Нефтевышка

Разработанная система представляет собой интегрированную киберфизическую платформу, которая моделирует взаимодействие аппаратных и программных компонентов в реальном времени. Её архитектура основана на одноплатном компьютере Raspberry Pi и включает в себя две ключевые компоненты программного обеспечения:

• Scada-LTS — система диспетчерского управления и сбора данных – все управляющие сигналы и данные с датчиков отображаются в таблице SCADA, изменяющиеся динамически.
• OpenPLC — программно-логический контроллер – отвечает за весь алгоритм работы системы, обрабатывает сигналы с датчиков и подает управляющие сигналы на Remote I/O (удаленный ввод-вывод).

В качестве устройства удаленного сбора данных используется контроллер ESP32, подключённый к мультидатчику температуры, влажности и давления. В качестве устройства Remote I/O используется отладочная плата Arduino Uno, которая осуществляет управление мотором на основе полученных данных. Информация передаётся в программно-логический контроллер с использованием протокола Modbus TCP. Этот компонент формирует замкнутый цикл: датчики собирают информацию, программно логический контроллер анализирует её и передает сигналы на отладочную плату, которая реализует физическое действие.

Схема системы

Для визуализации и контроля системы используется HMI (человеко машинный интерфейс), реализованный средствами системы диспетчерского управления и сбора данных, отображающий текущее состояние всех 3 элементов: показания датчиков, скорость мотора и статус коммуникаций. Это позволяет студентам в реальном времени наблюдать за работой системы и исправлять ошибки в конфигурации.

Физическим активом выступает модель нефтяной вышки, разработанная с использованием технологии 3D-печати. Суть этого подхода позволяет связать абстрактные концепции кибербезопасности с реальными индустриальными сценариями, демонстрируя последствия уязвимостей в протоколах передачи.

Разработка программной части системы была выполнена с использованием открытых программных инструментов. Для настройки устройств Remote I/O и удаленного сбора данных была использована платформа Arduino IDE. Программно-логический контроллер использует язык программирования Ladder Logic, что позволяет ускорить разработку. Программное обеспечение системы диспетчерского управления и сбора данных предоставляет удобный интерфейс как для контроля и анализа динамики параметров, так и для создания человеко-машинного интерфейса.

Разработанная киберфизическая платформа для имитации атак демонстрирует высокую эффективность в решении ключевой проблемы современного образования: недостаточной подготовленности студентов к работе с анализом защищенности.