Дипломная работа на тему "ТЮМГУ | Защищенная автоматизированная система для мониторинга и управления микроклиматом жилого здания с учетом погодных условий"

Работа на тему: Защищенная автоматизированная система для мониторинга и управления микроклиматом жилого здания с учетом погодных условий
Оценка: отлично.
Оригинальность работы на момент публикации 50+% на антиплагиат.ру.
Ниже прилагаю все данные для покупки.
https://studentu24.ru/list/suppliers/Anastasiya1---1326

Описание работы

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ИНСТИТУТ МАТЕМАТИКИ И КОМПЬЮТЕРНЫХ НАУК
Кафедра информационной безопасности


ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
дипломная работа
ЗАЩИЩЕННАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ МОНИТОРИНГА И УПРАВЛЕНИЯ МИКРОКЛИМАТОМ ЖИЛОГО ЗДАНИЯ С УЧЕТОМ ПОГОДНЫХ УСЛОВИЙ

Тюмень 2023

РЕФЕРАТ
Выпускная квалификационная работа посвящена разработке защищенной автоматизированной системы для мониторинга и управления микроклимата жилого здания с учетом погодных условий. Работа состоит из
217 страниц, 26 таблиц, 126 рисунков, 7 листингов, 70 использованных источников и 9 приложений.
При разработке проекта АСУ ТП были использованы материалы нормативно-технической, нормативно-правовой, технической документации, статьи, материалы сети Интернет по связанным темам, список угроз безопасности информации с базы данных угроз ФСТЭК.
Целью выпускной квалификационной работы является завершение проекта АСУ ТП, завершение модели угроз и нарушителя, начатых в рамках предыдущих работ, разработка и внедрение технических методов защиты информации. Для выполнения цели была изучена соответствующая документация; проектирование систем, алгоритмов на основании результатов математического моделирования; подобран список необходимого оборудования; созданы модели угроз и нарушителя, разработана система защиты.
Ключевые слова: АСУ ТП, анализ погодных условий, анализ микроклимата, промышленная сеть, SCADA-система, ИБ.

СОДЕРЖАНИЕ
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 6
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ 7
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Обзор технологий организации микроклимата жилых зданий 11
1.1 Стандарты микроклимата жилых зданий 11
1.2 Существующие подходы к обеспечению микроклимата 13
1.2.1 О системах отопления 13
1.2.2 О системах вентиляции 17
1.3 Описание технического задания 19
Выводы по главе 1 21
2 Технологии, используемые в проекте АСУ ТП 22
2.1 Методология и обследование характеристик проекта с точки зрения моделирования 22
2.2 Описание ТП подсистемы мониторинга и анализа климатических параметров 24
2.3 Описание ТП управления вентиляцией 27
2.4 Описание ТП управления системой отопления 30
2.5 Описание ТП подсистемы анализа степени изношенности строительных конструкций 34
Выводы по главе 2 37
3 Разработка АСУ ТП 38
3.1 Подбор оборудования 38
3.1.1 Нижний уровень 38
3.1.2 Средний уровень 41
3.1.3 Верхний уровень 44
3.2 Программирование ПЛК 47
3.2.1 Инструменты разработки 47
3.2.2 Алгоритмы опроса и управления 48
3.2.3 Программирование 53
3.3 Проектирование сети 57
3.3.1 Особенности сетевой инфраструктуры АСУ ТП 57
3.3.2 Нижний уровень 57
3.3.3 Средний уровень 59
3.3.4 Верхний уровень 60
3.4 Разработка SCADA-системы 61
3.4.1 О SCADA-системах 61
3.4.2 Основные проектные решения для АРМа и SCADA-системы 63 3.4.3 Разработка проекта SCADA-системы 64
3.4.4 Конфигурирование OPC-сервера 67
Выводы по главе 3 70
4 Организация защиты АСУ ТП 71
4.1 Существующие угрозы на АСУ ТП 71
4.2 Законодательство в области ИБ АСУ ТП 76
4.3 Разработка модели угроз, категорирование 77
4.3.1 Модель угроз 77
4.3.2 Категорирование 89
4.4 Реализация мер защиты информации 90
4.4.1 Идентификация и аутентификация (ИАФ) 90
4.4.2 Управление доступом (УПД) 93
4.4.3 Антивирусная защита (АВЗ) 105
4.4.4 Обеспечение целостности (ОЦЛ) 106
4.4.5 Обеспечение доступности (ОДТ) 111
4.4.6 Защита технических средств и систем (ЗТС) 115
4.4.7 Защита автоматизированной системы и компонентов (ЗИС) 117 4.4.8 Управление конфигурацией (УКФ) 122
4.4.9 Управление обновлениями ПО (ОПО) 123
Выводы по главе 4 126
5 Тестирование 127
Выводы по главе 5 139
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 140
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 141
ПРИЛОЖЕНИЕ А 151
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 153
ПРИЛОЖЕНИЕ В 154
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 159
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 173
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 174
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж 175
ПРИЛОЖЕНИЕ З 186
ПРИЛОЖЕНИЕ И 190
И 1. Политика защиты автоматизированной системы и компонентов 190
И.2. Политика идентификации и аутентификации 192
И.3. Политика управления доступом 195
И.4. Политика антивирусной защиты 201
И.5. Политика обеспечения целостности и доступности 204
И.6. Политика защиты технических средств и систем 207
И.7. Политика управления конфигурацией 212
И.8. Политика управления обновлениями 215

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Микроклимат помещения – характеристика, определяющаяся
комплексом показателей: температура воздуха и границ помещения, подвижность воздуха, влажность. Оно является оптимальным, если при таковом достигаются; нормальный уровень тепла для организма при низком уровне напряжения терморегуляционных процессов; ощущение комфорта минимум у 80% людей в конкретном помещении.
Теплый период года – период, когда среднесуточная температура
превышает 8°С.
Холодный период года – период, когда среднесуточная температура
воздуха составляет 8°С или ниже.
Инженерная сеть – это система коммуникаций для обеспечения
производственного процесса или обслуживания населенных пунктов. Различают внутренние и внешние системы инженерных сетей.
Промышленная сеть – сеть передачи данных, связывающая
различные датчики, исполнительные механизмы, промышленные контроллеры и используемая в промышленной автоматизации.

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ
В настоящей выпускной квалификационной работе применяются следующие обозначения и сокращения:
AI: analog input – аналоговый вход
AO: analog output – аналоговый выход
CFC: continuous flow chart – язык непрерывных функциональных схем
CS: communication system – система коммуникации DI: digital input – дискретный вход
DO: digital output – дискретный выход
GUI: graphical user interface – графический пользовательский интерфейс
HMI: human-machine interface – человеко-машинный интерфейс
IDE: integrated development environment – интегрированная среда разработки
MTU: master terminal unit – диспетчерский пункт управления
OLE: object linking and embedding – связывание и встраивание объектов
OPC: OLE for process control – связывание и встраивание объектов для контроля процессов
POU: program organization unit – организационный программный блок RAM: random access memory – оперативная память
RTU: remote terminal unit – удаленный терминал управления
SCADA: supervisory control and data acquisition – диспетчерский контроль и сбор данных
ST: structured text – язык структурированного текста АСУ ТП: автоматизированная система управления
АЦП: аналогово-цифровой преобразователь ГОСТ: межгосударственный стандарт
ЗРА: запорно-регулирующая арматура
ИБ: информационная безопасность
ИС: информационная система
ИТ: информационные технологии
ИТП: индивидуальный тепловой пункт
КЗ: класс защищенности
КИП: контрольно-измерительная аппаратура
МНИ: машинный носитель информации
НСД: несанкционированный доступ
ПИД- пропорционально-интегрально-дифференцирующий регулятор
регулятор:
ПК: персональный компьютер
ПЛК: программируемый логический контроллер
ППЗУ: перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство
ТО: технический объект
ТП: технологический процесс
ТЭЦ: теплоэлектроцентраль
УАПП: универсальный асинхронный приемопередатчик
УБИ: угроза(-ы) безопасности информации
ФЗ: федеральный закон
ФСТЭК: Федеральная служба по техническому и экспортному контролю
ЦТП: центральный тепловой пункт
ШУ: шкаф управления

ВВЕДЕНИЕ
Для здоровья и комфортной жизни любому человеку необходим определенный микроклимат. Не имея возможности влиять непосредственно на климатообразующие процессы атмосферы, люди пользуются различными системами климат-контроля.
Микроклимат помещений — это климат внутренней среды помещений, который определяется совместно действующими на организм человека температурой, относительной влажностью и скоростью движения воздуха, его химическим составом, а также температурой окружающих поверхностей.
Работа является продолжением предыдущих и завершает проект АСУ ТП для анализа и мониторинга погодных условий и микроклимата жилых зданий: были формализованы технологические процессы, доработаны системы, сетевая инфраструктура, завершены управляющие алгоритмы для ПЛК; разработан проект SCADA-системы; разработана система защиты от актуальных угроз ИБ.
Актуальность работы можно рассмотреть с трех точек зрения. С одной стороны, разработанная АСУ ТП удовлетворяет потребность жильцов многоэтажных домов в комфортном микроклимате, подстраиваясь под их нужды и обеспечивая правильное распределение тепла, воздуха и влажности. С другой стороны, за счет алгоритмов, оптимизирующих управление ресурсами, АСУ ТП помогает добиться энергоэффективности дома с точки зрения потребления тепла, воды и электроэнергии, что соответствует программе приоритетных направлений развития РФ по указу Президента. С третьей стороны, уже существуют экспериментальные проекты жилых домов, в которых будут установлены подобные системы, потому разработанный в рамках выпускной квалификационной работы проект АСУ ТП может послужить прототипом для реальных объектов.
Объектом является АСУ ТП, предметом – разработка системы ИБ АСУ ТП.
Целью работы являлась разработка проекта защищенной автоматизированной системы для мониторинга и управления микроклиматом жилого здания с учетом погодных условий.
Для реализации целей необходимо было выполнить следующие задачи:
1 изучить существующие технологии и стандарты организации микроклимата в жилых зданиях;
2 разработать математическую модель технологических процессов;
3 разработать проект АСУ ТП;
4 рассмотреть особенности и методы обеспечения ИБ АСУ ТП для разработки системы ИБ;
5 собрать лабораторный стенд.
Результаты выпускной квалификационной работы могут быть полезны для студентов направлений «Информационная безопасность автоматизированных систем», «Мехатроника и робототехника». Также, в перспективе они могут стать основой для разработки реальной системы и (или) быть использованы в учебных целях.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 ГОСТ 30494-2011 Межгосударственный стандарт. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.
2 Классификация систем теплоснабжения [Электронный ресурс]. – 2020.
3 Схема устройства центральной системы отопления, которые используются в квартирах [Электронный ресурс]. – 2020.
4 Типовые схемы разводки системы отопления в квартирах и частных домах [Электронный ресурс]. – 2021.
5 Виды систем вентиляции: сравнительный обзор вариантов организации вентиляционных систем [Электронный ресурс]. – 2019.
6 Кудерин М. К., Бабиев К. Д. Алюмосиликатная микросфера в решении задач энергосбережения и повышения энергоэффективности зданий и сооружений // Наука и техника Казахстана. – 2019. – №1. – С. 94-101. (дата обращения: 13.01.2023)
7 Шайдоева М. М., Соттикулов Э. С., Соатов С. У. Влияние алюмосиликатной микросферы на реологические свойства бетона // Universum: Технические науки. – 2022. – № 9-4 (102). – С. 21-24. (дата обращения: 14.01.2023)
8 СП 131.13330.2020 «СНиП 23-01-99* Строительная климатология».
9 Аюпов В. В. Математическое моделирование технических систем: учебное пособие. – П: ИПЦ «Прокрость», 2017. – 242 с. (дата обращения: 17.01.2023)
10 Системы обеспечения микроклимата на объектах железнодорожного транспорта: учебник для студентов, обучающихся по направлению подготовки 280700 «Техносферная безопасность» / Ю. П. Сидоров, Т. В. Гаранина, Е. В. Тимошенкова. – М: ФГБОУ «Учебно- методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2015.
- 260 с. (дата обращения 18.01.2023)
11 СП 60.13330.2020 «СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха».
12 Как рассчитать вентиляцию в помещении [Электронный ресурс].– 2021.
13 Любушкина Д. Н., Оленников А. А. Автоматизированная система для мониторинга и управления отоплением жилого здания с учётом погодных условий // Наука XXI века: технологии, управление, безопасность: Материалы II национальной научной конференции / отв. редактор Е. Н. Полякова; Курганский гос. ун-т. – Курган: КГУ, 2022. – С. 307-311. (дата обращения: 23.01.2023)
14 СНиП 2.04.05-91* Отопление, вентиляция и кондиционирование.
15 ГОСТ 31937-2011 Межгосударственный стандарт. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния.
16 Бодров В. И., Бодров М. В., Бодрова В. Ф., Кузин В. Ю. Строительная теплофизика: учеб. пособие – Н. Новгород: ННГАСУ, 2015. – 156 с. (дата обращения: 26.01.2023)
17 ГОСТ 25380-2014 Межгосударственный стандарт. Здания и сооружения. Метод измерения плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции.
18 ДТС Термопреобразователь сопротивления [Электронный ресурс]. – 2022.
19 Анерумбометр МПВ ФЗ-116 [Электронный ресурс]. – 2020.
20 Преобразователь влажности и температуры ПВТ10 [Электронный ресурс]. – 2020.
21 Редукторные электроприводы AME 110 NL, AME 120 NL [Электронный ресурс]. – 2020.
22 Приводы FC 51 серии VLT® Micro: Инструкция по эксплуатации [Электронный ресурс]. – 2020.
23 Комплекс измерительно-вычислительный ВЗЛЕТ, модификация
ВЗОЕТ ИВК, исполнение ИВК-102. Руководство по эксплуатации, часть I
[Электронный ресурс]. – 2020.
24 ТРМ1033–01.00. Регулятор для систем вентиляции с водяным калорифером нагрева. Краткое руководство [Электронный ресурс]. – 2020.
25 ПЛК160 Контроллер программируемый логический [Электронный ресурс]. – 2020.
26 МВА8 Модуль ввода аналоговый измерительный [Электронный ресурс]. – 2020.
27 МВУ8 Модуль вывода [Электронный ресурс]. – 2020.
28 Контроллер расширения КР-HART.М2 (аппаратная ревизия 2.1). Руководство по эксплуатации [Электронный ресурс]. – 2020.
29 Процессор Intel® Core™ i5-9500 [Электронный ресурс]. – 2019.
30 Memory Module Specifications KF560C36BBEK2-32 [Электронный ресурс]. – 2020.
31 Gigabyte Z370M DS3H mATX [Электронный ресурс]. – 2020.
32 WD Blue WD10EZRZ [Электронный ресурс]. – 2020.
33 Super Micro X8DTL User’s Manual (revision 1.2b) [Электронный ресурс]. – 2020.
34 Процессор Intel® Xeon® L5630 [Электронный ресурс]. – 2010.
35 Memory Module Specifications KF316C10BBK2/8 [Электронный ресурс]. – 2020.
36 Спецификация EXOS 7E2000 [Электронный ресурс]. – 2020.
37 WEEE DISASSEMBLY INSTRUCTIONS for the KTN-STL3, KTN- STL4, and KTN-STLDCT [Электронный ресурс]. – 2013.
38 WD WD5000LUCT, WD10JUCT Datasheet [Электронный ресурс].т– 2014.
39 Asus PEB-10G/57840-2S [Электронный ресурс]. – 2020.
40 SuperMicro PWS-654-1R [Электронный ресурс]. – 2020.
41 D-Link DFL-260E/860E/1660/2560/2560G [Электронный ресурс]. – 2010.
42 Руководство пользователя по программированию ПЛК в CoDeSys
2.3 [Электронный ресурс]. – 2008.
43 OLS6000ERT6UA/ OLS10000ERT6UA Datasheet [Электронный ресурс]. – 2020.
44 Astra Linux Special Edition [Электронный ресурс]. – 2020.
45 ГОСТ Р МЭК 61131-3-2016 Национальный стандарт Российской Федерации. Контроллеры программируемые. Часть 3. Языки программирования.
46 Лоскутов А. Б., Лоскутов А. А., Зырин Д. В., Шумский Н. В. Программирование ПЛК в CoDeSys: учебное пособие (практикум) для студентов по направлению 13.03.02 "Электроэнергетика и электротехника" всех форм обучения – Нижний Новгород: НГТУ им. Р. Е. Алексеева, 2018. -
100 с. (дата обращения: 16.02.2023)
47 ПРИКАЗ от 14 марта 2014 г. N 31 «Об утверждении требований к обеспечению защиты информации в автоматизированных системах управления производственными и технологическими процессами на критически важных объектах, потенциально опасных объектах, а также объектах, представляющих повышенную опасность для жизни и здоровья людей и для окружающей природной среды».
48 Унифицированные аналоговые сигналы в системах автоматики [Электронный ресурс]. – 2016.
49 Денисенко В. Протоколы и сети Modbus и Modbus TCP // Современные технологии автоматизации. – 2010. – №4. – С. 90-94. (дата обращения: 27.02.2023)
50 Modbus: простыми словами о популярном протоколе для M2M- взаимодействия [Электронный ресурс]. – 2021.
51 Морид А. Ш. Внедрение автоматизированной системы управления технологическими процессами и ее достоинства // Современные тенденции в экономике и управлении: новый взгляд. – 2010. – №1-2. – С. 227-231. (дата обращения: 01.03.2023)
52 Общие понятия и структура SCADA-систем (Лекция) [Электронный ресурс]. – 2017.
53 Газиева Р.Т., Ядгарова Д.Б., Нигматов А.М., Озодов Э.О. MasterSCADA, учебное пособие для студентов специальности 5311000- Автоматизация и управление технологических процессов и производств (в
водном хозяйстве). – Ташкент: Ташкентский институт инженеров ирригации и механизации сельского хозяйства, 2020. — 105 с. (дата обращения: 04.03.2023)
54 NIST Special Publication 800-82 (Revision 2) Guide to Industrial Control Systems (ICS) Security.
55 Киберугрозы и проблемы промышленных предприятий в 2022 году: как предотвратить нарушения [Электронный ресурс]. – 2022.
56 Методический документ. Методика оценки угроз безопасности информации.
57 Дащенко Ю. Моделирование угроз в условиях методической неопределенности [Электронный ресурс]. – 2018.
58 Банк данных угроз безопасности информации [Электронный ресурс]. – 2022.
59 Рутокен в Astra Linux [Электронный ресурс]. – 2023.
60 Рутокен S [Электронный ресурс]. – 2020.
61 Межсетевой экран D-Link. Руководство пользователя [Электронный ресурс]. – 2010.
62 Половинкин В. HART-протокол // Современные технологии автоматизации. – 2002. – №1. – С. 6-14. (дата обращения: 18.03.2023)
63 Денисенко В. HART-протокол: общие сведения и принципы построения сетей на его основе// Современные технологии автоматизации. – 2010. – №3. – С. 94-101. (дата обращения: 18.03.2023)
64 CODESYS. Отчет о безопасности [Электронный ресурс]. – 2018.
65 Codemeter Dongle [Электронный ресурс]. – 2018.
66 CODESYS. Библиотеки CmpCrypto и CmpX509Cert [Электронный ресурс]. – 2019.
67 Modbus messaging on TCP/IP implementation guide (V1.0b) [Электронный ресурс]. – 2006.
68 MIFARE® ID. Техническое описание [Электронный ресурс]. – 2014.
69 Контроллер Z-5R [Электронный ресурс]. – 2017.
70 Считыватели бесконтактные контроля доступа UEM Mifare/NFC SKD reader, UEM Mifare/NFC SKD BT reader. Руководство по установке (версия 1.4.8) [Электронный ресурс]. – 2021.