大學工業攻防試驗平臺基礎設計搭建
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摘要：為了成立全新的網絡安全實驗室，上海大學與奇安信公司合作共同搭建網絡安全攻防平臺。重點介紹有關攻防平臺中的工控設備的基礎軟硬件搭建。該工控設備建造的目的是作為網絡安全攻防演練的被攻擊平臺，該設備模擬了一個產品流水線，具有上料、質檢以及下料的基本功能。硬件方面主要選用的是臺達機器人以及臺達控制器，軟件方面通過力控、ISPsoft以及臺達機器視覺軟件等軟件完成相應功能。軟硬件結合，完成該工控設備的基礎功能搭建。
關鍵詞：工控設備；力控軟件；ISPSoft；攻防平臺
1系統基礎功能
本工業控制攻防平臺是為上海大學實驗使用量身定做，基礎功能為模擬一個產品流水線，后期將作為攻防平臺中的被攻擊平臺。其基礎傳送裝置應具備以下幾個功能：1）上料：上料機器人負責將產品上料至傳送帶。2）加工：當傳送帶將產品送到加工機器人處，由氣泵推送至取貨臺，由加工機器人將產品夾取至加工臺，加工完成后，再次由加工機器人夾取至質檢臺。3）質檢：通過質檢臺的視覺監測機器，判斷產品是否符合標準，判斷標準可以自定義，本實驗以顏色來進行產品分類。4）下料：產品經過質檢后，由下料機器人取走，并根據質檢結果，放至不同的下料傳送帶。5）安全急停：設定一鍵急停功能，當發生緊急情況時手動停止整個傳送裝置。同時設定手動一鍵恢復功能。6）數據傳輸：實現數據的實時傳輸，上位機顯示所有機器人的實時狀態及當前和歷史質檢結果。上位機同時具有系統的一鍵初始化功能。
2系統硬件
系統硬件主要由三部分組成：設備層、控制層、監控層。設備層的主要硬件包含傳送帶、三軸滑臺以及三臺機器人等組成。其中兩臺機器人選用垂直多關節機器人，一臺選用水平關節機器人。水平關節機器人選用臺達DRS60L6系列，其具有免感知順應功能、優越的速度和精度，同時在線性度和垂直度方向也具有較高性能，該機器人主要負責將加工完成的產品放入視覺檢測機器。垂直多關節工業機器人選用臺達DRV70L系列，其具有高精度、高速度的特點，通過DCV控制器的配合使用，可以掌握關鍵元器件打造出一個十分簡潔快速的機器人工作站，這樣做可以有效地節約各項成本。垂直多關節機器人主要負責產品的上料與下料部分。控制器部分主要選用臺達AS系列，AS系列主機內置CANopen網絡通訊和EtherNet／IP工業網絡連接，實現高速數據傳輸。通訊訊號采用CAN協議并進行機制優化，模塊數量增加。使用開放式工業以太網絡通訊協定，滿足實時控制與數據搜集。同時支持使用Modbus協議進行數據傳輸，物理層接口有RS232、RS422、RS485和以太網接口。圖1為設備層與控制器基本組成。監控層主要由視覺監測、工程師站、機器人監視上位機以及攻擊套件組成。視覺監測監控軟件采用DMV1000系列機器視覺，可以提供多樣化數字I／O接點，通訊接口有RS－232、Ether-Net以及臺達PLC－LINK。數據可視化實時顯示以及部分指令傳輸通過上位機實現。在本平臺中，視覺機器與上位機通過以太網進行數據的傳輸，視覺機器與控制器可以通過RS－232通訊格式快速連接，不需要額外編寫復雜的通訊程序。臺達PLC支持MODBUS協議，上位機與控制器之間同樣通過EtherNet接口進行數據傳輸。
3系統軟件
該工控平臺的搭建軟件部分主要通過力控、ISPSoft以及臺達機器視覺軟件等完成。數據可視化及實時顯示通過力控完成，通過與PLC的連接，完成數據的實時顯示，如圖2所示，可視化界面顯示了所有機器人狀態、傳送帶狀態以及質檢結果。同時支持通過上位機對控制器發出相應指令。傳送帶、氣缸氣閥以及三軸滑臺的程序控制由ISPSoft軟件負責。作為新一代IEC編輯軟件，ISPSoft使用不同于以往傳統程序架構的模塊化程序架構（POU），提高了開發效率。同時該軟件支持數據形態的自定義以及支持程序運行中的實時修改和更新，這也使得編輯更加便捷。ISPSoft同時支持多種編程語言，例如梯形圖、結構化語言、連續功能圖等的搭配使用，本工控設備的基本編程語言使用梯形圖，圖3為視覺檢測機器啟動的部分示例程序，通過下列程序，完成加工臺的初始啟動，檢測到物料并識別的過程。產品質檢操作主要由臺達機器視覺軟件完成。該視覺軟件可以完成基本的色彩檢測功能，同時支持動態范圍的曝光修正以及視覺傾斜矯正。在本智能制造工控平臺中，設定顏色為判斷標準，紅色為質檢合格產品，而藍色為質檢不合格產品。
4實驗驗證
該工控設備成功的完成啟動，初始化，急停以及上料下料質檢等基礎功能。通過對該智能制造工控平臺進行產品模擬投放試驗，由表1可知，合格產品檢出率100％，不合格產品檢出率100％，成功地完成了對產品質量的檢測。
參考文獻
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作者：蔣舒玥 李玉峰 曹晨紅 李江濤 單位：上海大學計算機工程與科學學院
