CN109213066A - 基于区块链技术的plc冗余控制数据备份方法及系统 - Google Patents
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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 (9)
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。
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。
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,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。
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、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。
9.根据权利要求8所述的基于区块链技术的PLC冗余控制数据备份系统,其特征在于: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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