CN105281295B - 用于保护电机和/或耦合至电机的操作机器免受不正确的控制操作的方法和保护设备 - Google Patents
用于保护电机和/或耦合至电机的操作机器免受不正确的控制操作的方法和保护设备 Download PDFInfo
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Abstract
在用于保护电机和/或耦合至电机的操作机器免受不正确控制操作的方法中，根据第一出错准则来检测电机和/或操作机器的不正确控制操作的数目，并且根据第二出错准则来检测电机和/或操作机器的不正确控制操作的数目，以及将这两个数目进行加总。在此实例中，当检测出的不正确控制操作的总数超过预定极限时，产生警报信号和/或将电机切换至预定义状态。用于保护电机和/或耦合至电机的操作机器免受不正确控制操作的保护设备基本上提供以下组件：第一检测单元，用于根据第一出错准则来检测电机和/或操作机器的不正确控制操作；至少第二检测单元，用于根据第二出错准则来检测电机和/或操作机器的不正确控制操作；加总构件，用于对不正确控制操作的数目进行加总；以及致动单元，用于当检测出的不正确控制操作的总数超过预定极限时产生警报信号和/或将电机切换至预定义状态。
Description
技术领域
本发明涉及用于保护电机和/或耦合至电机的操作机器免受不正确的控制操作的方法和保护设备。
背景技术
在许多应用中、有时还在具有关键基础设备的应用中(诸如举例而言在供水***的泵中或者在发电站里的冷却过程中)使用电机。在借助网络技术、计算机和IT以日益增长的程度联网的世界中，工业应用也可能遭受黑客、病毒和恶意软件的攻击。近年来，此问题因专用或隔离的现场总线和控制及引导***被基于TCP/IP的网络(工业以太网)替代和补充而已加剧。在许多情形中，电机的控制单元、调节器、频率转换器和其他控制单元由此具有因特网连接。用于控制电机的这些控制和调节设备如今几乎完全是基于微处理器(Linux往往被用作操作***)的，并具有可自由编程的存储并且因此在技术上可被恶意软件访问。另一已知示例为恶意软件“Stuxnet(震网)”，借助该恶意软件“Stuxnet”，伊朗的离心机已被机械损坏。
不能100％防范恶意软件是已知的。作为标准程序中新发现的安全漏洞的结果，新问题将一再出现。应当假定，由于在PLC、频率转换器或调节器上引入尚未被当前保护软件标识的潜在关键的恶意软件，类似问题也会在机器和设施联网的情况下出现。
在办公室工作领域中，对保护的要求基本上限于数据、旨在被确保的数据的完整性、机密性和可用性。在损坏情形中，在大多数情况下借助从备份重新安装***和重构数据来限制显著部分的损坏是可能的。在ICS(工业控制***)领域中，这是不同的：在此实例中，通过恶意软件，机器可能有时被损坏而无法修复。一方面，这导致受影响的组件必须被替换，并且另一方面，被该组件影响的过程在很大程度上被打断。在此实例中特别关键的是在大量组件中使用并且可能通过不正确的控制而被损坏的电机。也耦合至电机的操作机器(诸如泵、压缩机或接入***(门、大门、斜坡))也被相应地危及。目前，已借助电机保护继电器和电机保护开关来保护电机。为此，电机的电流消耗和/或绕组温度被测量作为重要参数并且与极限值作比较(EP 1 967 831 B1)。
DE 34 43 276 A1涉及用于保护电机并且用于使用电机的温度和所流逝的操作时间来预测电机服务寿命的设备和方法。在此实例中，提供了连接至电机的模型设备以监视电机绕组的温度并且根据电机绕组的温度来生成电机的出错率。该出错率通过积分器来积分以生成电机的出错发生率，连接至积分器的逻辑致动或快速关闭电路接收该出错发生率并且据此生成致动或关闭信号。
发明内容
现在，本发明的目的是提供用于保护电机和/或耦合至电机的操作机器免受不正确的控制操作的方法和保护设备，其特征在于高效率水平并且确保对电机和/或耦合至电机的操作机器的有效保护。
根据本发明，该目的是通过下面两段所述的方法和保护设备的特征来达成的。在本发明内容的后续段落中阐述本发明的有益实施例。
在根据本发明的用于保护电机和/或耦合至电机的操作机器免受不正确的控制操作的方法中，根据第一出错准则来检测电机和/或操作机器的不正确控制操作的数目，并且根据第二出错准则来检测电机和/或操作机器的不正确控制操作的数目，以及将这两个数目进行加总。在此实例中，当检测出的不正确控制操作的总数超过预定极限时，产生警报信号和/或将电机切换至预定义状态。
根据本发明的用于保护电机和/或耦合至电机的操作机器免受不正确的控制操作的保护设备基本上提供以下组件：第一检测单元，用于根据第一出错准则来检测电机和/或操作机器的不正确控制操作；至少第二检测单元，用于根据第二出错准则来检测电机和/或操作机器的不正确控制操作；加总构件，用于对不正确控制操作的数目进行加总；以及致动单元，用于当检测出的不正确控制操作的总数超过预定极限时产生警报信号和/或将电机切换至预定义状态。
这里阐述的本发明描述了一种电机保护***，其在现有技术以外测量附加的物理参数以标识对电机的关键控制。由于电机在物理学方面非常好理解，并且常规电机保护电路及其期望范围的操作方法是已知的或者可以借助简单的测试非常快速地建立，因而可以容易地以以下方式来控制电机和/或操作机器：个体差错准则仍不会触发任何警报、但至少两个不同的不正确控制操作的总数可以导致电机和/或耦合至电机的操作机器的损坏。
与借助病毒扫描仪、防火墙、加密和其他措施来标识恶意软件并且防止其访问的常规病毒保护程序相反，本发明假定电机和/或操作机器被恶意代码控制。通过将至少两种不同出错准则的不正确控制操作进行加总，还可以在电机和/或操作机器关于特定的出错准则仍处于期望范围内时标识出临界状态。
通过测量电机和/或操作机器或其控制装置上的至少两个不同物理变量或参数来标识可能容易地导致其毁坏的状态。
取决于个体出错准则的类型，在对不正确控制操作进行加总时对其不同地加权可以是有益的。如果电机或耦合至电机的操作机器是借助网络来控制的，则保护设备应当优选被布置成与该网络分开，以使得根据不同出错准则对不正确控制操作的检测、对不正确控制操作的数目的加总、以及警报信号的致动或者电机至预定义状态的转移不会受到恶意软件的影响。
作为具有关于电机和耦合至电机的操作机器的良好知识的结果，可以在出错准则中相对简单地描述潜在攻击者具有的毁坏电机的最重要可能性。这些出错准则被存储在保护设备中并且不断地被监视。如果检测出的不正确控制操作的总数超过预定极限，则保护设备可以关闭电机或者使电机进入预定义安全状态。在具有用于冷却介质的泵的情况下，此类状态可以例如是最大输出。因此，尽管在一些情况下要消耗比所需要的更多能量，但是在任何情形中都存在足够的冷却。
可被监视的参数一方面可被划分成描述电机及其保护的参数，并且另一方面可被划分成描述耦合至电机的操作机器的参数。在此实例中，特别是检测并且计及电机和/或操作机器的以下阐述的至少一种出错准则是可能的：未经授权的切换频率、未经授权的最大和/或最小开启历时、未经授权的速度改变、未经授权的旋转方向改变、电机线圈中不允许的高的电机电流、未经授权的电机电流频率、频率上未经授权的电机电压、频率上未经授权的电机电流、电机和/或操作机器中未经授权的振荡、操作机器中有错误的过程参数。
用于频率转换器的恶意软件的编程者可以并行地选择两种或更多种准则以关键地控制和毁坏电机。例如，交替地将电机电流设成过高并且以过快的方式改变旋转方向是可能的。然而，对电机的选择性损坏将始终在有限的短时间段内发生。出于这个原因，每当超过这些出错准则之一时，就增加保护模块中的公共计数器，而不管已超过哪个规则。当此计数器在特定时间单元内超过已定义极限时，保护设备发出警报信号和/或电机切换至预定义安全状态。作为加总的结果，还防止了错误警报(操纵警告，但实际上仅存在“正常”的电机短暂过载)的数目变得过高。
附图说明
以下参照对实施例的描述来更详细地解释本发明的其他实施例。
图1是具有电机、耦合至电机的操作机器和保护设备的设施的框图。
具体实施方式
电机1借助电连接2连接至控制设备3(频率转换器、调节器、PLC等)并且机械地连接至操作机器4。操作机器4可以例如是冷却电路的压缩机。
保护设备至少包括各自检测电机1、电机的控制装置或操作机器4的状态变量的第一检测单元5、第二检测单元6和第三检测单元7，这些状态变量与电机或操作机器的潜在损坏相关。例如，可以检测以下状态变量：电机的切换频率、最大和/或最小开启时段、速度、旋转方向、电机绕组中的电机电流、电机电流的频率、频率上的电机电压、频率上的电机电流、电机和/或操作机器中的振荡、操作机器中的过程参数。然而，该列表并不旨在被认为是限定性的。取决于电机或操作机器，还可以测量和评估附加或其他的状态变量。
保护设备进一步包括电子评估单元8，检测单元5、6、7中测得的状态变量被一起评估和比较，从而在公共的加总构件84中计及个体加权因子81、82、83。在此实例中，将测得的状态变量与预定的期望值作比较。如果超过期望值，则这被分类为不正确控制操作，其中检测单元5、6和7的所有不正确控制操作在加总构件84中可任选地用个体加权因子来加总。
如果检测单元在预定义的时间段内检测到过高数目的不正确控制操作，则借助致动设备85来生成输出信号9，该输出信号9指示对控制设备3的可能操纵。此输出信号9可以是警报信号。然而，通过此输出信号9，还可以将电机切换至预定义状态。在预定义时间段上对不正确控制操作进行加总还具有以下优点：在仅超过一次期望值的情况下不会生成输出信号9。
Claims (7)
1.一种用于保护电机(1)和/或耦合至所述电机的操作机器(4)免受不正确控制操作的方法，其中根据第一出错准则来检测所述电机(1)和/或所述操作机器(4)的不正确控制操作的数目，并且根据第二出错准则来检测所述电机(1)和/或所述操作机器(4)的不正确控制操作的数目，以及将这两个数目进行加总，其中当检测出的不正确控制操作的总数超过预定极限时，警报信号被产生和/或所述电机(1)被切换至预定义状态，其中在所述不正确控制操作被加总时，所述第一出错准则和所述第二出错准则被施加不同的权重。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，检测并且计及以下阐述的所述电机(1)和/或所述操作机器的至少一个出错准则：未经授权的切换频率、未经授权的最大和/或最小开启历时、未经授权的速度改变、未经授权的旋转方向改变、电机线圈中不允许的高的电机电流、未经授权的电机电流频率、频率上未经授权的电机电压、频率上未经授权的电机电流、所述电机和/或所述操作机器中未经授权的振荡、所述操作机器中有错误的过程参数。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，仅当在预定时间段内检测出的不正确控制操作的总数超过预定义极限时，所述警报信号才被产生和/或所述电机(1)才被切换至预定义状态。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电机(1)是借助网络来控制的，并且对所述不正确控制操作的检测、对所述不正确控制操作的数目的加总、以及在检测出的所述不正确控制操作的总数超过预定极限时产生所述警报信号和/或将所述电机(1)切换至预定义状态是在不连接至所述网络的情况下执行的。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电机(1)是借助网络来控制的，并且对所述不正确控制操作的检测、对所述不正确控制操作的数目的加总、以及在检测出的所述不正确控制操作的总数超过预定极限时产生所述警报信号和/或将所述电机(1)切换至预定义状态是在不连接至所述网络的情况下执行的。
6.一种用于保护电机(1)和/或耦合至所述电机的操作机器(4)免受不正确控制操作的保护设备，所述保护设备具有：
-第一检测单元(5)，用于根据第一出错准则来检测所述电机和/或所述操作机器的不正确控制操作，
-至少第二检测单元(6，7)，用于根据第二出错准则来检测所述电机(1)和/或所述操作机器(4)的不正确控制操作，
-加总构件(84)，用于在对所述第一出错准则和所述第二出错准则施加不同权重的情况下对不正确控制操作的数目进行加总，以及
-致动单元(85)，用于在检测出的不正确控制操作的总数超过预定极限时产生警报信号和/或将所述电机(1)切换至预定义状态。
7.如权利要求6所述的保护设备，其特征在于，所述电机(1)经由网络连接以进行控制，并且所述保护设备被布置成与所述网络分开。
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