ES2908712T3 - Sistema de vigilancia - Google Patents
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Abstract
Un sistema de vigilancia (18), que comprende: un primer dispositivo de detección en tiempo real (28) configurado para detectar datos de salida del equipo objetivo (22), un segundo dispositivo de detección en tiempo real (34) configurado para detectar una instrucción de control que va a ser introducida en el equipo objetivo (22), emitiéndose la instrucción de control desde un dispositivo de control central (32) configurado para recibir una operación de un operador; y un dispositivo de vigilancia (44) configurado para adquirir los datos de salida del primer dispositivo de detección en tiempo real (28) y para adquirir la instrucción de control del segundo dispositivo de detección en tiempo real (34), en donde el dispositivo de vigilancia (44) está configurado para funcionar como una unidad de simulación (52) configurada para simular el equipo objetivo (22), con modelos del equipo objetivo (22) y el dispositivo de control central (32), y para calcular una instrucción de control que se requiere para generar los datos de salida del equipo objetivo (22) haciendo el cálculo inverso a partir de los datos de salida adquiridos del primero dispositivo de detección en tiempo real (28), y una unidad de determinación (54) configurada para determinar que se ha producido una anomalía en el equipo objetivo (22), cuando una diferencia entre la instrucción de control calculada por la unidad de simulación (52) y la instrucción de control adquirida del segundo dispositivo de detección en tiempo real (34) es igual o superior a un umbral predeterminado.
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema de vigilancia
Campo
La presente invención se refiere a un sistema de vigilancia.
Antecedentes
Existen varios sistemas industriales tales como instalaciones de plantas para la fabricación y para la generación de energía eléctrica, instalaciones de infraestructura para el suministro de electricidad y gas y para la gestión de líneas de comunicación, equipos de transporte tales como trenes y aviones, y similares. Tales sistemas industriales están cada vez más conectados a una red de comunicación (red de Internet) para su gestión. Un sistema industrial conectado a una red de comunicación como ésta no puede funcionar correctamente cuando el control del sistema industrial se ve interferido por ciberataques tales como malware y ataques distribuidos de denegación de servicio (DDoS). Asimismo, incluso cuando un sistema industrial no está conectado a Internet, el sistema industrial puede estar expuesto a ciberataques y deshabilitado debido a malware recibido a través de un medio de almacenamiento o cargado en el equipo con anticipación.
Como un dispositivo para gestionar el funcionamiento de sistemas industriales, un método para evaluar, con datos de funcionamiento reales y datos de simulación, si los sistemas industriales funcionan correctamente, se ha conocido.
Lista de citas
Bibliografía de patentes
Bibliografía de patentes 1: Solicitud de patente japonesa abierta al público n.° 2016-104987
Bibliografía de patentes 2: Documento US 2007/043539 A1
Bibliografía de patentes 3: Documento EP 2048562 A1
Bibliografía de patentes 4: Documento US 2015/346706 A1
El documento US 2007/043539 A1 desvela un sistema de vigilancia de anomalías y un método de vigilancia de anomalías. Una sección de simulación simula el funcionamiento de un dispositivo de campo en la planta mediante el uso de un modelo de dispositivo. Una sección de comparación compara los datos de salida reales del dispositivo de campo con los datos de salida de simulación que se obtienen mediante simulación por parte de la sección de simulación. Una sección de evaluación juzga la ocurrencia de anomalía de la planta basándose en un resultado de comparación realizado por la sección de comparación. Una sección de estimación de errores estima un error entre los datos de proceso y los datos de entrada, los datos de proceso se indican como datos de entrada al dispositivo de campo, y los datos de entrada se introducen realmente en el dispositivo de campo. En este caso, los datos de proceso se corrigen basándose en un resultado de estimación por la sección de estimación de errores, y los datos de proceso corregidos se introducen en el modelo del dispositivo.
El documento EP 2048562 A1 desvela un método para proporcionar al menos una señal de sensor de entrada para una aplicación de control y/o vigilancia de una instalación. El método comprende los pasos de: proporcionar al menos una señal de sensor real basándose en al menos una cantidad medida en la instalación; proporcionar al menos un modelo dinámico de la instalación; estimar estados sobre al menos la base de al menos una señal de sensor usando el modelo dinámico; generar al menos una señal de sensor virtual a partir de los estados estimados calculando al menos una condición local en la instalación a partir de los estados estimados y establecer al menos una señal de sensor virtual a partir de al menos una condición local; proporcionar al menos una señal de sensor virtual como al menos una señal de sensor de entrada para la aplicación de control y/o vigilancia.
El documento US 2015/346706 A1 desvela un método computarizado para la vigilancia automática de sistemas de control. El método puede comprender recibir valores de medición electrónicos, medidos en uno o más conductores de dispositivos de control computarizados, donde los conductores pueden ser un conductor de bus del sistema y/o una línea de entrada y salida de un controlador lógico programable. El método puede comprender calcular automáticamente patrones de datos normales basándose en un análisis de los valores de medición electrónicos. El método puede comprender la coincidencia entre nuevos valores de medición electrónicos medidos en los dispositivos de control computarizados y los patrones de datos normales para detectar automáticamente patrones de datos irregulares. El método puede comprender enviar automáticamente una alerta de operación irregular en respuesta a los patrones de datos irregulares.
Problema técnico
El sistema desvelado en la Bibliografía de patentes 1: controla la operación analizando la información de carga objetivo. Sin embargo, es posible que el sistema no pueda identificar el estado de la planta industrial con precisión o detalle. Cuando no se pueda identificar con precisión el estado de la planta industrial, no es posible determinar con precisión si la planta industrial funciona correctamente bajo la influencia de ciberataques.
La presente invención se ha realizado para resolver los problemas descritos anteriormente, y un objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema de vigilancia capaz de vigilar un sistema industrial para ser gestionado con mayor precisión.
Solución al problema
Para resolver el problema descrito anteriormente y lograr el objetivo, se proporciona un sistema de vigilancia como se establece en la reivindicación independiente 1. Los desarrollos ventajosos se definen en las reivindicaciones dependientes.
Efectos ventajosos de la invención
De acuerdo con la presente invención, es posible vigilar efectivamente un sistema industrial para ser gestionado con mayor precisión.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra la configuración completa de una planta industrial que tiene un sistema de vigilancia de acuerdo con la presente realización.
La Figura 2 es una vista esquemática que ilustra una configuración de un dispositivo de vigilancia.
La Figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra un ejemplo de un proceso realizado por el sistema de vigilancia.
Descripción de las realizaciones
En lo sucesivo en el presente documento, una realización de una planta industrial que tiene un sistema de vigilancia de acuerdo con la presente solicitud se describirá en detalle con referencia a los dibujos adjuntos. El sistema de vigilancia de acuerdo con la presente solicitud no debe limitarse a la siguiente realización. La presente realización se aplica a una planta industrial 10. Sin embargo, por ejemplo, un sistema de vigilancia 18 de la presente realización se puede aplicar también a equipos de transporte tales como trenes y tráfico de carretera, cuando diversas infraestructuras tales como de energía eléctrica, gas, suministro de agua, químicas y de aceite deben ser vigilados y controlados.
En primer lugar, se describirá un ejemplo de configuración de un sistema de red de vigilancia y control con referencia a la Figura 1. La Figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra la configuración completa de una planta industrial que tiene un sistema de vigilancia de acuerdo con la presente realización. La planta industrial 10 de acuerdo con la presente realización incluye una instalación de planta 12, una unidad de control 14, un bus de comunicación 16, y el sistema de vigilancia 18. Debe notarse que la configuración ilustrada en la Figura 1 es simplemente un ejemplo, y la configuración específica y el número de dispositivos no están particularmente limitados. Solo se ilustra una única instalación de planta 12. Sin embargo, el sistema de vigilancia 18 administra y vigila una pluralidad de las instalaciones de planta 12. El bus de comunicación 16 está conectado a la instalación de planta 12 y a la unidad de control 14, y transmite y recibe datos. El bus de comunicación 16 puede estar conectado a la comunicación pública, o puede no estar conectado a la comunicación pública. Asimismo, el bus de comunicación 16 puede tener comunicación inalámbrica o comunicación alámbrica.
La instalación de planta 12 es una planta para fabricar productos, una planta para generar energía eléctrica, y similares. La instalación de planta 12 incluye el equipo objetivo 22, un dispositivo de control 24, un sensor 26 y un dispositivo de detección en tiempo real (primer dispositivo de detección en tiempo real) 28. El dispositivo de detección en tiempo real (primer dispositivo de detección en tiempo real) 28 es parte del sistema de vigilancia 18. El equipo objetivo 22 es el equipo que será vigilado y gestionado por la instalación de planta 12. En una planta de generación de energía, el equipo objetivo 22 puede ser parte de la instalación de planta, tal como un generador, una turbina de gas y una caldera; o equipo como una válvula, una bomba y un motor de la planta de generación de energía.
El dispositivo de control 24 controla el funcionamiento del equipo objetivo 22. El dispositivo de control 24 controla el funcionamiento del equipo objetivo 22, basándose en la entrada de información de la unidad de control 14, y el resultado de detección del sensor 26. El sensor 26 detecta el estado del equipo objetivo 22. El sensor 26 detecta la temperatura, presión, giro, y similares. El dispositivo de detección en tiempo real (primer dispositivo de detección en tiempo real) 28 está conectado entre el sensor 26 y el bus de comunicación 16, y entre el dispositivo de control 24 y el bus de comunicación 16. El dispositivo de detección en tiempo real 28 detecta la entrada y salida de información del sensor 26 y el dispositivo de control 24. El dispositivo de detección en tiempo real 28 envía los datos detectados a un dispositivo de vigilancia 44 del sistema de vigilancia 18. El dispositivo de detección en tiempo real 28 obtiene el estado (valor del sensor) del equipo objetivo 22 detectado por el sensor 26 y el resultado de control de la instalación
de planta 12, como datos de salida de la instalación de planta 12.
La unidad de control 14 vigila el estado de la instalación de planta 12. Cuando un operador o similar introduce una operación, la unidad de control 14 controla el funcionamiento de la instalación de planta 12. La unidad de control 14 incluye un dispositivo de control central 32 y un dispositivo de detección en tiempo real (segundo dispositivo de detección en tiempo real) 34. El dispositivo de control central 32 está conectado al bus de comunicación 16. El dispositivo de control central 32 incluye un dispositivo de visualización, una consola de operaciones, y similares. El dispositivo de control central 32 hace que el dispositivo de visualización muestre la salida de información del equipo objetivo 22 y el sensor 26. Un operador o similar opera la consola de operación e introduce una operación. El dispositivo de control central 32 transmite la operación al dispositivo de control 24 de la instalación de planta 12 a través del bus de comunicación 16. Por ejemplo, el dispositivo de control central 32 transmite un comando de control para ordenar al equipo objetivo 22 que encienda el suministro de energía, y un comando de control para ordenar al equipo objetivo 22 que apague el suministro de energía. El dispositivo de detección en tiempo real (segundo dispositivo de detección en tiempo real) 34 está conectado entre el dispositivo de control central 32 y el bus de comunicación 16. El dispositivo de detección en tiempo real 34 detecta la entrada y salida de información del dispositivo de control central 32. El dispositivo de detección en tiempo real 34 envía los datos detectados al dispositivo de vigilancia 44 del sistema de vigilancia 18.
El sistema de vigilancia 18 gestiona y vigila los estados de la instalación de planta 12 y de la unidad de control 14. El sistema de vigilancia 18 incluye los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34, un bus de comunicación 42, y el dispositivo de vigilancia (dispositivo de gestión de seguridad) 44. El bus de comunicación 42 conecta los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34 con el dispositivo de vigilancia 44 y transmite y recibe datos. El sistema de vigilancia 18 está dispuesto en la misma instalación que la instalación de planta 12 (equipo objetivo 22) y la unidad de control 14, y no está dispuesto lejos de la unidad de control 14. Asimismo, el protocolo de datos transmitidos a través del bus de comunicación 42 es diferente del protocolo de datos transmitidos a través del bus de comunicación 16. Cabe señalar que los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34 también pueden ser un solo dispositivo. En otras palabras, en la presente realización, se utilizan un total de dos dispositivos de detección en tiempo real. Sin embargo, se puede proporcionar un solo dispositivo de detección en tiempo real en una de la instalación de planta 12 y la unidad de control 14. Asimismo, se pueden proporcionar tres o más de los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34.
La Figura 2 es una vista esquemática que ilustra una configuración de un dispositivo de vigilancia. El dispositivo de vigilancia 44 incluye un dispositivo aritmético, un dispositivo de almacenamiento, y similares. El dispositivo de vigilancia 44 es un dispositivo para el análisis y la determinación, realizando un procesamiento aritmético. El dispositivo de vigilancia 44 determina los estados del equipo objetivo 22 y del dispositivo de control central 32, más específicamente, si se ha producido una anomalía en el equipo objetivo 22 y el dispositivo de control central 32, basándose en la información recibida de los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34, y el resultado analizado. El dispositivo de vigilancia 44 incluye una unidad de recepción de datos detectada 50, una unidad de simulación (unidad de análisis) 52, una unidad de acumulación 53 y una unidad de determinación 54.
La unidad de recepción de datos detectada 50 recibe datos transmitidos desde los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34. La unidad de recepción de datos detectada 50 adquiere todos los datos detectados por los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34. La unidad de simulación 52 incluye una unidad aritmética 60, un modelo de dispositivo de control central 62, un modelo de equipo 64, y un modelo de dispositivo de control 66. La unidad aritmética 60 realiza la simulación. El modelo de dispositivo de control central 62 son datos que modelan el dispositivo de control central 32. El modelo de equipo 64 son datos que modelan el equipo objetivo 22 de la instalación de planta 12. El modelo de dispositivo de control 66 son datos que modelan el dispositivo de control 24 de la instalación de planta 12. La unidad de simulación 52 realiza simulación sobre el funcionamiento de la planta industrial 10, basándose en los modelos del modelo de dispositivo de control central 62, el modelo de equipo 64, y el modelo de dispositivo de control 66. La unidad de simulación 52 adquiere información sobre una instrucción de control, en otras palabras, un comando de control que se transmite del dispositivo de control central 32 al dispositivo de control 24, del dispositivo de detección en tiempo real 34. El comando de control es información sobre el contenido de la instrucción que se envía del dispositivo de control central 32 al dispositivo de control 24 y que controla el equipo objetivo 22. Basándose del comando de control (introduciendo el comando de control en el modelo), la unidad de simulación 52 realiza la simulación de la planta industrial 10 y calcula los datos de salida de simulación. Los datos de salida de simulación son un valor calculado de los datos de salida en la simulación, cuando se opera la planta industrial. En otras palabras, los datos de salida de simulación son un valor calculado de un parámetro correspondiente a los datos de salida reales, cuando la planta industrial 10 está en funcionamiento. El parámetro de los datos de salida es un parámetro del valor del sensor (por ejemplo, temperatura) detectada por el sensor 26, y el resultado de control (por ejemplo, una cantidad de electricidad) de la instalación de planta 12.
La unidad de acumulación 53 adquiere datos transmitidos desde los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34 desde la unidad de recepción de datos detectada 50, y acumula y almacena en su interior los datos. En otras palabras, la unidad de acumulación 53 acumula y almacena en ella datos anteriores a los últimos datos (en tiempo real) detectados por los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34. Los datos previos acumulados en la unidad de acumulación 53 incluyen datos cuando el equipo objetivo 22 y el dispositivo de control central 32 funcionan en un
estado normal (estado cuando no se ha producido ninguna anomalía).
La unidad de determinación 54 compara los datos transmitidos desde los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34 con el resultado de simulación de la unidad de simulación 52. La unidad de determinación 54 determina después si se ha producido una anomalía en el equipo objetivo 22 y el dispositivo de control central 32, basándose en el resultado de comparación. Asimismo, la unidad de determinación 54 compara los datos en tiempo real transmitidos desde los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34 con los datos anteriores almacenados en la unidad de acumulación 53. La unidad de determinación 54 determina después si se ha producido una anomalía en el equipo objetivo 22 y el dispositivo de control central 32, basándose en el resultado de comparación.
En lo sucesivo en el presente documento, se describirá una operación del sistema de vigilancia 18. La Figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra un ejemplo de un proceso realizado por el sistema de vigilancia. Como se ilustra en la Figura 3, el sistema de vigilancia 18 detecta operaciones del equipo objetivo 22 y el sensor 26 por el dispositivo de detección en tiempo real 28, detecta el funcionamiento del dispositivo de control central 32 por el dispositivo de detección en tiempo real 34, y transmite el resultado de detección al dispositivo de vigilancia 44 (paso S12). El sistema de vigilancia 18 simula el estado de operación de la planta industrial 10 por la unidad de simulación 52 en el dispositivo de vigilancia 44 (paso S14). La unidad de simulación 52 realiza la simulación basándose en el comando de control en tiempo real (último) detectado por el dispositivo de detección en tiempo real 34, y calcula los datos de salida de simulación. La detección de datos por los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34 y la simulación por la unidad de simulación 52 pueden ejecutarse en paralelo. La unidad de determinación 54 en el dispositivo de vigilancia 44 del sistema de vigilancia 18 compara el resultado de la simulación con el resultado de detección y emite el resultado de comparación (paso S16). Asimismo, la unidad de determinación 54 en el dispositivo de vigilancia 44 del sistema de vigilancia 18 adquiere los datos previos que han sido almacenados en la unidad de acumulación 53 y que son transmitidos desde los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34. Después, la unidad de determinación 54 compara los datos anteriores con los datos actuales (datos en tiempo real) detectados por los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34, y emite el resultado de comparación (paso S18). Cuando se determina que ha ocurrido una anomalía, la unidad de determinación 54 notifica la ocurrencia de irregularidad, y cuando se determina que no ha ocurrido una anomalía, la unidad de determinación 54 notifica que la planta industrial 10 funciona normalmente. Cuando la planta industrial 10 funciona normalmente, no es necesario hacer la notificación.
Cuando se determina que ha ocurrido una anomalía, el dispositivo de vigilancia 44 hace que el dispositivo de control central 32 realice una notificación para tal efecto. Por ejemplo, el dispositivo de vigilancia 44 hace que el dispositivo de control central 32 muestre un mensaje que indica que se ha producido una anomalía. Asimismo, cuando se determina que ha ocurrido una anomalía, el dispositivo de vigilancia 44 puede detener las operaciones del equipo objetivo 22 y el dispositivo de control central 32. Además, cuando se determina que ha ocurrido una anomalía, el dispositivo de vigilancia 44 puede desconectar el equipo objetivo 22 y el dispositivo de control central 32 de la red (bus de comunicación 16). El dispositivo de vigilancia 44 puede restaurar la red (bus de comunicación 16) conectando un equipo alternativo al equipo (equipo objetivo 22 y dispositivo de control central 32) que está detenido o desconectado, a la red (bus de comunicación 16). El dispositivo de vigilancia 44 puede activar también automáticamente el equipo alternativo por tecnología virtual.
A continuación se describirá un ejemplo de determinación realizada por la unidad de determinación 54. En la determinación en el paso S14, la unidad de determinación 54 adquiere el valor actual (último valor) de los datos de salida que se emiten cuando se opera la planta industrial 10, del dispositivo de detección en tiempo real 28. Como se ha descrito anteriormente, el valor actual de los datos de salida es el valor detectado de cada parámetro, como un valor del sensor (por ejemplo, temperatura) detectada por el sensor 26, y el resultado de control (por ejemplo, una cantidad de electricidad) de la instalación de planta 12. La unidad de determinación 54 adquiere después datos de salida de simulación de la unidad de simulación 52. La unidad de determinación 54 compara los valores de los datos de salida con los datos de salida de simulación del mismo parámetro (por ejemplo, temperatura). Si la diferencia entre los valores es igual o superior a un umbral predeterminado, la unidad de determinación 54 determina que se ha producido una anomalía. Si la diferencia entre los valores es inferior al umbral predeterminado, la unidad de determinación 54 determina que no se ha producido ninguna anomalía. En consecuencia, cuando el valor de un comando de control se emite al equipo objetivo 22 como un valor irregular y el valor de los datos de salida se emite como un valor normal falso debido a ciberataques o similares, el dispositivo de vigilancia 44 puede detectar la salida de este falso valor normal.
Asimismo, basándose en el estado (datos de salida) del equipo objetivo 22, la unidad de simulación 52 calcula una instrucción, en otras palabras, una salida de comando de control desde el dispositivo de control central 32. En otras palabras, haciendo el cálculo inverso a partir de los datos de salida reales detectados por el dispositivo de detección en tiempo real 28, la unidad de simulación 52 calcula un comando de control en la simulación que debería haberse introducido cuando se emiten los datos de salida. Al comparar el comando de control real detectado por el dispositivo de detección en tiempo real 34 con el comando de control calculado por la unidad de simulación 52, la unidad de determinación 54 determina si se ha producido una anomalía en el dispositivo de control central 32. Si los valores del comando de control real detectado por el dispositivo de detección en tiempo real 34 y el comando de control calculado por la unidad de simulación 52 son iguales o superiores a un umbral predeterminado, la unidad de determinación 54 determina que se ha producido una anomalía. Si la diferencia entre los valores del comando de control real detectado
por el dispositivo de detección en tiempo real 34 y el comando de control calculado por la unidad de simulación 52 es igual o superior al umbral predeterminado, la unidad de determinación 54 determina que no se ha producido ninguna anomalía. En consecuencia, cuando el valor del comando de control se emite al equipo objetivo 22 como un valor irregular y el valor de los datos de salida se emite como un valor normal falso debido a ciberataques o similares, el dispositivo de vigilancia 44 puede detectar la salida de este falso valor normal.
Además, en la determinación en el paso S16, la unidad de determinación 54 adquiere un parámetro del comando de control actual (último), en otras palabras, información sobre qué tipo de control se va a realizar en el equipo objetivo 22, del dispositivo de detección en tiempo real 34. Después, la unidad de determinación 54 adquiere un parámetro de un comando de control anterior, en otras palabras, información sobre qué tipo de control se ha realizado en el equipo objetivo 22, de la unidad de acumulación 53. Cuando el parámetro del comando de control actual (último) se desvía del parámetro del comando de control anterior, la unidad de determinación 54 determina que se ha producido una anomalía. Cuando el parámetro del comando de control actual (último) no se desvía del parámetro del comando de control anterior, la unidad de determinación 54 determina que no se ha producido ninguna anomalía. Por ejemplo, cuando el contenido del control realizado por el comando de control actual (último) no es realizado por el contenido del control realizado por el comando de control anterior, la unidad de determinación 54 determina que el parámetro se desvía. Asimismo, cuando el contenido del control llevado a cabo por el comando de control actual mientras la instalación de planta 12 está en un estado determinado (por ejemplo, cuando la instalación de planta 12 está activada, en funcionamiento o detenida) son diferentes de los contenidos de control llevados a cabo por el comando de control anterior mientras la instalación de planta 12 está en el mismo estado (por ejemplo, cuando la instalación de planta 12 está activada, en funcionamiento o detenida), la unidad de determinación 54 determina que el parámetro se desvía. En consecuencia, cuando dicho control no realizado previamente esté a punto de realizarse debido a ciberataques o similares, la unidad de determinación 54 puede determinar que el control es irregular.
Aún más, en la determinación en el paso S16, la unidad de determinación 54 adquiere un parámetro de los datos de salida actuales (últimos), en otras palabras, información sobre qué tipo de datos de salida se transmitirán al exterior, del dispositivo de detección en tiempo real 28. La unidad de determinación 54 adquiere entonces un parámetro de los datos de salida anteriores, en otras palabras, información sobre qué tipo de datos de salida se han transmitido al exterior, de la unidad de acumulación 53. Cuando el parámetro de los datos de salida actuales (últimos) se desvía del parámetro de los datos de salida anteriores, la unidad de determinación 54 determina que se ha producido una anomalía. Cuando el parámetro de los datos de salida actuales (últimos) no se desvía del parámetro de los datos de salida anteriores, la unidad de determinación 54 determina que no se ha producido ninguna anomalía. Por ejemplo, cuando el parámetro de los datos de salida a emitir al exterior no está incluido en el parámetro de los datos de salida que se ha emitido previamente, la unidad de determinación 54 determina que el parámetro se desvía. Asimismo, cuando el parámetro de los datos de salida que se emite cuando el control se ejecuta mediante un determinado comando de control, es diferente del parámetro de los datos de salida que se emite cuando el control se ejecuta mediante el mismo comando de control en el pasado, la unidad de determinación 54 determina que el parámetro se desvía. Por tanto, cuando los datos de salida del parámetro que no ha sido enviado al exterior están a punto de ser enviados al exterior por ciberataques o similares, la unidad de determinación 54 determina que la salida es irregular.
Aún más, cuando el destino de la transmisión de la instrucción (comando de control) se emite desde el dispositivo de control central 32, el resultado de control de la instalación de planta 12, o el valor del sensor es diferente del resultado de simulación de la unidad de simulación 52 y los resultados anteriores obtenidos por la unidad de acumulación 53, la unidad de determinación 54 determina que se ha producido una anomalía. De esta forma, al detectar un cambio en el destino de la transmisión al realizar una comparación con el resultado de la simulación o los datos anteriores, es posible detectar que los datos se envían al destino de la transmisión que no se ha establecido, debido a ciberataques o similares.
Aún más, cuando el contenido de transmisión de la instrucción (comando de control) se emite desde el dispositivo de control central 32, el resultado de control de la instalación de planta 12, o el valor del sensor son diferentes del resultado de simulación de la unidad de simulación 52 y los resultados anteriores obtenidos por la unidad de acumulación 53, la unidad de determinación 54 determina que se ha producido una anomalía. De esta forma, al determinar el contenido de la transmisión, es posible detectar que se transmite una instrucción diferente y datos diferentes. En consecuencia, es posible determinar si la planta industrial 10 funciona correctamente.
Aún más, cuando la orden de transmisión de la instrucción (comando de control) se emite desde el dispositivo de control central 32, el resultado de control de la instalación de planta 12, o el valor del sensor es diferente del resultado de simulación de la unidad de simulación 52 y los resultados anteriores obtenidos por la unidad de acumulación 53, la unidad de determinación 54 determina que se ha producido una anomalía. De esta forma, al determinar el orden de transmisión, es posible detectar que se transmite una instrucción diferente y datos diferentes. En consecuencia, es posible determinar si la planta industrial 10 funciona correctamente.
Cuando la frecuencia de transmisión o la cantidad de datos de transmisión de la instrucción (comando de control) se emite desde el dispositivo de control central 32, el resultado de control de la instalación de planta 12, el valor del sensor, o similar, es diferente del resultado de simulación de la unidad de simulación 52 y los resultados anteriores obtenidos por la unidad de acumulación 53, la unidad de determinación 54 determina que se ha producido una
anomalía. De esta forma, al determinar la frecuencia de transmisión y la cantidad de datos de transmisión, es posible detectar que se transmiten datos innecesarios, o detectar que no se transmiten datos necesarios. En consecuencia, es posible determinar si la planta industrial 10 funciona correctamente y si se ha producido una fuga de datos.
Si la relación entre la salida de instrucción (comando de control) del dispositivo de control central 32, el resultado de control de la instalación de planta 12, y el valor del sensor es diferente del resultado de simulación de la unidad de simulación 52 o los resultados anteriores obtenidos por la unidad de acumulación 53, la unidad de determinación 54 determina que se ha producido una anomalía. Al determinar la relación de esta forma, es posible detectar una desviación entre la instrucción y la operación a ejecutar, y el resultado detectado y el resultado de la operación. En consecuencia, es posible determinar si la planta industrial 10 funciona correctamente.
Asimismo, comparando el valor actual (último valor) de la salida de instrucción (comando de control) del dispositivo de control central 32, el resultado de control de la instalación de planta 12, o el valor del sensor, con el valor anterior de las instrucciones (comando de control) acumuladas en la unidad de acumulación 53, el resultado de control de la instalación de planta 12, o el valor del sensor, la unidad de determinación 54 puede detectar o predecir una anomalía. Por ejemplo, la unidad de determinación 54 puede calcular primero el valor promedio de los datos de salida (resultado de control y valor del sensor) acumulados en la unidad de acumulación 53. Después, cuando los datos de salida actuales se desvían estadísticamente del valor promedio, la unidad de determinación 54 determina que el equipo objetivo 22 correspondiente a los datos de salida es irregular (averiado). Asimismo, basándose en los comandos de control acumulados en la unidad de acumulación 53 y el último comando de control detectado, la unidad de determinación 54 cuenta el número de veces que se realiza el mismo control. Cuando el número de veces que se realiza el mismo control supera un umbral, la unidad de determinación 54 predice que existe una gran posibilidad de que se produzca una anomalía (avería) en el equipo objetivo 22 que se va a controlar.
Además, basándose en los últimos datos transmitidos desde los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34, y los datos previos acumulados en la unidad de acumulación 53, el dispositivo de vigilancia 44 actualiza el modelo de simulación (modelo de dispositivo de control central 62, modelo de equipo 64, y modelo de dispositivo de control 66). Por ejemplo, se puede cambiar el rendimiento del equipo objetivo 22, debido a la degradación y a las características de las piezas individuales del equipo. En un caso de este tipo, al actualizar el modelo de simulación, el dispositivo de vigilancia 44 puede realizar una simulación más precisa correspondiente al cambio en el rendimiento. Por ejemplo, el dispositivo de vigilancia 44 actualiza el modelo de simulación a partir de los últimos datos transmitidos desde los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34, y actualiza el umbral para determinar la anomalía. En consecuencia, es posible mejorar la precisión de la detección de anomalías. Asimismo, al actualizar el modelo de simulación, el dispositivo de vigilancia 44 puede calcular el parámetro operativo más eficiente (valor del comando de control) del equipo objetivo 22, basándose en la simulación. Además, por ejemplo, al actualizar el modelo de simulación, el dispositivo de vigilancia 44 puede cambiar el valor del comando de control con respecto al equipo objetivo 22 que se sospecha que es irregular, detectar la condición que tiene una alta reproducibilidad de irregularidad en la simulación, y especificar la causa de la irregularidad. Aún más, al actualizar el modelo de simulación, el dispositivo de vigilancia 44 puede predecir con mayor precisión la aparición de anomalías mediante simulación.
Aún más, en el dispositivo de vigilancia 44, la unidad de simulación 52 calcula los datos de salida más rápido que la instalación de planta 12 que realiza el procesamiento real. En otras palabras, en la unidad de simulación 52, la velocidad desde que se ingresa un comando de control hasta que se calculan los datos de salida de la simulación es más rápida (por ejemplo, cinco veces más rápida) que la velocidad desde que se introduce una orden de control en el equipo objetivo 22 hasta que se genera el resultado de la variación de los datos de salida que reflejan el comando de control. Esto hace posible analizar más rápido que el tiempo real y predecir, detener o advertir anomalías como una futura sobrecarga.
Como se ha descrito anteriormente, el sistema de vigilancia 18 de acuerdo con la presente realización incluye los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34, y el dispositivo de vigilancia 44. El dispositivo de detección en tiempo real 28 detecta el estado (datos de salida) del equipo objetivo 22. El dispositivo de detección en tiempo real 34 detecta la salida de instrucción de control (comando de control) del dispositivo de control central 32 que proporciona una instrucción de control al equipo objetivo 22. El dispositivo de vigilancia 44 adquiere información (datos de salida y comando de control) de los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34. El dispositivo de vigilancia 44 incluye la unidad de simulación 52 (unidad de análisis) y la unidad de determinación 54. La unidad de simulación 52 simula el estado (datos de salida) del equipo objetivo 22, con los modelos del equipo objetivo 22 y del dispositivo de control central 32. La unidad de determinación 54 compara los resultados calculados por la unidad de análisis con la información adquirida de los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34, y determina si se ha producido una anomalía en el equipo objetivo 22. Cabe señalar que los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34 pueden ser un solo dispositivo o tres o más dispositivos, en lugar de ser dos dispositivos como se ha descrito anteriormente.
En el sistema de vigilancia 18, la unidad de simulación 52 realiza la simulación basándose en la información detectada por los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34. En el sistema de vigilancia 18, basándose en el resultado de la simulación calculado por la unidad de simulación 52, y la información real detectada por los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34, la unidad de determinación 54 detecta si se ha producido una anomalía en el equipo objetivo 22. Por ejemplo, puede ocurrir una anomalía en el equipo objetivo 22 y el dispositivo de control central 32 debido a
ciberataques. En un caso de este tipo también, cuando se ha producido una anomalía en la información de comunicación debido a ciberataques y el equipo objetivo 22 funciona de forma irregular en realidad, en algunos casos, la información detectada por los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34 no puede indicar anomalías. En otras palabras, en un caso de este tipo, no es posible controlar si la planta industrial 10 funciona correctamente bajo la influencia de ciberataques. Con el sistema de vigilancia 18 de acuerdo con la presente realización, es posible confirmar si el equipo objetivo 22 funciona como simulado, realizando simulación con la información detectada por los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34. Por tanto, el sistema de vigilancia 18 puede vigilar el sistema industrial (por ejemplo, equipo objetivo 22) para que sea gestionado con alta precisión cuando ocurren ciberataques, por ejemplo.
Asimismo, el sistema de vigilancia 18 está instalado en una instalación donde está instalado el equipo objetivo 22. Por tanto, incluso cuando se vigila una gran cantidad de datos, el sistema de vigilancia 18 puede vigilar adecuadamente la gran cantidad de datos sin aumentar el volumen de comunicación con el exterior.
Además, la unidad de determinación 54 actualiza un umbral predeterminado (umbral de determinación de irregularidad) para determinar la irregularidad, basándose en la información (últimos datos) de los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34. Al actualizar el umbral de determinación de anomalías basándose en la última información, el sistema de vigilancia 18 puede vigilar con mayor precisión.
Aún más, la unidad de análisis (unidad de simulación 52) calcula la instrucción, en otras palabras, la salida del comando de control del dispositivo de control central 32, basándose en el estado (datos de salida) del equipo objetivo 22. La unidad de determinación 54 compara la instrucción (comando de control) calculada por la unidad de análisis con la instrucción (comando de control) detectada y adquirida por el dispositivo de detección en tiempo real 34, y determina si se ha producido una anomalía en el dispositivo de control central 32. El sistema de vigilancia 18 calcula la orden de control calculando hacia atrás a partir del estado del equipo objetivo 22 y compara el comando de control calculado con el comando de control real. En consecuencia, el sistema de vigilancia 18 puede vigilar apropiadamente si el dispositivo de control central 32 presenta una anomalía (emite una instrucción irregular).
Aún más, el sistema de vigilancia 18 incluye la unidad de acumulación 53 que acumula la información anterior detectada por los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34. La unidad de determinación 54 determina si se ha producido una anomalía en el equipo objetivo 22, comparando la información anterior acumulada en la unidad de acumulación 53 con la información actual detectada por los dispositivos de detección en tiempo real 28 y 34. Al comparar el estado actual con el estado anterior cuando no ha ocurrido una anomalía, el sistema de vigilancia 18 puede mejorar aún más la precisión de la vigilancia.
Entre los procesos descritos en la presente realización, todos o una parte de los procesos descritos como realizados automáticamente pueden realizarse manualmente, o todos o una parte de los procesos descritos como realizados manualmente pueden realizarse automáticamente con un método conocido. De forma adicional, los procedimientos de procesamiento, los procedimientos de control, los nombres específicos y la información que incluye varios tipos de datos y parámetros descritos en la memoria descriptiva y los dibujos anteriores pueden cambiarse opcionalmente, a no ser que se especifique lo contrario.
Lista de signos de referencia
10 Planta industrial
12 Instalación de planta
14 Unidad de control
16 Bus de comunicación
18 Sistema de vigilancia
22 Equipo objetivo
24 Dispositivo de control
26 Sensor
28, 34 Dispositivo de detección en tiempo real
32 Dispositivo de control central
42 Bus de comunicación
44 Dispositivo de vigilancia (dispositivo de
gestión de seguridad)
50 Unidad de recepción de datos detectada
52 Unidad de simulación
53 Unidad de acumulación
54 Unidad de determinación
60 Unidad aritmética
62 Modelo de dispositivo de control central
64 Modelo de equipo
66 Modelo de dispositivo de control
Claims (3)
1. Un sistema de vigilancia (18), que comprende:
un primer dispositivo de detección en tiempo real (28) configurado para detectar datos de salida del equipo objetivo (22),
un segundo dispositivo de detección en tiempo real (34) configurado para detectar una instrucción de control que va a ser introducida en el equipo objetivo (22), emitiéndose la instrucción de control desde un dispositivo de control central (32) configurado para recibir una operación de un operador; y
un dispositivo de vigilancia (44) configurado para adquirir los datos de salida del primer dispositivo de detección en tiempo real (28) y para adquirir la instrucción de control del segundo dispositivo de detección en tiempo real (34), en donde
el dispositivo de vigilancia (44) está configurado para funcionar como
una unidad de simulación (52) configurada para simular el equipo objetivo (22), con modelos del equipo objetivo (22) y el dispositivo de control central (32), y para calcular una instrucción de control que se requiere para generar los datos de salida del equipo objetivo (22) haciendo el cálculo inverso a partir de los datos de salida adquiridos del primero dispositivo de detección en tiempo real (28), y
una unidad de determinación (54) configurada para determinar que se ha producido una anomalía en el equipo objetivo (22), cuando una diferencia entre la instrucción de control calculada por la unidad de simulación (52) y la instrucción de control adquirida del segundo dispositivo de detección en tiempo real (34) es igual o superior a un umbral predeterminado.
2. El sistema de vigilancia (18) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el dispositivo de vigilancia (44) está instalado en una instalación donde está instalado el equipo objetivo (22).
3. El sistema de vigilancia (18) de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en donde la unidad de determinación (54) está configurada para actualizar los modelos y el umbral, basándose en los datos de salida adquiridos del primer dispositivo de detección en tiempo real (28) y la instrucción de control adquirida del segundo dispositivo de detección en tiempo real (34).
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