Protocoalele de comunicare utilizate în sistemul de control industrial ICS variază foarte mult între industrii, regiuni și furnizori.
1 Industria energiei electrice
1.1 IEC 60870-5
IEC 60870-5 este probabil cel mai popular protocol internațional pentru automatizarea substațiilor. În Statele Unite, este echivalentul funcțional al DNP3, care utilizează porțiuni din IEC 60870-5 pentru a oferi baza pentru stratul de legătură de date. Au fost dezvoltate o serie de standarde însoțitoare, inclusiv următoarele:
IEC 60870-5-101: pentru sistemele de alimentare legate de controlul de la distanță și protecția de la distanță, un protocol de transport de comunicații cu funcții de monitorizare și control IEC 60870-5-103: un protocol de transport pentru realizarea interoperabilității între dispozitivele de protecție de siguranță și echipamentele sistemului de control al stației IEC 60870-5-104: este o extensie a IEC-5-108104. Include variații ale serviciilor de transport, rețea, link și strat fizic și suite pentru conectivitate la TCP/IP și alte transporturi (ISDN, X.25 Frame Relay, etc.) IEC 60870-5 Mijloacele de comunicare tipice includ Ethernet și seriale, cu porturile tipice 2404/UDP și 2404/TCP.
1.2 Distributed Network Protocol 3.0 (DNP3)
DNP3 este utilizat pe scară largă în America de Nord, în primul rând ca înlocuitor pentru familia de protocoale IEC 60870-5. Este un protocol serial dezvoltat la începutul anilor 1990, dar există și astăzi versiuni ale variantelor UDP/IP și TCP/IP. Există multe asemănări între DNP3 și IEC 60870-5, deoarece mai mulți membri ai comitetului de dezvoltare IEC 60870-5 au plecat în timpul procesului de dezvoltare pentru a crea ceea ce va deveni mai târziu cunoscut sub numele de legături de date DNP3 și DNP333. 60870-5 sunt foarte asemănătoare în date stratul de legătură, dar straturile superioare ale protocoalelor sunt mai diferite.
DNP3 este folosit în principal în industria energetică nord-americană, dar protocolul a pătruns și în industria apei și a apelor uzate. Conform unui sondaj realizat de Newton-Evans Research, mai mult de jumătate dintre utilitățile de electricitate nord-americane au folosit versiuni UDP/IP sau TCP/IP ale protocolului DNP3 în 2008.
Cercetătorii dezvoltă în prezent extensii de securitate pentru DNP3, care ar trebui să ofere servicii de criptare a legăturilor și de gestionare a cheilor.
Mijloacele 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 Foundation Fieldbus (FOUNDATION Fieldbus)
Protocolul Foundation Fieldbus este principalul protocol fieldbus în diferite procese industriale. Este folosit în principal pentru automatizarea proceselor/fabricii și a fost implementat într-o varietate de instalații, inclusiv controlul centralelor electrice/generatorului și controlul producției de semiconductori. Mijloacele de comunicare Fieldbus includ perechi răsucite și fibră optică. Porturile tipice includ 1089/UDP, 1089/TCP, 1090/UDP, 1090/TCP, 1091/UDP și 1091/TCP.
O listă publică a dispozitivelor compatibile cu protocolul fieldbus{0}}Foundation Foundation este disponibilă pe site-ul Web Fieldbus Foundation. Printre membrii Fieldbus Foundation se numără peste 350 de furnizori de top de sisteme de control și instrumente, precum și un număr de utilizatori finali.
1.4 Protocolul de comunicare al centrului de intercontrol (ICCP)
ICCP (IEC 60870-6/TASE.2) este utilizat pentru comunicarea între centrele de control, în primul rând în industria energetică. În SUA, rețelele ICCP sunt adesea folosite pentru coordonarea companiilor de utilități - de obicei utilități cu operațiuni de transport, cum ar fi transportul, distribuția și centralele electrice din diferite regiuni, unde furnizorii de servicii de conectare din aceste diferite regiuni pot fi utilizați pentru a coordona intrarea și ieșirea energiei între diferite regiuni. ICCP utilizează de obicei portul 102/TCP.
1.5 Protocol Modbus
Modbus este cel mai popular protocol de control în toate domeniile datorită simplității utilizării, descărcabilității gratuite și implementării-libere de drepturi de autor.
Dispozitivele inteligente, cum ar fi PLC-urile și releele, folosesc adesea protocolul Modbus sau variantele acestuia pentru a comunica cu dispozitive simple, cum ar fi RTU-urile de 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 web Modbus. Această listă include o scurtă descriere a membrilor individuali și a produselor fabricate de fiecare membru. De asemenea, sunt furnizate o listă a furnizorilor Modbus, o listă a echipamentelor Modbus și o listă a companiilor care oferă servicii de integrare a sistemului Modbus.
Există o serie de variante Modbus, Modbus RTU este un protocol deschis, codificat binar, care permite comunicarea printr-o conexiune serială, Modbus ASCII este un protocol deschis, codificat ASCII, care acceptă conexiuni seriale și Modbus/TCP este un standard deschis care încapsulează sarcina utilă Modbus RTU într-un pachet TCP și oferă un cod de funcție pentru sarcina utilă Modbus RTU. Modbus/TCP este un standard deschis care încapsulează sarcina utilă Modbus RTU într-un pachet TCP, cu unele limitări ale codurilor de funcție. Modbus/UDP variază în funcție de furnizor, dar cel mai frecvent Modbus/TCP este transmis prin UDP.Modbus + este o versiune extinsă de mare-viteză (1 Mbps) care utilizează tehnologia de control al accesului la media de transmisie, dar pentru transmisie. Modbus + este un protocol proprietar Modicon. Enron (sau Daniels) Modbus este protocolul Modbus standard cu extensii de furnizor care tratează valorile pe 32 de biți ca un singur registru în loc de doi. JBus este o versiune a protocolului Modbus cu variații mai mici de adresare.
Mijloacele de comunicare tipice pentru Modbus includ Ethernet și porturile seriale (foarte frecvente sunt RS485 cu două fire).Modbus comunică de obicei pe portul 502/TCP.
2 Industria petrolului și gazelor
Nu există protocoale de proprietate pentru industria de petrol și gaze. Industria utilizează o varietate de protocoale, cum ar fi DNP3, IEC 60870-5 și Modbus. Secțiunea 1 discută aceste protocoale în detaliu. O varietate de protocoale fieldbus, cum ar fi protocolul Foundation Fieldbus Feildbus, pot fi găsite și în multe instalații de petrol și gaze.
Comunicațiile din industria petrolului și gazelor sunt adesea transmise fără fir pentru a furniza date de debit și presiune către PLC-uri prin RTU și senzori. PLC-urile rulează sisteme de siguranță și protecție și sisteme de control al puțurilor. etc.
2.1 DNP3 și IEC 60870-5
O discuție despre DNP3 și IEC 60870-5 este dată în secțiunea Industria energetică a secțiunii 5.2. O listă a companiilor de petrol și gaze care utilizează DNP3 și IEC 60870-5 este disponibilă pe site-ul Triangle Microworks Inc., unde poate fi găsită și o carte albă despre protocoale.
Mijloacele de comunicare tipice includ Ethernet și conexiuni seriale.DNP3 utilizează de obicei porturile 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP și 19999/TCP, în timp ce IEC 60870-5 utilizează de obicei 2404/UDP și 2404/TCP.
2.2 Protocolul Modbus
Modbus este un protocol de control popular în sectorul petrolului și gazelor, așa cum este descris în descrierea Modbus din Secțiunea 5.2. De asemenea, protocolul Foundation Fieldbus este popular în domeniul petrochimic.
Mijloacele de comunicare tipice includ Ethernet și porturi seriale (RS485 cu două-fire este foarte comun.) Modbus rulează de obicei pe portul 502/TCP.
3 Industria de tratare a apei
3.1 Protocolul DNP3
După cum este descris în descrierea DNP3 din Secțiunea 5.2, acest protocol este popular și în sectorul de tratare a apei. Mijloacele de comunicare tipice includ Ethernet și conexiuni seriale.DNP3 utilizează de obicei porturile 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP și 19999/TCP.
3.2 Protocolul Modbus
După cum sa menționat mai sus în descrierea Modbus din secțiunea privind industria energetică, Modbus este cel mai popular protocol de control în industria de tratare a apei. Mijloacele de comunicare tipice includ Ethernet și magistralele seriale. Modbus rulează de obicei pe portul 502/TCP.
4 Domeniul automatizării clădirilor
În domeniul automatizării clădirilor, LonWorks (cunoscut și ca LonTalk sau ANSI/CEA 709.1B) este protocolul de comunicare dominant, urmat de DyNet și o serie de alte protocoale de comunicare. Mijloacele de comunicare tipice includ purtător de linie de alimentare, pereche răsucită/Ethernet, fibră optică și RF. porturile de comunicație majore 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, numită și platforma LonWorks. Platforma este utilizată în multe industrii, inclusiv producția de semiconductori, sistemele de control al iluminatului, sistemele de management al energiei, sistemele HVAC, sistemele de securitate, automatizarea locuinței, controlul aparatelor de consum, iluminatul public stradal/monitorizarea/controlul și controlul stațiilor de benzină. Aplicațiile tipice pentru LonWorks sunt utilizate ca termostat care comunică cu computerele și automatele prin intermediul protocolului de ventilație și coordonare a aerului în interiorul sistemului LonWorks. o clădire. sisteme de aer condiționat și ventilație (HVAC).
ISO și IEC au acordat LonWorks numerele standard de compatibilitate cu platformele ISO/IEC 14908-1, -2, -3 și -4 (ANSI/CEA-852). China a aprobat LonWorks ca standard național de control (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 standardului său de control și monitorizare a aparatelor de uz casnic - Specificația de interoperabilitate a aplicațiilor.
4.2 DyNet
DyNet este un protocol proprietar dezvoltat de Dynalite (acum deținut de Philips Electronics). Dispozitivele DyNet includ propriile controlere programabile și comunică printr-un model punct-la-punct.
Mijloacele de comunicare tipice pentru DyNet includ magistrala serial RS-485, magistrala serial RS-232, Ethernet și infraroșu.
4.3 Alte protocoale
Există multe alte protocoale utilizate pentru sistemele de automatizare a clădirilor. Cele mai populare includ INSTEON, X10, ZigBee, X-Wave și KNX/Konnex.
5 Domeniul automatizării proceselor (producție).
Domeniul de automatizare a proceselor este dominat de protocoale fieldbus, inclusiv PROFINET, Fieldbus Fieldbus Fieldbus și Common Industrial Protocol CIP și derivatele acestuia.
5.1 Protocolul DF1
DF1 este un protocol de comunicație serială definit în părțile D1 și F1 ale protocolului ANSI X3.28. Protocolul a fost dezvoltat inițial de Allen-Bradley (acum deținut de Rockwell Automation) și este folosit în mod obișnuit ca mijloc de transmitere a comenzilor de comunicație a controlerului programabil (PCCC) către PLC-urile Allen-Bradley.
5.2 Foundation Fieldbus Protocol Fieldbus
Foundation Fieldbus Protocol Fieldbus este potrivit pentru aplicațiile de control modulator de bază și avansate, precum și pentru majoritatea scenariilor de control discret asociate cu aceste funcții. Protocolul Foundation Fieldbus Fieldbus are două implementări care rulează la viteze diferite și pe medii de transmisie diferite: H1 este cea mai comună implementare, care conectează de obicei dispozitivele de teren și rulează la 31,25 Kbps; HSE (High Speed Ethernet) conectează computerul gazdă, subsistemele I/O, gateway-ul și dispozitivele de teren și funcționează la o viteză de 100 Mbps. protocol de bază fieldbus Fieldbus a fost adoptat ca standard fieldbus în IEC 61804.
5.3 Protocolul fieldbus de proces Profibus
Profibus a fost dezvoltat de departamentul german de educație și cercetare BMBF. Este disponibil în două variante, dintre care varianta mai comună este protocolul periferic descentralizat (DP), care este de obicei folosit pentru comunicarea între controlere centralizate și senzori/actuatori, iar cealaltă variantă este protocolul Process Automation (PA), care este utilizat pentru sistemul de control al proceselor PCS pentru a monitoriza și controla dispozitivele de măsurare. în conformitate cu IEC 61158-2.PA Același protocol de comunicare de bază ca DP, dar PA funcționează la o viteză de 31,25 Kpbs. Rețelele DP și PA pot fi conectate printr-un cuplaj, cu DP folosit ca coloană vertebrală. Protocoalele fieldbus profibus sunt incluse în standardele IEC 61158 și IEC 61784.
5.4 Protocolul Profinet IO
Conceptul PROFINET are două perspective: PROFINET CBA și PROFINET IO, ambele putând comunica pe același sistem de magistrală. Acestea pot fi operate individual sau în combinație, iar subsistemul PROFINET IO poate fi utilizat ca sistem PROFINET CBA din altă perspectivă. PROFINET IO a fost dezvoltat pentru comunicații în timp real (RT) și izocron (IRT) cu dispozitive periferice distribuite, cu un timp de ciclu de 10 milisecunde pentru un timp de comunicare{{4}real de RT, 1, ms sau mai puțin pentru unități IRT de comunicare izocronă. PROFINET CBA este potrivit pentru comunicații bazate pe componente-prin TCP/IP și pentru comunicații-în timp real în ingineria sistemelor modulare. Ambele moduri de comunicare pot fi utilizate în paralel. PROFINET CBA are un interval de timp de reacție de 100 ms.
Protocolul PROFINET fieldbus este inclus în standardele IEC 61158 și IEC 61784.
5.5 CC-Protocol de conectare
CC-Link este un protocol fieldbus 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 peste 1.000 de dispozitive diferite. Ethernet industrial care utilizează protocolul CC-Link poate fi integrat cu ușurință în rețelele IT convenționale.
Există patru formate CC-Link:
CC-Link CC-Link LT (versiune ușoară pentru dispozitive cu cerințe reduse de comunicare) CC-Link Safety (versiunea de-fiabilitate ridicată, conformă cu IEC 61508 SIL3 și ISO 13849-1 Cat 4) CC-Link IE (Industrial Versiunea Ethernet) Mijloacele de comunicare CC-Link tipice includ perechi-răsucite și fibră optică. Mijloacele de comunicare CC-Link tipice includ cabluri de perechi răsucite și fibră optică, CC-Link Partner Association oferă o listă de parteneri.
5.6 Protocol industrial comun (CIP)
Protocolul industrial comun (CIP) încearcă să ofere o arhitectură de comunicații unificată pentru întreaga industrie de producție. CIP este un protocol unificat de nivel de aplicație pentru protocoale precum EtherNet/IP, DeviceNet, CompoNet și ControlNet. CIP conține un set de mesaje și servicii pentru colectarea de control, siguranță, sincronizare, mișcare, configurare și alte informații din aplicațiile de automatizare a producției. Protocolul este gestionat de Open DeviceNet Vendors Association (ODVA).
5.7 Protocol ControlNet
ControlNet este o implementare CIP dezvoltată de Allen-Bradley, care a inclus-suport pentru cabluri de legătură complet redundante, iar toate comunicațiile sunt bine programate pentru un grad ridicat de determinism.
Stratul fizic ControlNet este fie un cablu coaxial RG-6, fie fibră optică folosind conectori BNC. controlNet folosește codarea Manchester cu o viteză de magistrală de 5 Mbps. stratul de legătură funcționează pe un ciclu numit Network Update Time (NUT). fiecare NUT are două faze, prima fază este rezervată pentru transmisiile regulate de trafic pentru a garanta oportunități de transmisie, iar a doua fază este utilizată pentru transmisiile de trafic neprogramate fără nicio garanție. 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 deasupra stratului fizic Controller Area Network (CAN) și utilizează tehnologia ControlNet, care este mai puțin costisitoare și mai robustă decât protocolul tradițional bazat pe RS-485.
Ratele baud ale DeviceNet sunt de 125 Kbps, 250 Kbps și 500 Kbps, iar lungimea coloanei vertebrale este invers proporțională cu viteza magistralei, 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{9}}la-punct. Mai mulți master coexistă într-o singură rețea logică. DeviceNet a fost proiectat cu atenție pentru a funcționa stabil în medii electromagnetice complexe.
5.9 Protocolul EtherNet/IP
EtherNet/IP este o implementare a protocolului CIP dezvoltat de Rockwell Automation. Stratul de aplicare al protocolului este CIP. EtherNet/IP este un protocol de nivel de aplicație construit pe partea superioară a stivei standard TCP/IP, care tratează toate dispozitivele din rețea ca un set unificat de „obiecte”, utilizând infrastructura Ethernet existentă în partea de jos (indiferent de viteză). Întreaga stivă EtherNet/IP poate fi implementată în software pe un procesor-general, fără a fi nevoie de un ASIC sau Field Programmable Gate Array (FPGA). EtherNet/IP utilizează 44818/TCP pentru mesageria explicită și 2222/UDP pentru mesageria implicită.
5.10 Protocolul EtherCAT
EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) este un protocol Ethernet pentru tehnologia de automatizare a controlului cu un Ethertype de 0x88A4, care face ca IP să fie rutabil prin inserarea datelor de cadru în pachetele UDP. etherCAT nu utilizează un model per-ciclu-per-nod. În loc să proceseze un cadru pe nod pe ciclu (timp de actualizare), EtherCAT folosește un mod „din zbor”. În loc să primească pur și simplu cadre Ethernet de la dispozitive, EtherCAT citește datele trimise către dispozitive pe măsură ce trece prin acestea, le interpretează și le copiază ca date de proces la fiecare nod și, în mod similar, inserează datele de intrare pe măsură ce le trece. date pe măsură ce datagrama trece. Multe noduri pot fi adresate cu un singur cadru.
Rețelele EtherCAT pot fi integrate prin gateway-uri cu CANopen, DeviceNet, PROFIBUS și alte protocoale. EtherCAT Technology Group este o organizație internațională de utilizatori și furnizori; din august 2009, este format din peste 1.100 de companii din 47 de țări. etherCAT este inclus ca protocol fieldbus în IEC 61158 și IEC 61788 și în protocoalele IEC 61158 și IEC 61789. EtherCAT ca protocol fieldbus este inclus în standardele IEC 61158 și IEC 61784. etherCAT folosește porturile 34980/UDP și 34980/TCP pentru rutarea între rețele LAN Ethernet.
5.11 Protocolul EGD (Ethernet Global Data)
Protocolul Ethernet Global Data (EGD) este un mecanism de comunicare care permite unui procesor să partajeze o parte din memoria sa internă cu unul sau mai multe procesoare la o rată de ciclu programată în mod regulat. Anumite PLC-uri GE Fanuc folosesc protocolul EGD.
5.12 Protocol FINS
FINS este un protocol dezvoltat de Omron (o companie de control japoneză) și utilizat în PLC-urile sale mai noi. De obicei, rulează pe sisteme cu IP-activate utilizând portul 9600/UDP.
5.13 Protocolul Host Link
Host Link este un protocol dezvoltat de Omron pentru seria sa mai veche de PLC, cu toate acestea, multe PLC-uri Omron mai noi pot comunica în continuare folosind protocolul HostLink. Este un protocol de magistrală RS-232 bazat pe codul ASCII.
5.14 Protocolul SERCOS (Sistem de comunicare în timp real-serial)
SERCOS are cerințe stricte-în timp real și este deosebit de potrivit pentru controlul mișcării în domenii precum tăierea și formarea metalelor, asamblarea mașinilor, ambalarea, 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 (Service Request Transfer Protocol)
SRTP este un protocol pentru comandă și comunicarea datelor către PLC prin intermediul computerului. Este folosit de PLC-urile GE Fanuc ca protocol de comunicare la nivel de aplicație.
5.16 Protocol Sinec H1
Sinec H1 este un protocol de nivel de transport dezvoltat de Siemens pe care pot rula diferite protocoale de nivel de aplicație. Caracteristicile de lățime de bandă mare ale acestui protocol îl fac ideal pentru transmiterea unor volume mari de date.