现场总线控制系统（FCS）系列：Siemens ProfiBus for Printing_（11）.Profibus系统安全性.docx

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Profibus系统安全性

1.安全概述

在工业控制系统中，安全性是一个至关重要的方面。Profibus作为一种现场总线控制系统，广泛应用于印刷业中的各种设备和系统。确保Profibus系统的安全性不仅能够防止意外停机和生产中断，还能保护人员和设备的安全。本节将详细介绍Profibus系统的安全性原理和具体措施，包括物理层安全、数据传输安全、访问控制和故障检测等。

1.1物理层安全

物理层安全是指确保Profibus网络的物理连接和设备不受物理损坏或干扰的安全措施。这些措施包括电缆的选择和安装、接头的使用和维护、以及物理环境的保护。

1.1.1电缆选择和安装

电缆类型：Profibus网络通常使用屏蔽双绞线（ShieldedTwistedPair,STP）或非屏蔽双绞线（UnshieldedTwistedPair,UTP）。屏蔽双绞线可以提供更好的抗干扰能力，适用于电磁环境复杂的场合。

电缆长度：Profibus网络的最大电缆长度取决于传输速度和电缆类型。例如，对于传输速度为12Mbps的屏蔽双绞线，最大电缆长度为1000米；对于9.6Kbps的非屏蔽双绞线，最大电缆长度为1200米。

电缆安装：电缆应避免与电源线平行铺设，以减少电磁干扰。同时，电缆应固定在合适的位置，防止因机械振动或外部力量导致的损坏。

1.1.2接头使用和维护

接头类型：常用的Profibus接头包括M12、7/8英寸和RJ45等。M12接头适用于工业环境，具有较高的可靠性和抗干扰能力。

接头安装：接头应安装牢固，避免松动导致信号丢失。在连接设备时，应确保接头的正确性和一致性。

接头维护：定期检查接头的连接状态，及时更换损坏的接头。使用防尘盖保护未使用的接头，防止灰尘和水分进入。

1.1.3物理环境保护

环境温度：确保Profibus电缆和设备在规定的温度范围内工作，避免高温或低温导致的性能下降或故障。

电磁干扰：在电磁环境复杂的场合，应使用屏蔽电缆和接头，并采取其他抗干扰措施，如接地和滤波。

机械保护：在机械振动较大的环境中，应使用防振和抗振措施，确保电缆和接头的稳定性。

2.数据传输安全

数据传输安全是指确保Profibus网络中的数据在传输过程中不被篡改、丢失或泄露的安全措施。这些措施包括数据校验、加密和认证等。

2.1数据校验

数据校验是通过添加校验码来检测数据传输过程中是否发生错误的一种方法。Profibus使用循环冗余校验（CyclicRedundancyCheck,CRC）来校验数据的完整性。

2.1.1CRC校验原理

CRC校验通过生成一个校验码并将其附加到数据帧中，接收端通过计算接收到的数据帧的校验码并与发送端的校验码进行比较，从而检测数据是否被篡改。

2.1.2CRC校验实现

#Python实现ProfibusCRC校验

defcrc_profibus(data,poly=0x1D):

计算ProfibusCRC校验码

:paramdata:输入数据，类型为字节列表

:parampoly:生成多项式，默认为0x1D

:return:CRC校验码

crc=0xFF

forbyteindata:

crc^=byte

for_inrange(8):

ifcrc0x80:

crc=(crc1)^poly

else:

crc=1

crc=0xFF

returncrc

#示例

data=[0x01,0x02,0x03,0x04]

crc_code=crc_profibus(data)

print(fCRC校验码:{crc_code:02X})

2.2数据加密

数据加密是通过将数据转换为密文来防止数据在传输过程中被非法截获和篡改的一种方法。Profibus-DP版本不支持数据加密，但Profibus-PA版本支持数据加密。

2.2.1数据加密原理

数据加密通常使用对称加密算法，如AES（AdvancedEncryptionStandard）。发送端和接收端使用相同的密钥进行加密和解密。

2.2.2数据加密实现

#Python实现AES数据加密

fromCrypto.CipherimportAES

fromCrypto.Util.Paddingimportpad,unpa