淺談西門子PLC控制程序的保護

在系統(tǒng)設計的初期，我們應該從系統(tǒng)的角度來考慮PLC控制程序的保護：

1. T.I.A（全集成自動化）的概念有助于保護我們的KNOW HOW

　　T.I.A實現(xiàn)了組態(tài)和編程，數(shù)據(jù)管理和通訊，自動化與驅動產(chǎn)品（包括PLC控制器、HMI人機界面、網(wǎng)絡、驅動器等產(chǎn)品）的高度集成。實踐證明，采用T.I.A集成概念設計的控制系統(tǒng)很難被抄襲。同一個軟件平臺，相同的硬件組成，一樣的總線通訊，*可以設計出截然不同的控制系統(tǒng)，這是一個讓自由發(fā)揮的平臺。例如，一個CPU315-2DP和2個MM440變頻器進行PROFIBUS-DP的通訊，除了PLC和變頻器有常規(guī)的數(shù)據(jù)交換，如果用戶使用了DRIVES ES的工程軟件，還能實現(xiàn)2個MM440之間的直接的快速數(shù)據(jù)交換，另外通過DRIVES ES還能實現(xiàn)PLC和MM440之間超過10個總共16個PZD過程數(shù)據(jù)的交換，實現(xiàn)PLC批量下載變頻器參數(shù)的功能。而這一切的實現(xiàn)從表面上看，硬件沒有發(fā)生任何的變化，仿制者很難從硬件上來判斷出系統(tǒng)是如何控制這兩臺驅動器的速度的。不熟悉西門子產(chǎn)品的仿制者無法輕易更換硬件配置或修改軟件，而即使仿制者是個西門子產(chǎn)品的專家，要獨自分析清楚具體細節(jié)問題也不是件容易的事情。從某種程度上說，T.I.A大大提高了對仿制者的技術水平要求的門檻，達到西門子系統(tǒng)集成專家水平的技術人員一是不多，二很少有愿意做這些不齒的事情的。

　　此外，對于一些較大系統(tǒng)的OEM開發(fā)商，路由通訊功能，iMAP軟件包等都是很不錯的T.I.A系統(tǒng)功能或工具，我們應該盡量利用T.I.A給我們帶來的技術優(yōu)勢，占領技術制高點，加大仿制或抄襲的技術難度。

2. 使用通訊功能

　　在實際的工作中，我們往往會遇到一些系統(tǒng)間需要數(shù)據(jù)交換的問題（如PLC-PLC之間，PLC與驅動器之間，PLC與儀表之間），無論是西門子產(chǎn)品之間還是西門子產(chǎn)品與第三方產(chǎn)品之間，建議使用通訊的方案來代替模擬量或開關量之間的信號互連的方案。對于前者，仿制者只能看見一條硬件的通訊線，至于有多少數(shù)據(jù)是如何通過通訊交換的，仿制者必須要花精力研究具體的用戶程序才能搞清楚；而對于后者，是省心省力了，仿制者也是一目了然，盡收眼底。

　　PLC與驅動器的通訊，除了了控制字/狀態(tài)字、設定值/反饋值及過程變量的數(shù)據(jù)通訊，驅動器工作的參數(shù)也能由PLC通過軟件下載，這樣即可以降低zui終用戶維護系統(tǒng)的技術要求，同時可以防止仿制者通過驅動器工作參數(shù)分析系統(tǒng)尤其在驅動方面的工作原理和設計思路。西門子公司的工程軟件DRIVE ES BASIC/SIAMTIC，為廣大的西門子產(chǎn)品用戶實現(xiàn)此類功能提供了一個強大的工具；而使用SIMATIC PLC卻使用第三方驅動器的用戶，也可以自行開發(fā)針對性的參數(shù)讀寫程序，一般支持PROFIBU-DP的驅動器都可以實現(xiàn)。

　　有時候我們的控制系統(tǒng)會由多個子控制系統(tǒng)構成，由此形成多CPU加人機界面的網(wǎng)絡，西門子S7-200產(chǎn)品常見的是PPI網(wǎng)絡，S7-300/400產(chǎn)品常見的是MPI網(wǎng)絡，通常是人機界面與CPU之間的數(shù)據(jù)交換，而我們也可在CPU的用戶程序中添加一些無須組態(tài)的S7基本通訊功能（S7-200可用NETR/NETW指令，S7-300/400可以用X_PUT/X_GET指令），定時或不定時地在CPU之間進行少量數(shù)據(jù)交換，通過這些數(shù)據(jù)實現(xiàn)子系統(tǒng)控制邏輯的互鎖。對于這樣的系統(tǒng)，仿制者要分析某一子系統(tǒng)的程序也不是件十分容易事情。

3. 使用面板類型的人機界面

　　盡量在自動化系統(tǒng)中使用面板類型的人機界面來代替單一的按鈕指示燈，雖然按鈕指示燈的功能是無法保密的，但目前為止，面板型人機界面能夠實現(xiàn)程序上載并實現(xiàn)反編譯的產(chǎn)品還不多見，可以在面板的畫面上加上明顯的廠家標識和等信息，仿制者還不至于傻到連這個也原樣照抄吧。這樣迫使仿制者必須重新編寫操作面板的程序甚至于PLC的程序，而則可利用面板和PLC數(shù)據(jù)接口的一些特殊功能區(qū)（如西門子面板的區(qū)域指針，或VB腳本）來控制PLC的程序執(zhí)行。這樣的PLC程序在沒有HMI源程序的情況下只能靠猜測和在線監(jiān)視來獲取PLC內部變量的變化邏輯，費時費力，極大的增加了仿制抄襲的難度。

4. 采用語言編寫部分重要的工藝程序

　　這一點主要針對采用S7-300/400或WINAC產(chǎn)品的控制設備，除了使用STEP 7提供的LAD，STL，F(xiàn)BD標準編程語言來開發(fā)控制程序，我們還可以使用SCL，S7-GRAPH等語言來開發(fā)一些重要的工藝程序，WINAC還可以使用ODK軟件包開發(fā)出專有的程序塊。一般的仿制者是不容易搞到這些開發(fā)工具的，即使有也不一定會使用，更不用說來讀懂這些程序了。

　　 在項目具體實施的過程中，我們應該從軟件開發(fā)技巧的角度來考慮PLC控制程序的保護：

　　1. 編程方式的采用

　　a） 采用模塊化的程序結構，采用符號名，參數(shù)化來編寫子程序塊

　　b） S7-300/400盡量采用背景數(shù)據(jù)塊和多重背景的數(shù)據(jù)傳遞方式

　　c） 多采用間接尋址的編程方式

　　d） 復雜系統(tǒng)的控制程序尤其是一些帶有順序控制或配方控制的程序，可以考慮采用數(shù)據(jù)編程的方式，即通過數(shù)據(jù)的變化來改變系統(tǒng)的控制邏輯或控制順序。

　　用戶應該盡量采用以上幾種層次的編程方式，這樣編出來的程序中嵌入系統(tǒng)的保護加密程序，才不容易被發(fā)現(xiàn)和解密。

　　2. 主動保護方法

　　a） 利用系統(tǒng)的時鐘

　　b） 利用程序卡或者CPU的ID號和序列號

　　c） 利用EEPROM的反寫入功能，及一些需要設置的內存保持功能

　　d） 利用系統(tǒng)提供的累時器功能

　　e） 在用戶程序的數(shù)據(jù)塊中設置密碼

　　f） 軟件上設置邏輯陷阱

　　g） 可以反向利用自己在編程時犯的錯誤

　　3. 被動保護方法

　　a） 在內存容量利用許可的條件下，不要刪除被認為是無用的程序

　　b） 在數(shù)據(jù)塊里留下的標識，以便于將來遭到侵權時可以取證

　　4. 應用反技術的注意事項

　　a） 在用戶程序中嵌入保護程序要顯得自然一些，不能很突兀的加出一段程序來，代碼要盡量精簡，變量符號名應與被嵌入程序段的變量保持一致

　　b） 往往一種保護加密手段是不夠的，應該多種方法并用，并且這些保護程序一旦激活后對系統(tǒng)造成的后果也應該盡量不同，造成所謂的“地雷效應”，從而增加程序被解密的難度，時間與成本，短時間內讓抄襲者束手無策，

　　c） 保護好程序的原代碼，如果需要交付程序的，在不影響用戶對設備維護的前提下，應對交付的程序做適當?shù)募夹g處理，如刪除部分符號名，采用上載的程序或數(shù)據(jù)塊

　　d） 做好嚴格的測試，以避免保護程序的不完善引起的誤動作而帶來的不必要的麻煩，同時也能降低售后服務的的費用

　　 運用保護手段的原則

　　我們雖然掌握了一些加密保護的手段，有一點必須明白，密碼和鎖的道理是一樣的，天下沒有打不開的鎖，也沒有解不開的密碼，我們從技術上采取的措施來防止侵權的作用還是十分有限的，因此大家不能把所有的希望都寄托在所謂的加密技術或解密與反解密技術上；除此之外我們還可以通過的申請等其他諸如法律手段來保護我們的知識產(chǎn)權；但zui重要的是我們不能安于現(xiàn)狀，而是要勇于創(chuàng)新，不斷地利用新技術開發(fā)新產(chǎn)品，占領技術新高地，爭做行業(yè)的*，才能使我們的企業(yè)立于不敗之地。

　　加密保護技術本身也是一把利劍，用好了客戶滿意，自己的權益又悄悄的得到了保護，用不好不僅不起作用，給售后服務帶來許多麻煩，還會得罪客戶；好人掌握這種技術是用來保護自己不被侵權，而用心不良的人會利用它去要挾客戶。因此本文也于討論了關于PLC程序加密保護的一些原則性指導性的內容，而沒有公布具體的程序代碼指令，請讀者們諒解。