大学工业攻防试验平台基础设计搭建

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摘要：为了成立全新的网络安全实验室，上海大学与奇安信公司合作共同搭建网络安全攻防平台。重点介绍有关攻防平台中的工控设备的基础软硬件搭建。该工控设备建造的目的是作为网络安全攻防演练的被攻击平台，该设备模拟了一个产品流水线，具有上料、质检以及下料的基本功能。硬件方面主要选用的是台达机器人以及台达控制器，软件方面通过力控、ISPsoft以及台达机器视觉软件等软件完成相应功能。软硬件结合，完成该工控设备的基础功能搭建。

关键词：工控设备；力控软件；ISPSoft；攻防平台

1系统基础功能

本工业控制攻防平台是为上海大学实验使用量身定做，基础功能为模拟一个产品流水线，后期将作为攻防平台中的被攻击平台。其基础传送装置应具备以下几个功能：1）上料：上料机器人负责将产品上料至传送带。2）加工：当传送带将产品送到加工机器人处，由气泵推送至取货台，由加工机器人将产品夹取至加工台，加工完成后，再次由加工机器人夹取至质检台。3）质检：通过质检台的视觉监测机器，判断产品是否符合标准，判断标准可以自定义，本实验以颜色来进行产品分类。4）下料：产品经过质检后，由下料机器人取走，并根据质检结果，放至不同的下料传送带。5）安全急停：设定一键急停功能，当发生紧急情况时手动停止整个传送装置。同时设定手动一键恢复功能。6）数据传输：实现数据的实时传输，上位机显示所有机器人的实时状态及当前和历史质检结果。上位机同时具有系统的一键初始化功能。

2系统硬件

系统硬件主要由三部分组成：设备层、控制层、监控层。设备层的主要硬件包含传送带、三轴滑台以及三台机器人等组成。其中两台机器人选用垂直多关节机器人，一台选用水平关节机器人。水平关节机器人选用台达DRS60L6系列，其具有免感知顺应功能、优越的速度和精度，同时在线性度和垂直度方向也具有较高性能，该机器人主要负责将加工完成的产品放入视觉检测机器。垂直多关节工业机器人选用台达DRV70L系列，其具有高精度、高速度的特点，通过DCV控制器的配合使用，可以掌握关键元器件打造出一个十分简洁快速的机器人工作站，这样做可以有效地节约各项成本。垂直多关节机器人主要负责产品的上料与下料部分。控制器部分主要选用台达AS系列，AS系列主机内置CANopen网络通讯和EtherNet／IP工业网络连接，实现高速数据传输。通讯讯号采用CAN协议并进行机制优化，模块数量增加。使用开放式工业以太网络通讯协定，满足实时控制与数据搜集。同时支持使用Modbus协议进行数据传输，物理层接口有RS232、RS422、RS485和以太网接口。图1为设备层与控制器基本组成。监控层主要由视觉监测、工程师站、机器人监视上位机以及攻击套件组成。视觉监测监控软件采用DMV1000系列机器视觉，可以提供多样化数字I／O接点，通讯接口有RS－232、Ether-Net以及台达PLC－LINK。数据可视化实时显示以及部分指令传输通过上位机实现。在本平台中，视觉机器与上位机通过以太网进行数据的传输，视觉机器与控制器可以通过RS－232通讯格式快速连接，不需要额外编写复杂的通讯程序。台达PLC支持MODBUS协议，上位机与控制器之间同样通过EtherNet接口进行数据传输。

3系统软件

该工控平台的搭建软件部分主要通过力控、ISPSoft以及台达机器视觉软件等完成。数据可视化及实时显示通过力控完成，通过与PLC的连接，完成数据的实时显示，如图2所示，可视化界面显示了所有机器人状态、传送带状态以及质检结果。同时支持通过上位机对控制器发出相应指令。传送带、气缸气阀以及三轴滑台的程序控制由ISPSoft软件负责。作为新一代IEC编辑软件，ISPSoft使用不同于以往传统程序架构的模块化程序架构（POU），提高了开发效率。同时该软件支持数据形态的自定义以及支持程序运行中的实时修改和更新，这也使得编辑更加便捷。ISPSoft同时支持多种编程语言，例如梯形图、结构化语言、连续功能图等的搭配使用，本工控设备的基本编程语言使用梯形图，图3为视觉检测机器启动的部分示例程序，通过下列程序，完成加工台的初始启动，检测到物料并识别的过程。产品质检操作主要由台达机器视觉软件完成。该视觉软件可以完成基本的色彩检测功能，同时支持动态范围的曝光修正以及视觉倾斜矫正。在本智能制造工控平台中，设定颜色为判断标准，红色为质检合格产品，而蓝色为质检不合格产品。

4实验验证

该工控设备成功的完成启动，初始化，急停以及上料下料质检等基础功能。通过对该智能制造工控平台进行产品模拟投放试验，由表1可知，合格产品检出率100％，不合格产品检出率100％，成功地完成了对产品质量的检测。

参考文献

［1］台达推机器人联网智能制造方案［J］．锻压装备与制造技术，2017，52（3）：6－6

［2］台达分拣机器人解决方案助力食品包装行业成功降低人力成本［J］．国内外机电一体化技术，2017（5）：26－26

［3］中达电通股份有限公司［EB／OL］．［5］周娜，陈智华．基于工业以太网的上位机监控系统［J］．计算机与数字工程，2012，40（3）：:55－57

［6］刘为国．工业以太网实现水污染监测系统的设计［J］．自动化仪表，2012，33（6）：56－58

作者：蒋舒玥 李玉峰 曹晨红 李江涛 单位：上海大学计算机工程与科学学院