现场总线控制系统（FCS）系列：Bosch Rexroth Sercos III (用于石油和天然气行业)_（7）.石油和天然气行业中的SercosIIIsafety功能.docx

PAGE1

PAGE1

石油和天然气行业中的SercosIIISafety功能

1.引言

在石油和天然气行业中，安全是最重要的考量因素之一。SercosIII（SerialReal-timeCommunicationSystem）作为一种高性能的现场总线通信系统，不仅提供了实时数据传输，还集成了先进的Safety功能，确保系统在极端环境下仍能安全可靠地运行。本节将详细介绍SercosIIISafety功能在石油和天然气行业中的应用原理和具体实现方法。

2.SercosIIISafety功能概述

SercosIIISafety功能是基于IEC61508和IEC61784-3标准的，旨在提供一种安全可靠的通信机制，确保在工业自动化系统中的安全相关设备能够正确无误地进行数据交换。该功能通过硬件和软件的双重保护机制，实现了对安全数据的实时传输和完整性验证。

2.1安全通信的基本要求

在石油和天然气行业中，安全通信需要满足以下基本要求：

实时性：安全数据必须在规定的时间内传输和处理。

可靠性：通信系统必须能够检测和纠正数据传输错误。

完整性：确保数据在传输过程中不被篡改或丢失。

冗余性：提供多重通信路径，确保单一路径故障不会影响整体系统的安全性能。

2.2SercosIIISafety功能的实现

SercosIIISafety功能通过以下技术实现：

安全协议：基于SERCOSIII协议，增加了安全相关的报文和机制。

硬件保护：使用双通道通信和冗余硬件设计。

软件保护：实现安全数据的加密、验证和错误检测。

3.安全通信协议

3.1安全报文格式

SercosIIISafety报文格式与标准SercosIII报文格式类似，但在数据帧中增加了安全相关的字段。这些字段用于数据的完整性验证、错误检测和安全状态的报告。

+++++

|帧头|数据字段|安全字段|帧尾|

+++++

|(标准)|(标准)|(安全相关)|(标准)|

+++++

3.2安全字段的作用

安全标识符：用于标识报文是否为安全报文。

安全序列号：用于检测报文的顺序和丢失。

安全校验码：用于验证报文的完整性。

安全状态：用于报告设备的安全状态。

3.3安全报文的生成和验证

3.3.1安全报文生成

安全报文的生成过程如下：

数据准备：将需要传输的安全数据准备好。

安全字段添加：添加安全标识符、安全序列号、安全校验码和安全状态。

数据加密：使用加密算法对数据进行加密，以防止数据被篡改。

报文发送：将生成的安全报文发送到目标设备。

#Python示例：生成安全报文

importhashlib

defgenerate_sercos_iii_safety_message(data,sequence_number,status):

生成SercosIIISafety报文

:paramdata:要传输的数据

:paramsequence_number:安全序列号

:paramstatus:安全状态

:return:安全报文

#安全标识符

safety_identifier=0#示例安全标识符

#添加安全字段

message={

frame_header:b\x00\x01,

data_field:data,

safety_field:{

safety_identifier:safety_identifier,

sequence_number:sequence_number,

status:status

},

frame_footer:b\xFF\xFF

}

#生成安全校验码

message_hash=hashlib.sha256(str(message).encode()).hexdigest()

message[safety_field][safety_check]=message_hash

#数据加密

encrypted_data=encrypt_data(data)

message[da