<p>A closed-source ICS communication is a fundamental component of supervisory software and PLCs operating critical infrastructure or configuring devices. As this is a vital communication, a compromised protocol can allow attackers to take over the entire critical infrastructure network and maliciously manipulate field device values. Thus, it is crucial to conduct security assessments of these closed-source protocol communications before deploy?ing them in a production environment to ensure the safety of critical infrastructure. However, Fuzzing closed-source communication without understanding the protocol structure or state is ineffective, making testing such closed-source communications a challenging task. </p> <p><br></p> <p>This research study introduces the APEX-ICS framework, which consists of two significant components: Automatic closed-source ICS protocol reverse-engineering and stateful black-box fuzzing. The former aims to reverse-engineer the protocol communication, which is critical to effectively performing the fuzzing technique. The latter component leverages the generated grammar to detect vulnerabilities in communication between supervisory software and PLCs. The framework prototype was implemented using the Codesys v3.0 closed-source protocol communication to conduct reverse engineering and fuzzing and successfully identified 4 previously unknown vulnerabilities, which were found to impact more than 400 manufacturer’s devices. </p>

Detta arbete var beställt av Sjöfartshögskolan i Kalmar. Skolan ville ha en enhet som kunde mäta aktiv-, reaktiv- och skenbar effekt, ström, spänning, frekvens och cosϕ på en generator och som kommunicerade vidare dessa värden till en PLC. Detta för att kunna lastfördela lasten mellan ett antal generatorer i kursen Tillämpad elteknik 15 hp där studenterna bygger en generatorinstallation med tre generatorer. Ett funktionsblock för lastfördelning skulle också programmeras. Prototypen som konstruerades baserades på en Arduino Ethernet och kommunikationen löstes med Modbus TCP/IP över Ethernet. Ett lastfördelningsprogram programmerades i form av ett funktionsblock som studenterna kunde importera till CoDeSys v2.3 och använda i sina installationer. Prototypen kunde läsa av värdena med ungefär samma noggrannhet som ett kommersiellt instrument som använder sig av samma mätteknik som prototypen. Uppdateringsfrekvensen var dock lägre än hos ett kommersiellt instrument. Kommunikationen med PLC:n fungerade utan problem. Då ingen undervisning hölls i arbetets slutskede kunde inte lastfördelningen testas på en fullskalig anläggning. Lastfördelningsprogrammet klarade dock av att hålla rätt frekvens på en ensam generator och fungerade som tänkt när programmet testades i en simulator. Prototypen gav fel mätvärden vid kapacitiv last. Vid jämförelse med en kommersiell tångamperemeter visade sig mätfelet bero på mätmetoden då båda gav liknande resultat. Som referens användes en professionell elkvalitetsanalysator. Alla uppdragsgivarens krav blev uppfyllda och arbetet kommer att kunna användas i undervisningen. / This thesis was ordered by Kalmar Maritime Academy. The request was for a device that could measure active, reactive and apparent power, as well as frequency, voltage, current and cosϕ on a generator. The measured values would be communicated to a PLC for use in a load sharing program between a number of generators in the course Tillämpad elteknik, 15 ECTS. In that course the students constructs a three-generator electric power grid. Included in the request was also to program a load sharing program. The prototype being constructed was based on the Arduino Ethernet, and the communication was enabled by means of the Modbus TCP/IP protocol over Ethernet. A load sharing program was created in the form of a function block which the student could import into the CoDeSys for use in the generator systems. The prototype could measure values with close to the same accuracy as a commercial available instrument that were using the same technique for measuring. The refresh rate was however lower than the commercial available instrument. Communication with the PLC worked without any issues. No full-scale testing could be done since no course was held during the final stages of the thesis, however the load sharing program could keep frequency on a single generator alone and worked in a simulated soft environment. Measuring errors occurred when measuring a capacitive load. When comparing to a commercial available clamp meter, the same errors occurred. As a reference a professional power and energy quality analyser was used. All the requests were fulfilled and the result of this thesis will be used in the educational programme at the Academy.

This award solves design of two models that are designed to teach on PLC and in the future on the Control Web. Both models should be used in LabLink system, which allows you to remotely working on laboratory tasks. The first software model simulates the movement of trains on rail in relation on control from the PLC. The second model is a physical model of drill. In both models are solid managing and type of construction, which allows operation without physical intervention.

Vid institutionen för tillämpad fysik och elektronik, Umeå universitet, bedrivs utbildning och forskning inom bland annat automation och robotik. Syftet med projektet är att skapa en robot där rapporten skall kunna användas för att förenkla framtida utlärningar inom de ämnen projektet tar upp. Projektets mål är att designa, skapa och programmera en saneringsrobotprototyp med hjälp av utvecklingsgränssnittet CODESYS. För att möjliggöra sanering används UVC-ljus. UVC är en kategori inom UV-ljus där endast ett spann av våglängder innefattas, vilka bevisats ha bakteriedödande effekt. Robotens design är ritad i CAD och är måttanpassad utefter den hårdvara som används. Vidare består robotens chassi av två plexiglasplattor som laserskärs med färdiga hålbilder. Chassit sätts ihop med hjälp av sex M6-gängstänger, vilket skapar två plan där komponenter kan skruvas fast i de laserskärda hålbilderna. Roboten använder sig av motorstyrningskort, servomotorer och mecanumhjul där styrning sker med hjälp av två stycken joysticks. Joysticksen i samband med teoretiska rörelseekvationer möjliggör omnidirektionell rörelse. Vidare används ett reläkort för styrning av både UVC-lampor och signallampa. Roboten programmeras i CODESYS som ett ”Function Block Diagram” (FBD) där en mängd nya programbibliotek blir implementerade. Genom användning av CODESYS visualiseringsverktyg skapas ett användargränssnitt som gör att roboten kan fjärrstyras via ett webbgränssnitt. Projektet uppnådde sju av åtta krav från kravspecifikationen vilka validerades via fem uppsatta testscenarion. Resultatet är en robot som kan styras i valfri riktning via WiFi genom exempelvis en smartphone. Reläets olika portar öppnas och stängs genom programmerade funktioner, knappar och en IR-sensor vars uppgift är att avläsa kroppslig värme. Vid fortsatt utveckling av roboten skulle en kamera kopplats in och använts i HMI-gränssnittet, vilket hade möjliggjort telestyrning. Fler styrningsalternativ hade också kunnat implementerats, exempelvis genom att lägga till en knapp som gör att roboten roterar 90 grader. / At the Department of Applied Physics and Electronics, at Umeå University, education and research are conducted in areas such as automation and robotics. The purpose of the project is to create a robot, where the report can be used to assist future learning within the subjects covered by the project. The goals of the project are to design, create and program a decontamination robot prototype using the development interface CODESYS. UVC-light will be used to achieve this sanitation. UVC is a category of UV light which includes a limited range of wavelengths, that have been shown to have bactericidal effect. The robot is designed in CAD using the measurements of the hardware used. Furthermore, the robot's chassis consists of two plexiglass plates that are laser cut according to predetermined hole patterns. The chassis is assembled using six M6 threaded rods. The design constitutes two levels onto which the components can be mounted. The driveline consists of motor control boards, servomotors and mecanum wheels. Two joysticks are used to control the steering of the robot. The joysticks in relation with theoretical equations enables omnidirectional motion. Furthermore, a relay card is used for controlling both UVC and the signal lamp. The robot is programmed in CODESYS as a "Function Block Diagram" (FBD) where several new program libraries are implemented. By using CODESYS’ visualization tool, a user interface is created where the robot can be remotely controlled via a web interface. Seven out of eight requirements were achieved in the project. The achieved requirements were all validated through five test scenarios. Furthermore, the robot can be steered in any direction via Wi-Fi through inter alia a smartphone. The various ports of the relay are controlled by programmed functions and buttons, which can be overridden in the case of body heat being detected by an IR sensor. If the robot were to be further developed, a camera could be connected and used in the HMI, which would have enabled distance remote control. Furthermore, several control options could have been implemented, for example a button that allows the robot to rotate 90 degrees.

På fartyget M/S Calmare Nyckel finns en NOHAB-dieselmotor installerad ombord som används förundervisning på sjöfartshögskolan i Kalmar. Projektet har undersökt om det är möjligt att görauppstart av motorn säkrare för både handledare och elever. Arbetet har tagit fram ett nytt elskåp och styrsystem enligt DNV-Standard för att försäkra sig om att motorn inte går att starta utan att alla kringsystem som behövs är igång. I framtiden finns det även möjlighet att utveckla nya systemet om det skulle vara önskvärt. Arbetet har även konstaterat att det saknas ordentliga handlingar för elritningar och kabeluppmärkning ombord som bör åtgärdas i framtiden. / On the ship M/S Calmare Nyckel there is a NOHAB-Diesel Engine installed that are used foreducational uses on Kalmar Maritime Academy in Kalmar. This project has investigated if it’s possibleto make the startup of the engine safe both for teachers and students.The project has brought a new control cabinet and a new control system according to DNV-Standardto ensure that the engine doesn’t start without any auxiliary system that’s needed is running.In the future, there’s also possible to develop the system if that would be desirable.The project has also found that the lack of proper documents for electrical drawings and cablemarkings onboard should be addressed in the future.

This work deals with problematic of standard IEC61850, mainly with chapter IEC 61850-9-2 LE which is commonly known as Process bus communication. There are described advanced tools of the control system COM600 with detail description of their configuration in this work. It also deals with configuration of IEC 61850-9-2 LE with Relion family protection relays and its implementation to the control system COM600. The main aim of this work is focused on configuration of IEC 61850-9-2 standard with protection relays, configuration and detail description of COM600 advanced tools, description of Logic processor, further custom design and appliaction configuration global reset of Logic procesor in control system COM600.

Industry 4.0 has caused exceptional changes in the industrial world. A relevant breakthrough is the concept of Cyber-Physical Production System (CPPS) which involves a system of interconnected entities with the main objective of achieving flexibility, which is essential for the manufacturing industries to remain competitive due to the actual demand for customization. The project suggests the use of a robot cell distribution called robot island as a solution to address this problem. In the implementation, a virtual model and program will be presented with flexible mobile robots, AGVs and a PLC. All are designed following the three principles of the CPS using RobotStudio and CODESYS to simulate and evaluate the results. The research demonstrates how autonomous, modular, flexible and adaptable to changes in product or production process system is, for example with the integration of the concept of the resource pool and variations in the product characteristics. The resulting executable is made with standardised modules so it can be extrapolated to other manufacturing processes, opening a wide range of possibilities for this island of robots. / <p>Utbytesstudenter</p>

Med höga belastningar inom dagens process- och tillverkningsindustri är det mycket vanligt med automatiserade processer, för att skapa dessa processer används oftast PLC eller SCADA system. System som dessa är ofta dyra varför det kan vara svårt för mindre företag att investera i och hålla systemen löpande uppdaterade. Därför skall det i detta projekt visas att det finns möjlighet att utveckla automatiserade processer till rimliga kostnader. Med hög efterfrågan av automationssystem är det också viktigt att i utbildningsyfte lära ut om denna teknik. För det krävs det enkla system för studenter att kunna konstruera och programmera mindre processer. Detta skall visas genom att i utvecklingsmiljön Codesys konstruera ett sorteringssystem med SoftPLC funktionsblock där programvaran i sin tur skall exekveras i en Raspberry Pi hårdvara. Genom SoftPLC gör man systemet kompatibelt för anslutning av ett stort antal I/O-enheter av olika slag. Detta ger en flexibilitet för företag att till rimlig kostnad löpande vidareutveckla befintliga system. Den utvecklade programvarans huvudsakliga uppgift är att skapa logiska samband och styrningar kopplade till den information som inhämtas från de till CPU-enheten anslutna programerabara distribuerade I/O-enheter. Programvarans funktionalitet konstruerades för att få ett objekt att längs ett löpande band färdas runt och sorteras beroende på dess material och färg utan extern hjälp. Den färdiga konstruktionen gjorde det möjligt för en kloss att ta sig runt utan extern hjälp. Med detta program var det möjligt för processen att kunna sortera svart, vit och metalliska klossar, för att sen placera ut klossarna på specifika löpband. Som slutsats konstateras att det är fullt rimligt att skapa modulära automatiserade processer med god precision till ett rimligt pris. Detta genom användande av open-source programvara som exekverar i på marknaden prisvärda CPU-enheter / With a higher workload in today’s process and manufacturing industry has it become more popular with automated systems and processes, were SCADA and PLC is the leading development system. Systems like this are often expensive and can because of that be hard to maintain for smaller companies to keep updated. In this project it will be possible to develop an automated process for reasonable cost. With high demand of automation system, it is also important in educational purposes to teach and develop such systems. Therefor it is important with simple system to build and program.  By using the developing tool Codesys build a sorting system with SoftPLC function block where this software will be executed on a Raspberry Pi.  With SoftPLC it will be possible to make it compatible for connection with vast majority of I/O-units. This makes it flexible for companies to continue developing their firmware for a lower cost. The developed software main task is to create logical connections and controls that is gathered from the CPU connections programmable I/O-units. The software was created for an object to be able to travel on conveyor belt and be sorted depending on its colour without any external help. The complete setup made it possible for an object to travel without any external help. With the software it was possible for the process to sort black, white and metallic colour on the object, to then be able to place these on specific conveyor belt depending on its colour. As a conclusion to this project, it is possible to make automated processes for a reasonable price with good precision. This by using open-source software which can be downloaded on low-cost CPU-units.

Följande studie är utförd på uppdrag av företaget Nilar som tillverkar Nickel-Metallhydridbatterier (NiMH-batterier) vid sin produktionanläggning i Gävle. Den nuvarande beräkningen av State of Charge (SoC) sker på deras Battery Management Unit (BMU) och är implementerad i Structured Text i exekveringsmiljön CODESYS. Nilar vill flytta SoC-beräkningen från BMU:n så att den kan exekveras på en Interface Control Unit (ICU). Motiveringen till detta är för att distribuera SoC-beräkningen då ett flertal ICU:er finns tillgängliga per Battery Management System (BMS) men även för att i framtiden helt byta ut CODESY. Syftet med denna studie är att migrera implementationen av SoC-algoritmen till programmeringsspråket C så att algoritmen senare kan exekveras på ICU:n. Därefter optimeras algoritmen för att sänka exekveringstiden. Studien utforskar kodstrukturella och funktionella skillnader mellan implementationerna samt metoder för att optimera SoC-algoritmen. Migreringen av algoritmen fullföljdes utan större inverkan på noggrannheten. Algoritmen optimerades genom att skapa en variant av en LU-faktorisering som var specifikt anpassad för det aktuella problemet. Optimeringen av algoritmen resulterade i en minskning på 25% av den totala exekveringstiden för algoritmen. De nya implementationerna tar markant längre tid att exekvera då batteriet befinner sig under laddning jämfört när det befinner sig under urladdning, någonting som inte kan noteras för den gamla implementationen. / The following study was carried out on the behalf of Nilar, which manufactures Nickel–metal hydride batteries at its production site in Gävle. The current State of Charge (SoC) calculation is done on their Battery Manegment Unit (BMU) and is implemented in Structured Text for the CODESYS runtime. Nilar wants to move the SoC calculation from the BMU so that its executed on a Interface Control Unit (ICU). The reasoning behind this is to distribute the SoC computation as several ICUs are available per Battery Management System (BMS) but also to remove the CODESYS dependency in the future. The purpose of this study is to migrate the implementation of the SoC-algorithm to the programming language C so that the algorithm can be executed on an ICU in the future. Furthermore this study aims to optimize the the algorithm to lower the execution time. The study explores differences in code structure and functionallity between the implementations as well as methods to optimize the SoC algorithm. The migration of the algorithm was completed without major impact on the accuracy. The algorithm was optimized by creating a variant of a LU factorization that was specifically suited to LU factorize the given problem. The optimization of the algorithm resulted in a 25% lower total execution time. The new implementations suffers from a longer total execution time when the battery is charging compared to when it’s discharging, something that’s not prevalent for the old implementation.