Protocoalele de comunicare utilizate în IC -urile sistemului de control industrial variază foarte mult între industrii, regiuni și vânzători.
1 industrie de energie
1.1 IEC 60870-5
IEC 60870-5 este probabil cel mai popular protocol internațional pentru automatizarea stațiilor. În Statele Unite, este echivalentul funcțional al DNP3, care folosește porțiuni de IEC 60870-5 pentru a oferi baza stratului de legătură de date. Au fost elaborate o serie de standarde de companie, inclusiv următoarele:
IEC 60870-5-101: Pentru sistemele de alimentare legate de telecomanda și protecția la distanță, un protocol de transport de comunicare cu funcții de monitorizare și control IEC 60870-5-103: un protocol de transport pentru a obține interoperabilitatea între dispozitivele de protecție de siguranță și echipamentul sistemului de control al stațiilor IEC 60870-5-104: este o extindere a IEC 60870-5-101. Include variații la servicii de transport, rețea, legături și straturi fizice și apartamente pentru conectivitate la TCP/IP și alte transporturi (ISDN, X.25 Frame Reley, etc.) IEC 60870-5 Media de comunicare tipică includ Ethernet și Serial, porturile tipice fiind 2404/UDP și 2404/TCP.
1.2 Protocol de rețea distribuit 3. 0 (DNP3)
DNP3 este utilizat pe scară largă în America de Nord, în principal ca înlocuitor pentru familia IEC 60870-5 de protocoale. A fost dezvoltat ca un protocol în serie la începutul anilor 1990, dar versiunile variantelor UDP/IP și TCP/IP există și astăzi. Există multe asemănări între DNP3 și IEC 60870-5, deoarece mai mulți membri ai comitetului de dezvoltare IEC 60870-5 a rămas în timpul procesului de dezvoltare pentru a crea ceea ce ar deveni mai târziu cunoscuți ca DNP3. 60870-5 sunt foarte similare în stratul de legătură de date, dar straturile superioare ale protocoalelor sunt mai diferite.
DNP3 este utilizat în principal în industria energiei electrice din America de Nord, dar protocolul a pătruns și în industria apei și a apelor uzate. Conform unui sondaj realizat de Newton-Evans Research, mai mult de jumătate din utilitățile electrice din America de Nord au utilizat versiunile UDP/IP sau TCP/IP ale protocolului DNP3 în 2008.
Cercetătorii dezvoltă în prezent extensii de securitate la DNP3, care sunt așteptate să ofere servicii de criptare a legăturilor și de gestionare cheie.
Mediile de comunicare tipice pentru protocolul DNP3 includ conexiuni ethernet și seriale, iar porturile utilizate de obicei de DNP3 sunt 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP și 19999/TCP.
1.3 Fundația Fieldbus (Fundația Fieldbus)
Protocolul de fundație Fieldbus este principalul protocol de bus de câmp în diferite procese industriale. Este utilizat în principal pentru automatizarea procesului/fabricii și a fost implementată într -o varietate de instalații, inclusiv controlul centralei/generatorului și controlul producției semiconductoare. Porturile tipice includ 1089/UDP, 1089/TCP, 1090/UDP, 1090/TCP, 1091/UDP și 1091/TCP.
O listă publică a dispozitivelor suportate de protocolul Fundației Fieldbus este disponibilă pe site-ul Fundației Fundației Fieldbus. Membrii Fundației Fieldbus includ mai mult de 350 de furnizori de control de control și instrumente, precum și o serie de utilizatori finali.
1.4 Protocolul de comunicare a centrului intercontrol (ICCP)
ICCP (IEC 60870-6/tase.2) este utilizat pentru comunicarea între centrele de control, în principal în industria puterii. În SUA, rețelele ICCP sunt adesea utilizate pentru coordonarea companiei de utilități în mod obișnuit cu operațiuni de transmisie, cum ar fi transmisie, distribuție și centrale electrice din diferite regiuni, unde furnizorii de servicii de conectare în aceste regiuni diferite pot fi utilizate pentru a coordona portul 102/TCP.
1.5 Protocol Modbus
Modbus este cel mai popular protocol de control din toate câmpurile datorită simplității sale de utilizare, descărcării gratuite și implementării fără drepturi de redevență.
Dispozitivele inteligente, cum ar fi PLC și relee, folosesc adesea protocolul Modbus sau variantele sale pentru a comunica cu dispozitive simple, cum ar fi RTU -uri la distanță. Pe lângă protocolul standard MODBUS, MODBUS + este una dintre cele mai răspândite variante. O listă de membri Modbus (companii și dezvoltatori aparținând Grupului de dezvoltatori Modbus) este disponibilă pe site -ul MODBUS. Această listă include o scurtă descriere a membrilor individuali și a produselor fabricate de fiecare membru. De asemenea, sunt furnizate o listă de furnizori Modbus, o listă de echipamente Modbus și o listă de companii care oferă servicii de integrare a sistemului MODBUS.
Există o serie de variante Modbus, Modbus RTU este un protocol standard, codificat binar, care permite comunicarea printr -o conexiune în serie, Modbus ASCII este un standard deschis, protocolul codat ASCII care acceptă conexiunile seriale, iar ModBus/TCP este un standard deschis care oferă un cod funcțional pentru Modbus RTU RTU într -un pachet TCP. Modbus/TCP is an open standard that encapsulates the Modbus RTU payload in a TCP packet with some limitations on the function codes.Modbus/UDP varies by vendor, but most commonly Modbus/TCP is transmitted over UDP.Modbus + is an extended high-speed (1Mbps) version that uses token passing technology for transmission media access control, but Modbus + is a Modicon Protocol proprie. Enron (sau Daniels) Modbus este protocolul Modbus standard cu extensii de vânzători care tratează valorile 32- ca un registru în loc de două.jbus este o versiune a protocolului Modbus cu variații de adresare mai mici.
Mediile de comunicare tipice pentru Modbus includ porturile Ethernet și seriale (RS485 cu două fire este foarte frecvent) .Modbus comunică de obicei pe portul 502/TCP.
2 industria petrolului și a gazelor
Nu există protocoale proprii evidente pentru industria petrolului și a gazelor. Industria folosește o varietate de protocoale precum DNP3, IEC 60870-5 și Modbus. Secțiunea 1 discută mai mult aceste protocoale. O varietate de protocoale Fieldbus, cum ar fi Protocolul Fundației Fieldbus Feildbus, pot fi, de asemenea, găsite și în multe instalații de petrol și gaze.
Comunicările din industria petrolului și a gazelor sunt adesea transmise fără fir pentru a furniza date de flux și presiune către PLC -uri prin RTU și senzori. PLC -uri rulează sisteme de siguranță și protecție și sisteme de control a puțurilor. etc.
2.1 DNP3 și IEC 60870-5
O discuție despre DNP3 și IEC 60870-5 este prezentată în secțiunea industriei de putere din secțiunea 5.2. O listă de companii de petrol și gaze care utilizează DNP3 și IEC 60870-5 este disponibilă pe site -ul Triunghi Microworks Inc., unde poate fi găsită și o hârtie albă pe protocoale.
Mediile de comunicare tipice includ conexiuni Ethernet și seriale.DNP3 Utilizează de obicei porturi 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP și 19999/TCP, în timp ce IEC 60870-5 folosește de obicei 2404/UDP și 2404/TCP.
2.2 Protocol Modbus
Modbus este un protocol de control popular în sectorul petrolului și gazelor, așa cum este descris în descrierea Modbus în secțiunea 5.2. De asemenea, protocolul Fundației Fieldbus este popular în domeniul petrochimic.
Mediile de comunicare tipice includ porturile Ethernet și seriale (RS485 cu două fire sunt foarte frecvente.) Modbus rulează de obicei pe portul 502/TCP.
3 industrie de tratare a apei
3.1 Protocol DNP3
Așa cum este descris în descrierea DNP3 în secțiunea 5.2, acest protocol este de asemenea popular în sectorul de tratare a apei. Mediile de comunicare tipice includ conexiuni Ethernet și seriale.DNP3 utilizează de obicei porturi 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP și 19999/TCP.
3.2 Protocol Modbus
Așa cum am menționat mai sus în descrierea Modbus în secțiunea din industria energiei electrice, Modbus este cel mai popular protocol de control din industria de tratare a apei. Mediile de comunicare tipice includ autobuzele Ethernet și seriale.Modbus rulează de obicei pe portul 502/TCP.
4 Câmpul de automatizare a clădirilor
În domeniul automatizării clădirilor, Lonworks (cunoscută și sub numele de Lontalk sau ANSI/CEA 709.1b) este protocolul de comunicare dominant, urmat de Dynet și o serie de alte protocoale de comunicare. Mediile de comunicare tipice includ purtătorul de linie electrică, perechea răsucită/Ethernet, fibra optică și RF. Porturile majore de comunicare includ 2540/UDP, 2540/TCP, 2541/UDP și 2541/TCP.
4.1 Lonworks (Lontalk, sau ANSI/CEA 709. 1- b)
Compania americană Echelon a dezvoltat o platformă de rețea bazată pe Protocolul Lonworks, numit și Platforma Lonworks. Platforma este utilizată în multe industrii, inclusiv în fabricarea semiconductorilor, sisteme de control al iluminatului, sisteme de gestionare a energiei, sisteme HVAC, sisteme de securitate, automatizare pentru locuințe, control al aparatului de consum, iluminat/monitorizare/control public și control al benzinei. Sisteme de aer condiționat și ventilație (HVAC).
ISO și IEC au acordat numere standard de compatibilitate a platformei Lonworks ISO/IEC 14908-1, -2, -3 și -4 (ANSI/CEA -852). Lonworks, de asemenea, face parte din IEEE 1473- l (tren rețea, care face parte din rețea IEEE) Zonele de aplicare specifice aplicației. China a aprobat Lonworks ca standard de control național (GB/Z 20177. 1-2006) și ca standard pentru clădiri și comunități inteligente (GB/T 20299. 4-2006). Consiliul european al producătorilor de echipamente a adoptat, de asemenea, Lonworks ca parte a controlului și monitorizării aparatelor interne - standardul de specificații de interoperabilitate a aplicației.
4.2 Dynet
Dynet este un protocol proprietar dezvoltat de Dynalite (acum deținut de Philips Electronics) .DyNET Dispozitive includ propriile controlere programabile și comunică printr-un model punct la punct.
Mediile de comunicare tipice pentru Dynet includ RS -485 autobuz serial, rs -232 autobuz serial, Ethernet și infraroșu.
4.3 Alte protocoale
Există multe alte protocoale utilizate pentru sistemele de automatizare a construcțiilor. Cel mai popular includ Insteon, X10, Zigbee, X-Wave și KNX/Konnex.
5 Automatizarea proceselor (fabricație)
Protocoalele Fieldbus care domină câmpul de automatizare a proceselor includ Profinet, Fundația Protocolului Fieldbus Fieldbus și CIP -ul protocolului industrial comun și derivatele sale.iec 61158 și IEC 61784 conțin descrieri detaliate ale fiecăruia dintre protocoalele majore de câmp și variantele acestora.
5.1 Protocol DF1
DF1 este un protocol de comunicare în serie definit în părțile D1 și F1 din protocolul ANSI X3.28. Protocolul a fost inițial dezvoltat de Allen-Bradley (acum deținut de Rockwell Automation) și este utilizat în mod obișnuit ca mijloc de transmitere a comenzilor de comunicare a controlerului programabil (PCCC) către PLC-urile Allen-Bradley.
5.2 Fundația Fieldbus Protocol Fieldbus
Fundația Fieldbus Protocol Fieldbus este potrivită pentru aplicațiile de control de modulare de bază și avansate, precum și pentru cele mai discrete scenarii de control asociate cu aceste funcții. Fundația Fieldbus Protocol Fieldbus are două implementări care rulează cu viteze diferite și pe diferite medii de transmisie: H1 este cea mai frecventă implementare, de obicei conectând dispozitive de câmp și rulând la 31.25 kbps; HSE (Ethernet de mare viteză) conectează computerul gazdă, subsistemele I/O, gateway -urile și dispozitivele de câmp și rulează la 100 Mbps. Fundația Fieldbus Protocol Fieldbus a fost adoptată ca standard de câmp în IEC 61804.
5.3 Protocolul de proced Busbus Profibus
Profibus a fost dezvoltat de Departamentul German de Educație și Cercetare BMBF. Este disponibil în două variante, dintre care varianta mai frecventă este protocolul periferic descentralizat (DP), care este de obicei utilizat pentru comunicarea între controlere centralizate și senzori/actuatori, iar cealaltă variantă este protocolul de automatizare a proceselor (PA), care este utilizat pentru sistemul de control al procesului pentru a monitoriza și controla zonele de măsurare. În conformitate cu IEC 61158-2. PA același protocol de comunicare de bază ca DP, dar PA funcționează cu o viteză de 31,25 kpbs. Rețelele DP și PA pot fi conectate printr -un cuplaj, cu DP utilizat ca coloana vertebrală. Protocoalele Profibus Fieldbus sunt incluse în standardele IEC 61158 și IEC 61784.
5.4 Protocol Profinet IO
Conceptul Profinet are două perspective: Profinet CBA și Profinet IO, ambele pot comunica pe același sistem de autobuze. Acestea pot fi operate individual sau în combinație, iar subsistemul Profinet IO poate fi utilizat ca sistem CBA Profinet din cealaltă perspectivă. Profinet IO a fost dezvoltat pentru comunicarea în timp real (RT) și izochronă (IRT) cu dispozitive periferice distribuite, cu un timp de 10 miliseconds pentru comunicarea în timp real și un ciclu de timp de 1 ms sau mai puțin pentru droguri de comunicare în timp real. Profinet CBA este potrivit pentru comunicarea bazată pe componente prin TCP/IP și pentru comunicarea în timp real în inginerie de sistem modular. Ambele moduri de comunicare pot fi utilizate în paralel. CBA Profinet are un interval de timp de reacție de 100 ms.
Protocolul Profinet Fieldbus este inclus în standardele IEC 61158 și IEC 61784.
5.5 Protocol CC-Link
CC-Link este un protocol de câmp dezvoltat de Mitsubishi Electric în Japonia și adoptat pe scară largă de alți furnizori japonezi. În prezent, numărul total de dispozitive care utilizează CC-Link depășește 6 milioane, acoperind mai mult de 1, 000 dispozitive diferite. Ethernet industrial folosind protocolul CC-Link poate fi ușor integrat cu rețelele IT convenționale.
Există patru formate CC-Link:
CC-Link CC-Link LT (versiune ușoară pentru dispozitive cu cerințe de comunicare scăzute) CC-Link Safety (versiune de înaltă calitate, conform IEC 61508 SIL3 și ISO 13849-1 CAT 4) CC-Link IE (versiunea industrială Ethernet) media de comunicare tipică CC-Link includ pair răsucit și fibre. Mediile tipice de comunicare CC-Link includ cabluri de pereche răsucite și fibră optică, Asociația partenerilor CC-Link oferă o listă de parteneri.
5.6 Protocolul industrial comun (CIP)
Protocolul industrial comun (CIP) încearcă să furnizeze o arhitectură de comunicații unificate pentru întreaga industrie de fabricație.CIP este un protocol unificat al stratului de aplicații pentru protocoale precum Ethernet/IP, DeviceNet, Componet și ControlNet. CIP conține un set de mesaje și servicii pentru colectarea controlului, siguranței, sincronizării, mișcării, configurației și a altor informații din aplicațiile de automatizare a producției. Protocolul este gestionat de Open DeviceNet Vendors Association (ODVA).
5.7 Protocolul ControlNet
ControlNet este o implementare CIP dezvoltată de Allen-Bradley, care are suport încorporat pentru cablurile de legătură complet redundante, iar toate comunicațiile sunt bine programate pentru un grad ridicat de determinism.
Stratul fizic ControlNet este fie RG -6 cablu coaxial sau fibră optică folosind conectori BNC. ControlNet folosește codificarea Manchester cu o viteză de autobuz de 5 Mbps. Stratul de legătură funcționează pe un ciclu numit Timpul de actualizare a rețelei (NUT). Fiecare piuliță are două faze, prima fază este rezervată transmisiilor regulate de trafic pentru a garanta oportunitățile de transmisie, iar a doua fază este utilizată pentru transmisiile de trafic neprogramate fără garanții. Orice transmisie de trafic neprogramată garantată. Dimensiunea maximă a cadrului pentru ControlNet este de 510 octeți.
5.8 Protocolul DeviceNet
DeviceNet este o altă implementare CIP dezvoltată de Allen-Bradley.DeviceNet se află în partea de sus a stratului fizic al rețelei de controler (CAN) și utilizează tehnologia ControlNet, care este mai puțin costisitoare și mai robustă decât protocolul tradițional RS -485-.
Ratele de transfer ale lui DeviceNet sunt de 125 kbps, 250 kbps și 500 kbps, iar lungimea coloanei vertebrale este invers proporțională cu viteza autobuzului, adică 500 de metri, 250 de metri și, respectiv, 125 de metri. Majoritatea implementărilor folosesc modul Master/Slave, dar pot fi utilizate și transferuri punct-la-punct. Mai mulți maeștri coexistă pe o singură rețea logică.DeviceNet a fost proiectat cu atenție pentru a funcționa stabil în medii electromagnetice complexe.
5.9 Protocol Ethernet/IP
Ethernet/IP este o implementare a protocolului CIP dezvoltat de Rockwell Automation. Stratul de aplicație al protocolului este CIP. Ethernet/IP este un protocol de strat de aplicații construit pe partea de sus a stivei standard TCP/IP, care tratează toate dispozitivele din rețea ca un set unificat de „obiecte”, folosind infrastructura Ethernet existentă în partea de jos (indiferent de viteză). Întreaga stivă Ethernet/IP poate fi implementată în software pe un procesor cu scop general, fără a fi nevoie de un tablou de poartă programabilă ASIC sau de câmp (FPGA) .ethernet/IP utilizează 44818/TCP pentru mesagerie explicită și 2222/UDP pentru mesagerie implicită.
5.10 Protocolul Ethercat
EtherCat (Ethernet for Control Automation Technology) este un protocol Ethernet pentru tehnologia de automatizare a controlului cu un ethertype al 0 x88a4, care face IP -ul rutabil prin introducerea datelor cadrelor în pachetele UDP. EtherCat nu folosește un model pe ciclu pe nod. În loc să proceseze un cadru pe nod pe ciclu (timp de actualizare), Ethercat folosește un mod „la zbor”. În loc să primească pur și simplu cadre Ethernet de pe dispozitive, Ethercat citește datele trimise pe dispozitive pe măsură ce trece prin ele, o interpretează și o copiază ca date de proces la fiecare nod și introduce în mod similar datele de intrare pe măsură ce trece. date pe măsură ce datagrama trece. Multe noduri pot fi abordate cu un singur cadru.
Rețelele Ethercat pot fi integrate prin gateway -uri cu protocoale Canopen, DeviceNet, Profibus și alte protocoale. Ethercat Technology Group este o organizație internațională de utilizatori și furnizori; În luna august 2009, este format din peste 1.100 de companii din 47 de țări. Ethercat este inclus ca un protocol de câmp în IEC 61158 și IEC 61788, și în protocoalele IEC 61158 și IEC 61789. Ethercat ca protocol de câmp este inclus în standardele IEC 61158 și IEC 61784. Ethercat folosește porturile 34980/UDP și 34980/TCP pentru rutarea între Ethernet LANS.
5.11 Protocol EGD (Ethernet Global Data)
Protocolul Ethernet Global Data (EGD) este un mecanism de comunicare care permite unui procesor să partajeze o porțiune din memoria sa internă cu unul sau mai multe alte procesoare la o rată de ciclu programată regulat. Anumite PLC -uri GE FANUC utilizează protocolul EGD.
5.12 Protocol Fins
Fins este un protocol dezvoltat de Omron (o companie japoneză de control) și utilizat în PLC -urile sale mai noi. De obicei, rulează pe sisteme IP-activate folosind portul 9600/UDP.
5.13 Protocolul de legătură gazdă
Link -ul gazdă este un protocol dezvoltat de Omron pentru seria PLC mai veche, cu toate acestea, multe PLC OMRON mai noi pot comunica în continuare folosind protocolul HostLink. Este un protocol de autobuz RS -232 bazat pe codul ASCII.
5.14 Protocol SERCOS (sistem de comunicare în timp real în timp real)
SERCOS are cerințe stricte în timp real și este deosebit de potrivit pentru controlul mișcării în zone precum tăierea și formarea metalelor, asamblarea mașinilor, ambalajele, robotica, imprimarea și manipularea materialelor. Protocolul este gestionat de Sercos International, iar versiunea actuală este SERCOS III. SERCOS este definit în detaliu în standardele IEC 61158 și IEC 61784.
5.15 SRTP (Protocol de transfer de solicitare a serviciului)
SRTP este un protocol pentru comunicare de comandă și date către PLC prin intermediul computerului. Este utilizat de GE FANUC PLCS ca protocol de comunicare a stratului de aplicații.
5.16 Protocol Sinec H1
Sinec H1 este un protocol de strat de transport dezvoltat de Siemens pe care pot rula diferite protocoale de strat de aplicație. Caracteristicile mari de lățime de bandă ale acestui protocol o fac ideală pentru transmiterea volumelor mari de date.