CN103368007B - 一种保护工业设备串口接头的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种保护工业设备串口接头的方法及其装置，包括安全加固串口接头，所述安全加固串口接头外部连接一个线路监测装置，该安全加固串口接头内部安装内置固定螺丝，安全加固串口接头外表面设置带锁外壳；其中的线路监测装置内置一个断路监测单元，线路监测装置上开设串口固定接口并且通过该串口固定接口将原串口接头接入到线路检测器内部，再采用另一个带锁外壳将原串口接头与线路监测装置进行防拆卸保护。本发明有益效果为：有效防止网络中的核心串口零部件遭恶意拆除、拔断或中止，能对正在实施的拆除、拔断或中止行为进行告警；解决了工业自动控制网络专用串口实时通信网络的物理及功能安全问题；适合大面积推广使用。

Description

一种保护工业设备串口接头的方法及其装置

技术领域

本发明涉及工业自动控制设备技术，尤其涉及一种保护工业设备串口接头的方法及其装置。

背景技术

能源工业自动控制设备在(如电力自动控制设备、石油/天然气管道控制设备等)进行生产过程中的数据采集与实时控制作业时，很多情况下设备之间使用基于控制系统协议的串口(RS232、RS422与RS485，下文中的串口均指RS232、RS422与RS485)通信(例如现场总线网等)。一般情况下，这类生产过程通信属于专用、封闭型通信网络，在早期设计时，物理安全、功能安全问题还没有凸现出来，物理安全、功能安全通常都不是一个重要的设计要求，因而，为了提高性能要求和节约成本，通常都忽略了串口实时通信的物理安全、功能安全考虑。但是，能源基础工业中使用的工业自动控制设备大多是现代关键工业过程的核心运行控制系统之一，对工业生产过程的安全稳定运转具有十分关键的意义；实时串口通信中的串口连接环节的物理安全遭到破坏，将直接导致通信中断，进而影响正常的生产控制、数据测量功能，导致严重的工业事故。

2010年伊朗爆发“震网”事件以来，工业控制系统的物理安全、功能安全与信息安全问题越来越突出，世界各国政府和各种网络信息安全机构已经注意到工业控制系统日益严峻的工业控制系统及典型设备的物理安全、功能安全与信息安全问题。针对目前我国工业控制系统信息安全面临的严峻形势，工业和信息化部2011年下发《关于加强工业控制系统信息安全管理的通知》即(工信部协[2011]451号)，要求各地区、各有关部门、有关国有大型企业充分认识工业控制系统信息安全的重要性和紧迫性，高度重视，增强风险意识，切实加强工业控制系统信息安全管理，以保障工业生产运行安全、国家经济安全和人民生命财产安全。目前，在工业自动控制设备(如电力自动控制设备、石油/天然气管道控制设备等)中广泛使用的串口(含RS232、RS422及RS485型串口)没有对串口本身的物理安全进行防护，很容易出现恶意将串口插座和串口接头分离、拔断、拆除、中断等现象，无法确保工业自动控制过程的功能安全、信息安全。

因此，针对以上方面，需要对现有技术进行有效创新。

发明内容

针对以上缺陷，本发明提供一种保护工业设备串口接头的方法及其装置，以解决在现有使用串口RS232、RS422与RS485进行实时通信的工业自动控制设备中没有对串口本身的物理安全进行防护的问题，从而可有效防止工业自动控制设备中正在使用的串口遭到恶意拔断、拆除、中断等，进而保护工业自动控制过程的功能安全、信息安全。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种保护工业设备串口接头的方法及其装置，包括安全加固串口接头，所述安全加固串口接头外部连接一个线路监测装置，该安全加固串口接头内部安装内置固定螺丝，安全加固串口接头外侧连接串口电缆，其中的安全加固串口接头外表面设置带锁外壳Ⅰ；其中的线路监测装置内置一个断路监测单元，所述线路监测装置内部安装语音告警模块，位于线路监测装置内部其中一侧设置有由开路监测器、防拆卸断路开关及蜂鸣器组成的监测报警子系统；所述线路监测装置上开设串口固定接口并且通过该串口固定接口将原串口接头接入到线路检测器内部，再采用另一个带锁外壳Ⅱ将原串口接头与线路监测装置进行防拆卸保护，固定后，将带锁外壳关闭；位于线路监测装置外部连接一个供电电缆。

所述线路监测装置由电源管理、数据转发和检测报警三部分组成，可实现通讯数据转发、通讯中断监测、防拆卸、断电监测和故障报警。

所述电源管理部分由可充电电池、电源管理器件组成，由外接电源适配器为线路监测模块供电，并给电池充电，当外接电源适配器被恶意拔除或破坏时，电源管理器件自动选择电池供电，并向MCU发出断电告警信号，MCU控制蜂鸣器发出报警。

所述数据转发部分由MCU、转换芯片和串口固定接口组成，实现通讯数据的转发，先通过配置接口对通信格式进行相应的设置，所述断路监测单元内部设置定时器；所述线路监测装置上装有蓄电池。

本发明所述的保护工业设备串口接头的方法及其装置的有益效果为：将为电力、石油、供水、轨道交通、大型机床制造等国家基础能源工业中的专用串口实时通信网络提供保护，有效防止这些网络中的核心串口零部件遭恶意拆除、拔断或中止，并能对正在实施的拆除、拔断或中止行为进行告警；解决了工业自动控制网络专用串口实时通信网络的物理安全、功能安全问题；充分考虑了在现有不同行业、不同现场环境、大量已装备的成熟工业控制设备中部署本发明的方法和装置可能遇到的成本问题、运行管理问题以及兼容性问题，比较适合在能源工业的生产控制装备中进行大面积推广使用。

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例所述保护工业设备串口接头的装置结构总图；

图2是本发明实施例所述保护工业设备串口接头部分示意图；

图3是本发明实施例所述串口接头的线路监测装置示意图；

图4是本发明实施例所述串口接头的线路监测装置原理示意图；

图5是本发明实施例所述串口接头与线路监测装置连接示意图。

图中：

1、安全加固串口接头；2、线路监测装置；3、带锁外壳Ⅰ；4、内置固定螺丝；5、串口电缆；6、串口固定接口；7、断路监测单元；8、语音告警模块；9、蓄电池；10、开路监测器；11、防拆卸断路开关；12、供电电缆；13、带锁外壳Ⅱ；14、原串口接头。

具体实施方式

如图1-5所示，本发明实施例所述的保护工业设备串口接头的装置，包括安全加固串口接头1，所述安全加固串口接头1外部连接一个线路监测装置2，首先，该安全加固串口接头1内部安装内置固定螺丝4，安全加固串口接头1外侧连接串口电缆5，其中的安全加固串口接头1与线路监测装置2外表面分别设置带锁外壳Ⅰ3、带锁外壳Ⅱ13以便于保护各自的内置螺丝而避免串口接头被恶意拆卸；然后，其中的线路监测装置2内置一个断路监测单元7，所述线路监测装置2内部安装语音告警模块8，位于线路监测装置2内部其中一侧设置有由开路监测器10、防拆卸断路开关11及蜂鸣器组成的监测报警子系统，此线路监测装置2上装有蓄电池9，所述线路监测装置2上开设串口固定接口6并且通过该串口固定接口6与原串口接头14对接，位于线路监测装置2外部连接一个供电电缆12。

如图1-5所示，本发明实施例所述的保护工业设备串口接头的方法，包括以下步骤：

⑴用安全加固串口接头来对串口进行加固，利用一个带锁外壳将固定串口的螺丝进行保护，与安全加固串口接头相连接一个线路监测装置；

⑵将原串口接头接入到线路检测器内部，再采用另一个带锁外壳将原串口接头与线路监测装置进行防拆卸的保护，固定后，将带锁外壳关闭，使用供电电缆给线路监测装置供电；

⑶使用安全加固串口接头连接到原串口接头连接的位置，并将其锁定，同时，在线路监测装置上安装断路监测模块、防拆卸模块、断电监测模块进行保护，当发生恶意行为后立即进行语音报警；

⑷对于线路监测装置主要由电源管理、数据转发和检测报警三部分组成，可实现通讯数据转发、通讯中断监测、防拆卸、断电监测和故障报警等功能，防止了现有的能源工业自动控制设备的串口遭恶意拆除、拔断或中止，以及串口被恶意插拔后无法察觉的现象，减少工业事故造成的财产损失；

其中的电源管理部分主要由可充电电池、电源管理器件组成，由外接电源适配器为线路监测模块供电，并给电池充电；当外接电源适配器被恶意拔除或破坏时，电源管理器件会自动选择电池供电，并向MCU发出断电告警信号，MCU控制蜂鸣器发出报警。

其中的数据转发部分主要由MCU、转换芯片和串口固定接口组成，实现通讯数据的转发，先通过配置接口对通信格式进行相应的设置，如RS-232通信须设置波特率、数据位、停止位和校验位等信息。

其中的监测报警部分主要由防拆卸开关和蜂鸣器组成，防拆卸开关可防止有人恶意破坏线路监测装置，正常状态下，开关处于“闭合”状态，当模块的外壳被打开时，MCU监测到开关处于“打开”状态，此时，MCU会控制蜂鸣器发出报警。

另外，通讯中断监测由MCU内部的定时器实现，应用时可根据实际情况通过配置接口对监测周期进行相应的设置，如设置为60s；配置完成后，定时器开始计时，在设置的周期内未收到任何数据，便认为监测到数据中断，发出报警。

主要防护原理：

①当恶意破坏者试图将串口进行恶意插拔时，由于串口接头带锁外壳的保护，破坏者将无法接触到串口的固定螺丝，防止了关键工业过程中设备的串口被恶意插拔；

②当破坏者直接对串口的通信线路进行破坏时，线路监测装置中的断路监测模块将及时的发现线路断路，通过语音告警；

③当破坏者将线路监测装置的电缆剪断或将插头直接拧下来时，利用回路的电平变化,触发断电监测报警。

④当破坏者试图对线路监测装置进行强行拆卸时，防拆卸外壳与断路开关相连，利用

回路的电平变化也将触发警报

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用本案技术，熟悉本领域技术的人员显然可轻易对这些实例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本案不限于以上实施例，本领域的技术人员根据本案的揭示，对于本案做出的改进和修改都应该在本案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种保护工业设备串口接头的装置，包括安全加固串口接头，其特征在于：所述安全加固串口接头外部连接一个线路监测装置，该安全加固串口接头内部安装内置固定螺丝，安全加固串口接头外侧连接串口电缆，其中的安全加固串口接头外表面设置带锁外壳Ⅰ；

其中的线路监测装置内置一个断路监测单元，所述线路监测装置内部安装语音告警模块，位于线路监测装置内部其中一侧设置有由开路监测器、防拆卸断路开关及蜂鸣器组成的监测报警子系统；

所述线路监测装置上开设串口固定接口并且通过该串口固定接口将原串口接头接入到线路检测器内部，再采用另一个带锁外壳Ⅱ将原串口接头与线路监测装置进行防拆卸保护，固定后，将带锁外壳Ⅱ关闭；位于线路监测装置外部连接一个供电电缆。

2.根据权利要求1所述的保护工业设备串口接头的装置，其特征在于：所述线路监测装置由电源管理、数据转发和检测报警三部分组成，可实现通讯数据转发、通讯中断监测、防拆卸、断电监测和故障报警。

3.根据权利要求2所述的保护工业设备串口接头的装置，其特征在于：所述电源管理部分由可充电电池、电源管理器件组成，由外接电源适配器为线路监测装置供电，并给电池充电，当外接电源适配器被恶意拔除或破坏时，电源管理器件自动选择电池供电，并向MCU发出断电告警信号，MCU控制蜂鸣器发出报警。

4.根据权利要求2所述的保护工业设备串口接头的装置，其特征在于：所述数据转发部分由MCU、转换芯片和串口固定接口组成，实现通讯数据的转发，先通过配置接口对通信格式进行相应的设置。

5.根据权利要求1所述的保护工业设备串口接头的装置，其特征在于：所述断路监测单元内部设置定时器。

6.根据权利要求1所述的保护工业设备串口接头的装置，其特征在于：所述线路监测装置上装有蓄电池。