主PLC运行，停止所述第一区块的数据记录，切换至所述副PLC，开始所述第二区块的数据记录。
本发明还提出一种基于区块链技术的PLC冗余控制数据备份系统，包括：
上位机、主PLC及副PLC、PLC数据模块和区块链客户端模块，其中，所述主PLC基于接受的外部信号及所述上位机发送的控制指令输出信号，所述副PLC基于所述外部信号及所述控制指令生成正常逻辑信号；
所述副PLC采集所述主PLC输出信号，并基于此信号和所述正常逻辑信号判断所述主PLC处于正常工作模式、故障模式中的哪一个模式；
所述PLC数据模块用来对所述主PLC和副PLC的信息交互，同时发送信息给所述区块链客户端模块；
所述区块链客户端模块包含公钥、私钥和数据，所述主PLC对应第一区块，所述副PLC对应第二区块，前一个区块的私钥是后一个区块的公钥，查看数据必须公钥和私钥相符，当所在PLC正常工作时则记录数据，当所在PLC故障时，停止记录数据；
所述副PLC判断所述主PLC处于故障模式，则接管所述主PLC的工作。
进一步的，所述主PLC的第一区块的公钥由人员自己设定，并保存在所述区块链客户端模块当中；
所述第一区块的私钥由所述公钥通过哈希算法得到，保存至所述区块链客户端模块中；
所述第二区块的公钥为所述第一区块的私钥，保存至所述区块链客户端模块中；
所述第二区块的私钥由所述第二区块的公钥通过所述哈希算法所得，保存至所述区块链客户端模块当中。
采用上述本发明技术方案的有益效果是：本发明的基于区块链技术的PLC冗余控制数据安全备份方法及系统能让企业可以防止PLC数据信息被篡改和盗取，提高PLC数据信息的安全性，实现了相互关联，提高了区块内数据的安全性。
附图说明
图1是按照本发明的基于区块链技术的PLC冗余控制数据安全备份方法的步骤示意图；
图2是按照本发明的基于区块链技术的PLC冗余控制数据安全备份系统的结构示意图；
图3是按照本发明的基于区块链技术的PLC冗余控制数据安全备份系统中的上位机结构示意图；
图4是按照本发明的基于区块链技术的PLC冗余控制数据安全备份方法的软件流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，以下具体方法只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明中，使用的PLC是保瑞自控的EXC5000，该系列具有较高的先进、稳定性、可靠性。由于采用模块化设计，易于扩展，无需单独配置扩展通讯模块，CPU模块自带多个通讯接口，支持第三方通讯，而且系统内部具有CPU模块冗余、通讯模块冗余、电源冗余功能，极大的提升了系统的安全可靠性。
如图2和图3所示，该基于区块链技术的PLC冗余控制数据备份系统，主要包括了主PLC，副PLC，上位机，PLC数据模块，区块链客户端模块五大部分。
其中，主PLC和副PLC通常是同一个型号的PLC产品，主PLC作为主要控制输出，副PLC作为监测状态；PLC数据模块采集主PLC输出通道的状态，将其发送给副PLC，副PLC结合接受到的外部信号和上位机发送的控制指令生成正常逻辑信号，判断主PLC是否发生故障；当副PLC判断主PLC发生故障时，封闭第一区块，副PLC接管主PLC的工作，将副PLC信息保存至第二区块，从而实现数据的备份和系统的正常工作。
区块链客户端模块包含公钥、私钥和数据，主PLC对应第一区块，所述副PLC对应第二区块，通过上位机系统内部与PLC数据模块互通，接受来自主PLC和副PLC的数据信息，并通过哈希算法将输入的信息进行加密，形成数据加密信息，即PLC的数据信息，加密后，将私钥发送至用户终端，用于使用者提取备份信息时使用。
区块链客户端模块是本发明的核心部分，主要实现数据的加密备份，区块链客户端将主PLC数据信息保存在第一区块当中，将副PLC数据信息保存在第二区块当中，在数据加密备份之后，若提供的私钥无法与区块的公钥对应，则反馈验证失败，无法提取PLC数据信息。
图3示出了上位机结构示意图，PLC数据模块用来对主PLC和副PLC的信息交互，同时发送信息给区块链客户端模块，区块链客户端模块中，第一区块私钥就是第二区块的公钥，实现了相互关联，提高了区块内数据的安全性
图1示出了根据本发明基于区块链技术的PLC冗余控制数据安全备份方法的流程图，所述方法包括：主PLC基于接受的外部信号及上位机发送的控制输出信号，主PLC基于外部信号发送数据至上位机的PLC数据模块，上位机向主PLC及副PLC发送相同的控制指令，主PLC和副PLC接受相同的外部信号，上位机将主PLC数据保存至第一区块中；
副PLC基于所述外部信号及所述控制输出信号生成正常逻辑信号，并基于控制输出信号与所述正常逻辑信号判断所述主PLC处于正常模式还是故障模式；
当所述副PLC判断所述主PLC处于故障模式，则将数据信号保存至第二区块，并接管所述主PLC的工作。
在上述方法中，主PLC基于接受的外部信号及所述上位机发送的控制输出信号包括：基于所述上位机发送的控制指令，所述主PLC的接受到的所述外部信号，所述主PLC的每一个输出通道输出的信号，所述主PLC的公钥；
所述副PLC基于所述外部信号及所述控制指令生成的正常逻辑信号包括：基于所述上位机发送的控制指令，所述副PLC接受到所述外部信号后，所述副PLC生成正常逻辑信号并暂存至第一区块；
所述第一区块采集所述主PLC输出信号包括：采集所述主PLC的每一个输出通道输出的该输出通道的第一信号；
所述第二区块采集所述副PLC输出信号包括：采集所述副PLC的每一个输出通道输出的该输出通道的第一信号。
在上述方法中，所述基于主PLC输出信号与所述副PLC正常逻辑信号，判断所述主PLC出于正常工作模式或故障模式，具体包括：
当所述副PLC检测到所述主PLC某一输出通道的输出信号为ON，且与该输出通道对应的正常逻辑信号为ON，则判断所述主PLC该输出通道处于正常工作模式；
当所述副PLC检测到所述主PLC某一输出通道的输出信号为OFF，且与该输出通道对应的正常逻辑信号为OFF，则判断所述主PLC该输出通道处于正常工作模式；
当所述副PLC检测到所述主PLC某一输出通道的输出信号为ON，且与该输出通道对应的正常逻辑信号为OFF，则判断所述主PLC该输出通道处于故障工作模式；
当所述副PLC检测到所述主PLC某一输出通道的输出信号为OFF，且与该输出通道对应的正常逻辑信号为ON，则判断所述主PLC该输出通道处于故障工作模式；
当所述主PLC输出模块的每一个输出通道都处于正常工作模式，则判断所述主PLC处于正常工作模式；
当所述主PLC输出模块的部分输出通道或所述输出处于故障模式，则判断所述主PLC处于故障模式。
上述方法中，当所述副PLC判断所述主PLC处于故障模式，则接管所述主PLC工作，具体包括：
当所述副PLC判断所述主PLC输出处于故障模式，则以所述副PLC的输出接管该所述主PLC输出，并记录故障信息上报到所述上位机；
当副PLC判断主PLC输出处于故障模式，则所述第一区块停止记录数据，在所述副PLC接管所述主PLC时由所述第二区块记录所述副PLC的数据。
上述方法中，当所述副PLC判断所述主PLC输出通道处于正常模式，所述副PLC不对外输出；
当所述副PLC判断所述主PLC输出通道处于故障模式，所述主PLC不对外输出，所述副PLC对外输出并记录故障信息上报所述上位机。
上述方法中，当所述上位机检测到所述主PLC故障时，停止所述主PLC运行，停止所述第一区块的数据记录，切换至所述副PLC，开始所述第二区块的数据记录。
图4示出了基于该方法的系统的流程图，在主PLC无故障的情况下，第一区块继续保存数据信息，一旦判断主PLC出现故障，则第一区块停止保存数据信息，切换副PLC，由第二区块保存数据信息。
通过上述设计，企业可以防止PLC数据信息被篡改和盗取，提高PLC数据信息的安全性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种基于区块链技术的PLC冗余控制数据备份方法，其特征在于，所述方法包括：
主PLC基于接受的外部信号及上位机发送的控制指令输出信号，发送数据至上位机的PLC数据模块，上位机将主PLC数据保存至第一区块中；
副PLC基于所述外部信号及所述控制指令生成正常逻辑信号，并基于输出信号与所述正常逻辑信号判断所述主PLC处于正常模式还是故障模式；
当所述副PLC判断所述主PLC处于故障模式，则将数据信号保存至第二区块，并接管所述主PLC的工作；
所述第一区块和第二区块中包含公钥和私钥，所述第一区块的私钥是所述第二区块的公钥；
所述主PLC的第一区块的公钥由人员自己设定；
所述第一区块的私钥由所述公钥通过哈希算法得到；
所述第二区块的私钥由所述第二区块的公钥通过所述哈希算法所得；
通过上位机内部与PLC数据模块互通，接受来自主PLC和副PLC的数据信息，并通过哈希算法将输入的信息进行加密，形成数据加密信息，即PLC的数据信息，加密后，将私钥发送至用户终端，用于使用者提取备份信息时使用。
2.根据权利要求1所述的基于区块链技术的PLC冗余控制数据备份方法，其特征在于：
所述主PLC基于接受的外部信号及所述上位机发送的控制指令输出信号包括：基于所述上位机发送的控制指令、所述主PLC的接受到所述外部信号，所述主PLC的每一个输出通道输出信号、所述主PLC的公钥；
所述副PLC基于所述外部信号及所述控制指令生成的正常逻辑信号包括：基于所述上位机发送的控制指令、所述副PLC接受到所述外部信号后，所述副PLC生成正常逻辑信号并暂存至第一区块；
所述第一区块采集所述主PLC输出信号包括：采集所述主PLC的每一个输出通道输出的该输出通道的第一信号；
所述第二区块采集所述副PLC输出信号包括：采集所述副PLC的每一个输出通道输出的该输出通道的第一信号。
3.根据权利要求2所述的基于区块链技术的PLC冗余控制数据备份方法，其特征在于：所述第一区块储存主PLC的数据信号、所述第一区块储存副PLC的数据信号。
4.根据权利要求3所述的基于区块链技术的PLC冗余控制数据备份方法，其特征在于：所述基于主PLC输出信号与所述副PLC正常逻辑信号，判断所述主PLC出于正常工作模式或故障模式，具体包括：
当所述副PLC检测到所述主PLC某一输出通道的输出信号为ON，且与该输出通道对应的正常逻辑信号为ON，则判断所述主PLC该输出通道处于正常工作模式；
当所述副PLC检测到所述主PLC某一输出通道的输出信号为OFF，且与该输出通道对应的正常逻辑信号为OFF，则判断所述主PLC该输出通道处于正常工作模式；
当所述副PLC检测到所述主PLC某一输出通道的输出信号为ON，且与该输出通道对应的正常逻辑信号为OFF，则判断所述主PLC该输出通道处于故障工作模式；
当所述副PLC检测到所述主PLC某一输出通道的输出信号为OFF，且与该输出通道对应的正常逻辑信号为ON，则判断所述主PLC该输出通道处于故障工作模式；
当所述主PLC输出模块的每一个输出通道都处于正常工作模式，则判断所述主PLC处于正常工作模式；
当所述主PLC输出模块的部分输出通道或所述输出处于故障模式，则判断所述主PLC处于故障模式。
5.根据权利要求1所述的基于区块链技术的PLC冗余控制数据备份方法，其特征在于：当所述副PLC判断所述主PLC处于故障模式，则接管所述主PLC工作，具体包括：
当所述副PLC判断所述主PLC输出处于故障模式，则以所述副PLC的输出接管该所述主PLC输出，并记录故障信息上报到所述上位机；
当副PLC判断主PLC输出处于故障模式，则所述第一区块停止记录数据，在所述副PLC接管所述主PLC时由所述第二区块记录所述副PLC的数据。
6.根据权利要求5所述的基于区块链技术的PLC冗余控制数据备份方法，其特征在于：当所述副PLC判断所述主PLC输出通道处于正常模式，所述副PLC不对外输出；
当所述副PLC判断所述主PLC输出通道处于故障模式，所述主PLC不对外输出，所述副PLC对外输出并记录故障信息上报所述上位机。
7.根据权利要求6所述的基于区块链技术的PLC冗余控制数据备份方法，其特征在于：当所述上位机检测到所述主PLC故障时，停止所述主PLC运行，停止所述第一区块的数据记录，切换至所述副PLC，开始所述第二区块的数据记录。
8.一种基于区块链技术的PLC冗余控制数据备份系统，其特征在于，包括：
上位机、主PLC及副PLC，上位机包括PLC数据模块和区块链客户端模块，其中，所述主PLC基于接受的外部信号及所述上位机发送的控制指令输出信号，所述副PLC基于所述外部信号及所述控制指令生成正常逻辑信号；
所述副PLC采集所述主PLC输出信号，并基于此信号和所述正常逻辑信号判断所述主PLC处于正常工作模式、故障模式中的哪一个模式；
所述PLC数据模块用来对所述主PLC和副PLC的信息交互，同时发送信息给所述区块链客户端模块；
所述区块链客户端模块包含公钥、私钥和数据，所述主PLC对应第一区块，所述副PLC对应第二区块，前一个区块的私钥是后一个区块的公钥，查看数据必须公钥和私钥相符，当所在PLC正常工作时则记录数据，当所在PLC故障时，停止记录数据；
通过上位机内部与PLC数据模块互通，接受来自主PLC和副PLC的数据信息，并通过哈希算法将输入的信息进行加密，形成数据加密信息，即PLC的数据信息，加密后，将私钥发送至用户终端，用于使用者提取备份信息时使用；
所述副PLC判断所述主PLC处于故障模式，则接管所述主PLC的工作；
所述主PLC的第一区块的公钥由人员自己设定，并保存在所述区块链客户端模块当中；
所述第一区块的私钥由所述公钥通过哈希算法得到，保存至所述区块链客户端模块中；
所述第二区块的公钥为所述第一区块的私钥，保存至所述区块链客户端模块中；
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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