DE102015119597B4 - Cyber-physikalisches System - Google Patents

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Abstract

Cyber-physikalisches System (1) mit
- wenigstens einer Überwachungs- und Schutzeinrichtung (5) zur Überwachung verschiedener Parameter einer Maschine hinsichtlich der Einhaltung von Sollwerten und zur Erzeugung eines Fehlersignals (6) im Falle eines Fehlers und einer drahtgebundenen Schnittstelle (2) zum Internet (3) und
- einer Sende- und/oder Empfangseinheit (8) zum Senden und/oder Empfangen von Daten über das Internet, wobei die Überwachungs- oder Schutzeinrichtung (5) mit der Sende- und/oder Empfangseinheit (8) zum Senden des Fehlersignals über das Internet in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtgebundene Schnittstelle mit einem steuerbaren Schalter (9) zur physikalischen Trennung und Freigabe der Verbindung zwischen dem cyber-physikalischen System (1) und dem Internet (3) in Verbindung steht und das cyber-physikalische System (1) wenigstens eine mit der Überwachungs- oder Schutzeinrichtung (5) in Verbindung stehende Steuereinrichtung (7) zur Ansteuerung des steuerbaren Schalters (9) zur kurzzeitigen Freigabe der Verbindung zwischen dem cyber-physikalischen System (1) und dem Internet (3) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein cyber-physikalisches System mit einer drahtgebundenen Schnittstelle zum Internet und einer Sende- und/oder Empfangseinheit zum Senden und/oder Empfangen von Daten über das Internet.
  • Unter einem cyber-physikalischen System ist ein Verbund informatischer, softwaretechnischer Komponenten mit mechanischen und elektronischen Bauteilen zu verstehen, die mit dem Internet in Verbindung stehen.
  • Bei Industrieanlagen ist es üblich, dass die einzelnen, zum Einsatz kommenden Aggregate mit einem Leitstand verbunden sind, von wo aus die ablaufenden Prozesse gesteuert werden können. Im Leitstand laufen auch etwaige Fehlermeldungen der überwachten Aggregate zusammen. Bei kleineren Anlagen oder Maschinen, die nicht mit einem Leitstand verbunden sind, werden etwaige Fehlersignale beispielsweise an den Maschinen selbst oder einem zugehörigen Schaltschrank angezeigt. Vielfach besteht auch die Möglichkeit, diese Fehlersignale über das Internet an autorisierte Personen weiterzuleiten. Eine Verbindung zum Internet birgt aber immer auch die Gefahr von Hacker-Angriffen oder unerwünschten Manipulationen. Softwaretechnische Schutzeinrichtungen, wie Firewalls oder eine hohe Verschlüsselung, bieten heutzutage vielfach keine ausreichende Sicherheit mehr.
  • Die US 2010/0299720 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen und Freigeben einer Verbindung eines Computers mit dem Internet, in dem ein im Internetverbindungskabel vorgesehener Schalter über einen Aktivierungsmechanismus betätigt wird. Des Weiteren werden in der DE 10 2013 105 781 A1 Maßnahmen zur Einhaltung der IT-Sicherheit mittels Authentifizierung und Sicherheits-Token genutzt.
  • Die EP 1 742 135 A1 beschreibt ein Schutzsystem für eine Datenverarbeitungsanlage mit einer Datenverbindung zur Verbindung einer internen Datenverarbeitungsanlage mit einem externen Datennetz und einer Überprüfungseinrichtung zur Überprüfung der über die Datenverbindung ausgetauschten Daten. Mit einer Sperreinrichtung können unbefugte Zugriffe sowohl vom externen Datennetz auf die interne Datenverarbeitungsanlage als auch von der internen Datenverarbeitungsanlage auf das externe Datennetz unterbunden werden.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit eines cyber-physikalischen Systems vor Hacker-Angriffen und unerwünschten Manipulationen zu verbessern.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem cyber-physikalischen System gelöst, das wenigstens eine Überwachungs- und Schutzeinrichtung zur Überwachung verschiedene Parameter einer Maschine hinsichtlich der Einhaltung von Sollwerten und zur Erzeugung eines Fehlersignals im Falle eines Fehlers, eine drahtgebundene Schnittstelle zum Internet und eine Sende- und/oder Empfangseinheit zum Senden und/oder Empfangen von Daten über das Internet aufweist, wobei die Überwachungs- oder Schutzeinrichtung mit der Sende- und/oder Empfangseinheit zum Senden des Fehlersignals über das Internet in Verbindung steht. Die drahtgebundene Schnittstelle steht mit einem steuerbaren Schalter zur physikalischen Trennung und Freigabe der Verbindung zwischen dem cyber-physikalischen System und dem Internet in Verbindung und das cyber-physikalische System weist wenigstens eine mit der Überwachungs- oder Schutzeinrichtung in Verbindung stehende Steuereinrichtung zur Ansteuerung des steuerbaren Schalters zur kurzzeitigen Freigabe der Verbindung zwischen dem cyber-physikalischen System und dem Internet auf.
  • Über den steuerbaren Schalter kann das cyber-physikalische System während des normalen Betriebs vollständig und absolut sicher vom Internet getrennt werden. Lediglich bei Auftreten eines Ereignisses wird über die Steuereinrichtung der steuerbare Schalter im Sinne einer Freigabe der Verbindung zum Internet geschaltet. Die Freigabe erfolgt daher nur zum Zwecke des Sendens und/oder Empfangens von Daten und ist daher sehr kurzfristig, insbesondere kürzer als einer Minute, vorzugsweise kürzer als 30 Sekunden.
  • Das cyber-physikalische System ist daher nur für den kurzen Augenblick der Freigabe im Internet sichtbar, sodass Hacker-Angriffe oder unerwünschte Manipulationen extrem erschwert werden.
  • Weiterhin wird die obige Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben eines cyber-physikalischen Systems gelöst, bei dem wenigstens eine Überwachungs- und Schutzeinrichtung verschiedene Parameter einer Maschine hinsichtlich der Einhaltung von Sollwerten überwacht und im Falle eines Fehlers ein Fehlersignal erzeugt und Daten über eine drahtgebundene Schnittstelle zum Internet gesendet und/oder empfangen werden, wobei die drahtgebundene Schnittstelle zwischen dem cyber-physikalischen System und dem Internet mit einem steuerbaren Schalter physikalisch getrennt wird und zum Senden und/oder Empfangen von Daten lediglich kurzfristig freigegeben wird und wobei im Falle eines Fehlersignals die drahtgebundene Schnittstelle zwischen dem cyber-physikalischen System und dem Internet zum Senden des Fehlersignals mittels des steuerbaren Schalters kurzzeitig freigegeben wird..
  • Bei dem cyber-physikalischen System handelt es sich beispielsweise um eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), einen Regler, ein Motorschutzrelais, eine Pumpe, einen Verdichter, eine Verpackungsmaschine oder dergleichen.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
  • Die Schnittstelle wird zweckmäßigerweise durch eine RJ45-Buchse gebildet. Der steuerbare Schalter kann ferner insbesondere als Relais vorgesehen werden.
  • Die Ansteuerung des steuerbaren Schalters kann durch einen Bediener vor Ort, eine internen Ansteuerung oder über einen unabhängigen, externen Kanal, beispielsweise über eine Mobilfunkverbindung, erfolgen. Des Weiteren kann vorgesehen werden, dass der steuerbare Schalter in einem vorgegebenen Zeitfenster freigegeben wird, sodass beispielsweise Überwachungs- und/oder Wartungsarbeiten durchgeführt werden können. Es ist aber auch denkbar, dass der steuerbare Schalter lediglich bei Eintreten eines vorgegebenen Ereignisses (Fehlersignal, Stromausfall, ..) freigeschaltet wird. Bei der Überwachungs- und Schutzeinrichtung kann es sich beispielsweise um ein System handeln, das verschiedene Parameter eines Motors, überprüft und hinsichtlich der Einhaltung von Sollwerten überwacht. Werden beispielsweise zu hohe Strom- oder Spannungswerte oder zu hohe Temperaturen festgestellt, erzeugt die Überwachungs- oder Schutzeinrichtung ein Fehlersignal, das über die Sendeeinheit ins Internet gelangt und dort abgerufen werden kann.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung des cyber-physikalischen Systems 1, das über eine drahtgebundene Schnittstelle 2, welche insbesondere durch eine RJ45-Buchse gebildet wird, mit dem Internet 3 in Verbindung steht. Die Verbindung erfolgt beispielsweise durch Einstecken eines Netzwerkkabels 4, welches Bestandteil eines mit dem Internet 3 in Verbindung stehenden Netzwerkes ist.
  • Das cyber-physikalische System 1 weist ferner eine Sende- und/oder Empfangseinheit 8 zum Senden und/oder Empfangen von Daten über das Internet auf, wobei die Verbindung zwischen der Sendeeinheit 8 und der drahtgebundenen Schnittstelle 2 im normalen Betrieb des cyber-physikalischen Systems durch einen steuerbaren Schalter 9 physikalisch getrennt ist. Der steuerbare Schalter 9 ist jedoch über eine interne Leitung 10 über eine Steuereinrichtung 7 im Sinne eines Schließens des steuerbaren Schalters 9 und damit im Sinne einer Freigabe der Verbindung zwischen dem cyber-physikalischen Systems 1 und dem Internet 3 ansteuerbar. So kann insbesondere vorgesehen werden, die Verbindung bei einem bestimmten Ereignis, beispielsweise in einem vorgegebenen Zeitfenster für Überwachungs- und/oder Wartungsarbeiten freigeben wird. Es ist aber auch denkbar, dass die Freigabe über einen Bediener Vorort, insbesondere mittels eines Eingabegeräts 11 oder über einen externen Kanal 12, insbesondere über eine Mobilfunkverbindung, ausgelöst wird.
  • Nach dem Sendevorgang wird die Verbindung zum Internet durch Öffnen des steuerbaren Schalters 9 wieder getrennt. Das cyber-physikalische System 1 ist somit nur für den kurzen Augenblick des Sendens oder Empfangens von Daten im Internet sichtbar.
  • Durch den steuerbaren Schalter, welcher eine physikalische Trennung der Verbindung zum Internet ermöglicht, kann ein 100%iger Schutz in der Phase gewährleistet werden, in welcher der Schalter geöffnet ist, also die Verbindung zum Internet physikalisch getrennt ist. Darüber hinaus ermöglicht der steuerbare Schalter die Verbindungen zum Internet möglichst kurz zu halten, was etwaige Hacker-Angriffe oder unerwünschte Manipulationen extrem erschweren.
  • Gemäß einer optionalen Ausgestaltung der Erfindung kann das cyber-physikalische System außerdem wenigstens eine Überwachungs- oder Schutzeinrichtung 5 aufweisen, die wenigstens einen Parameter des cyber-physikalischen Systems, beispielsweise Strom-, Spannungs- oder Temperaturwerte überwacht und bei Auftreten eines Fehlers ein Fehlersignal 6 erzeugt. Dieses Fehlersignals 6 wird dann von der Steuereinrichtung 7 zum Zwecke des Sendens des Fehlersignals an die als Sendeeinheit ausgebildete Sende- und/oder Empfangseinheit 8 weitergeleitet. Im Falle eines Fehlersignals 6 schließt die Steuereinrichtung 7 den steuerbaren Schalter 9 und gibt der Sende- und Empfangseinheit 8 den Befehl zum Senden des Fehlersignals 6 über die Schnittstelle 2 ins Internet 3.

Claims (10)

  1. Cyber-physikalisches System (1) mit - wenigstens einer Überwachungs- und Schutzeinrichtung (5) zur Überwachung verschiedener Parameter einer Maschine hinsichtlich der Einhaltung von Sollwerten und zur Erzeugung eines Fehlersignals (6) im Falle eines Fehlers und einer drahtgebundenen Schnittstelle (2) zum Internet (3) und - einer Sende- und/oder Empfangseinheit (8) zum Senden und/oder Empfangen von Daten über das Internet, wobei die Überwachungs- oder Schutzeinrichtung (5) mit der Sende- und/oder Empfangseinheit (8) zum Senden des Fehlersignals über das Internet in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtgebundene Schnittstelle mit einem steuerbaren Schalter (9) zur physikalischen Trennung und Freigabe der Verbindung zwischen dem cyber-physikalischen System (1) und dem Internet (3) in Verbindung steht und das cyber-physikalische System (1) wenigstens eine mit der Überwachungs- oder Schutzeinrichtung (5) in Verbindung stehende Steuereinrichtung (7) zur Ansteuerung des steuerbaren Schalters (9) zur kurzzeitigen Freigabe der Verbindung zwischen dem cyber-physikalischen System (1) und dem Internet (3) aufweist.
  2. Cyber-physikalisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtgebundene Schnittstelle (2) durch eine RJ45-Buchse gebildet wird.
  3. Cyber-physikalisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Schalter (9) durch ein Relais gebildet wird.
  4. Cyber-physikalisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Schalter (9) über einen externen Kanal (12) ansteuerbar ist.
  5. Cyber-physikalisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Schalter (9) durch einen Bediener Vorort ansteuerbar ist.
  6. Verfahren zum Betreiben eines cyber-physikalischen Systems, bei dem wenigstens eine Überwachungs- und Schutzeinrichtung (5) verschiedene Parameter einer Maschine hinsichtlich der Einhaltung von Sollwerten überwacht und im Falle eines Fehlers ein Fehlersignal (6) erzeugt und Daten über eine drahtgebundene Schnittstelle (2) zum Internet (3) gesendet und/oder empfangen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtgebundene Schnittstelle (2) zwischen dem cyber-physikalischen System (1) und dem Internet (3) mit einem steuerbaren Schalter (9) physikalisch getrennt wird und zum Senden und/oder Empfangen von Daten lediglich kurzzeitig freigegeben wird und wobei im Falle eines Fehlersignals die drahtgebundene Schnittstelle (2) zwischen dem cyber-physikalischen System (1) und dem Internet (3) zum Senden des Fehlersignals mittels des steuerbaren Schalters (9) kurzzeitig freigegeben wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Schalter (9) in einem vorgegebenen Zeitfenster freigegeben wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Schalter (9) bei Eintreten eines vorgegebenen Ereignisses freigegeben wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das die Option besteht, dass der steuerbare Schalter zum Senden oder Empfangen von Daten durch einen Bediener Vorort angesteuert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das die Option besteht, dass der steuerbare Schalter zum Senden oder Empfangen von Daten durch einen externen Kanal (12) angesteuert wird.
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