Tööstusjuhtimissüsteemis ICS kasutatavad sideprotokollid on tööstusharude, piirkondade ja tarnijate lõikes väga erinevad.
1 Elektritööstus
1.1 IEC 60870-5
IEC 60870-5 on ilmselt kõige populaarsem rahvusvaheline alajaamade automatiseerimise protokoll. Ameerika Ühendriikides on see DNP3 funktsionaalne ekvivalent, mis kasutab andmesidekihi aluse loomiseks IEC 60870-5 osi. Välja on töötatud mitmeid kaasstandardeid, sealhulgas järgmised:
IEC 60870-5-101: kaugjuhtimise ja kaugkaitsega seotud toitesüsteemide jaoks seire- ja juhtimisfunktsioonidega sidetranspordiprotokoll IEC 60870-5-103: transpordiprotokoll ohutuskaitseseadmete ja alajaama juhtimissüsteemi seadmete koostalitlusvõime saavutamiseks IEC 60870-5-104: on standardi IEC 608710-5080710 laiendus. Sisaldab transpordi-, võrgu-, lingi- ja füüsilise kihi teenuste variatsioone ning TCP/IP-ga ja muude edastustega ühendamise komplekte (ISDN, X.25 Frame Relay jne) IEC 60870-5 Tüüpiliste sidemeediumite hulka kuuluvad Ethernet ja jada, tüüpilisteks pordideks on 2404/UDP ja 2404/TCP.
1.2 Distributed Network Protocol 3.0 (DNP3)
DNP3 kasutatakse laialdaselt Põhja-Ameerikas, peamiselt IEC 60870-5 protokollide perekonna asendajana. See on 1990. aastate alguses välja töötatud jadaprotokoll, kuid tänapäeval on olemas ka UDP/IP ja TCP/IP variantide versioonid. DNP3 ja IEC 60870-5 vahel on palju sarnasusi, kuna mitmed IEC 60870-5 arenduskomitee liikmed lahkusid arendusprotsessi käigus, et luua DNP3.A-de ja IEC-de vahel DNP3.A-de vaheline seos, mida hiljem nimetatakse DNP3.A-de ja IEC-ide vahel. 60870-5 on andmelingis väga sarnased kiht, kuid protokollide ülemised kihid on erinevad.
DNP3 kasutatakse peamiselt Põhja-Ameerika elektritööstuses, kuid protokoll on tunginud ka vee- ja reoveetööstusesse. Newton-Evans Researchi uuringu kohaselt kasutasid enam kui pooled Põhja-Ameerika elektriettevõtetest 2008. aastal DNP3 protokolli UDP/IP või TCP/IP variante.
Teadlased arendavad praegu DNP3 turvalaiendusi, mis peaksid pakkuma linkide krüptimise ja võtmehaldusteenuseid.
Tüüpilised DNP3-protokolli sidekandjad hõlmavad Etherneti- ja jadaühendusi ning DNP3-s tavaliselt kasutatavad pordid on 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP ja 19999/TCP.
1.3 Foundation Fieldbus (FOUNDATION Fieldbus)
Foundation Fieldbus protokoll on peamine väljasiini protokoll erinevates tööstusprotsessides. Seda kasutatakse peamiselt protsesside/tehase automatiseerimiseks ja seda on kasutatud mitmesugustes paigaldistes, sealhulgas elektrijaamade/generaatorite juhtimises ja pooljuhtide tootmise juhtimises. Väljasiini sidemeediumite hulka kuuluvad keerdpaar ja fiiberoptika. Tüüpilised pordid on 1089/UDP, 1089/TCP, 1090/UDP, 1090/TCP, 1091/UDP ja 1091/TCP.
Foundationi väljasiiniprotokolli toetavate seadmete avalik loend on saadaval Fieldbus Foundationi veebisaidil. Fieldbus Foundationi liikmete hulka kuulub enam kui 350 juhtivat juhtimissüsteemide ja mõõteriistade müüjat, aga ka mitmeid lõppkasutajaid.
1.4 Juhtimiskeskuse sideprotokoll (ICCP)
ICCP-d (IEC 60870-6/TASE.2) kasutatakse juhtimiskeskuste vaheliseks suhtluseks, peamiselt energiatööstuses. USA-s kasutatakse ICCP-võrke sageli kommunaalettevõtete koordineerimiseks – tavaliselt kommunaalettevõtted, mis tegelevad edastustoimingutega, nagu edastus-, jaotus- ja elektrijaamad erinevates piirkondades, kus nendes erinevates piirkondades asuvaid teenusepakkujaid saab kasutada erinevate piirkondade vahel võimsuse sisendi ja väljundi koordineerimiseks. ICCP kasutab tavaliselt porti 102/TCP.
1.5 Modbusi protokoll
Modbus on oma kasutuslihtsuse, tasuta allalaaditavuse ja kasutustasuta kasutuselevõtu tõttu kõigis valdkondades kõige populaarsem juhtimisprotokoll.
Intelligentsed seadmed, nagu PLC-d ja releed, kasutavad sageli Modbusi protokolli või selle variante, et suhelda lihtsate seadmetega, näiteks kaug-RTU-dega. Lisaks Modbusi standardprotokollile on Modbus + üks levinumaid variante. Modbusi liikmete loend (Modbusi arendajate gruppi kuuluvad ettevõtted ja arendajad) on saadaval Modbusi veebisaidil. See loetelu sisaldab üksikute liikmete ja iga liikme toodetud toodete lühikirjeldust. Samuti on saadaval Modbusi tarnijate loend, Modbusi seadmete loend ja Modbusi süsteemiintegratsiooni teenuseid pakkuvate ettevõtete loend.
Modbusi variante on mitmeid, Modbus RTU on avatud standardiga kahendkoodiga protokoll, mis võimaldab sidet jadaühenduse kaudu, Modbus ASCII on avatud standard, ASCII kodeeringuga protokoll, mis toetab jadaühendusi, ja Modbus/TCP on avatud standard, mis kapseldab Modbusi RCPTU-koodi ja Modbusi RTU-paketi kasuliku koormuse TD-s. Modbus/TCP on avatud standard, mis kapseldab Modbusi RTU kasuliku koormuse TCP-paketti koos funktsioonikoodide teatud piirangutega. Modbus/UDP on tarnijati erinev, kuid enamasti edastatakse Modbus/TCP üle UDP. Modbus + on laiendatud kiire (1 Mbps) versioon, mis kasutab Modbusi juurdepääsu juhtimist, kuid Modbusi juurdepääsu juhtimise tehnoloogia varaline protokoll. Enron (või Daniels) Modbus on standardne Modbusi protokoll koos müüjalaienditega, mis käsitlevad 32-bitiseid väärtusi ühe registrina, mitte kahe registrina. JBus on Modbusi protokolli versioon, millel on väiksemad aadressivariatsioonid.
Tüüpilised Modbusi sidekandjad hõlmavad Etherneti ja jadaporte (väga levinud on kahejuhtmeline RS485). Modbus suhtleb tavaliselt pordi 502/TCP kaudu.
2 Nafta- ja gaasitööstus
Nafta- ja gaasitööstuse jaoks puuduvad ilmselged peavoolu patenteeritud protokollid. Tööstus kasutab mitmesuguseid protokolle, nagu DNP3, IEC 60870-5 ja Modbus. 1. jaotises käsitletakse neid protokolle põhjalikumalt. Mitmesuguseid väljasiiniprotokolle, näiteks Foundation fieldbusi protokolli Feildbus, võib leida ka paljudes nafta- ja gaasirajatistes.
Nafta- ja gaasitööstuse side edastatakse sageli juhtmevabalt, et edastada PLC-dele voolu- ja rõhuandmeid RTU-de ja andurite kaudu. PLC-d juhivad ohutus- ja kaitsesüsteeme ning kaevude juhtimissüsteeme. jne.
2.1 DNP3 ja IEC 60870-5
DNP3 ja IEC 60870-5 arutelu on toodud jaotise 5.2 jaotises Energiatööstus. DNP3 ja IEC 60870-5 kasutavate nafta- ja gaasiettevõtete nimekiri on saadaval Triangle Microworks Inc. veebisaidil, kust leiate ka protokollide valge raamatu.
Tüüpilised sidekandjad hõlmavad Etherneti ja jadaühendusi. DNP3 kasutab tavaliselt porte 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP ja 19999/TCP, IEC 60870-5 aga tavaliselt 2404/UDP ja 2404/TCP.
2.2 Modbusi protokoll
Modbus on nafta- ja gaasisektoris populaarne juhtimisprotokoll, nagu on kirjeldatud Modbusi kirjelduses jaotises 5.2. Ka Foundation Fieldbusi protokoll on populaarne naftakeemia valdkonnas.
Tüüpiliste sidemeediumite hulka kuuluvad Ethernet ja jadapordid (väga levinud on kahejuhtmeline RS485.) Modbus töötab tavaliselt pordil 502/TCP.
3 Veepuhastustööstus
3.1 DNP3 protokoll
Nagu on kirjeldatud DNP3 kirjelduses jaotises 5.2, on see protokoll populaarne ka veepuhastussektoris. Tüüpilised sidekandjad hõlmavad Etherneti ja jadaühendusi. DNP3 kasutab tavaliselt porte 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP ja 19999/TCP.
3.2 Modbusi protokoll
Nagu eespool mainitud Modbusi kirjelduses energeetikat käsitlevas jaotises, on Modbus veepuhastustööstuses populaarsem juhtimisprotokoll. Tüüpilised sidekandjad hõlmavad Etherneti ja jadasiine. Modbus töötab tavaliselt pordis 502/TCP.
4 Hooneautomaatika valdkond
Hooneautomaatika valdkonnas on domineeriv sideprotokoll LonWorks (tuntud ka kui LonTalk või ANSI/CEA 709.1B), millele järgneb DyNet ja mitmed teised sideprotokollid. Tüüpiliste sidevahendite hulka kuuluvad elektriliini kandja, keerdpaar/Ethernet, fiiberoptika ja raadiosagedus. peamised sidepordid on 2540/UDP, 2540/TCP, 2541/UDP ja 2541/TCP.
4.1 LonWorks (LonTalk või ANSI/CEA 709.1-B)
Ameerika ettevõte Echelon on välja töötanud LonWorksi protokollil põhineva võrguplatvormi, mida nimetatakse ka LonWorksi platvormiks. Platvormi kasutatakse paljudes tööstusharudes, sealhulgas pooljuhtide tootmises, valgustuse juhtimissüsteemides, energiahaldussüsteemides, HVAC-süsteemides, turvasüsteemides, koduautomaatikas, tarbeseadmete juhtimises, avalikus tänavavalgustuses/seires/juhtimises ja bensiinijaamade juhtimises. LonWorksi tüüpilisi rakendusi kasutatakse termostaadina, mis suhtleb arvutite ja PLC-dega LonTalk-protokolli ja ventilatsioonisüsteemi kaudu hoone sees oleva õhukonditsioneerimis- ja ventilatsioonisüsteemi kaudu. kliima- ja ventilatsioonisüsteemid (HVAC).
ISO ja IEC on andnud LonWorksi platvormi ühilduvusstandardi numbrid ISO/IEC 14908-1, -2, -3 ja -4 (ANSI/CEA-852).LonWorks on samuti osa standardist IEEE 1473-L (rongivõrk, vedurite võrgustik) ja mitmed muud rakendusespetsiifilised rakendusvaldkonnad. Hiina on heaks kiitnud LonWorksi riikliku kontrollistandardina (GB/Z 20177.1-2006) ning hoonete ja nutikate kogukondade standardina (GB/T 20299.4-2006). Euroopa Seadmetootjate Nõukogu on oma kodumasinate kontrolli ja jälgimise – rakenduste koostalitlusvõime spetsifikatsiooni standardi osana vastu võtnud ka LonWorksi.
4.2 DyNet
DyNet on patenteeritud protokoll, mille on välja töötanud Dynalite (mis kuulub nüüd Philips Electronicsile). DyNeti seadmed sisaldavad oma programmeeritavaid kontrollereid ja suhtlevad punkt-punkti mudeli kaudu.
Tüüpilised DyNeti sidekandjad hõlmavad RS-485 jadasiini, RS-232 jadasiini, Etherneti ja infrapuna.
4.3 Muud protokollid
Hooneautomaatikasüsteemide jaoks kasutatakse palju muid protokolle. Kõige populaarsemad on INSTEON, X10, ZigBee, X-Wave ja KNX/Konnex.
5 Protsessi automatiseerimise (tootmise) valdkond
Protsessi automatiseerimise valdkonnas domineerivad väljasiiniprotokollid, sealhulgas PROFINET, Foundation väljasiini protokoll Fieldbus ja Common Industrial Protocol CIP ja selle tuletised. IEC 61158 ja IEC 61784 sisaldavad üksikasjalikke kirjeldusi kõigi peamiste väljasiini protokollide ja nende variantide kohta.
5.1 DF1 protokoll
DF1 on jadasideprotokoll, mis on määratletud ANSI X3.28 protokolli osades D1 ja F1. Protokolli töötas algselt välja Allen-Bradley (nüüd kuulub Rockwell Automationile) ja seda kasutatakse tavaliselt programmeeritavate kontrolleri kommunikatsioonikäskude (PCCC) edastamiseks Allen-Bradley PLC-dele.
5.2 Foundation Fieldbus Protocol Fieldbus
Foundation Fieldbus Protocol Fieldbus sobib põhiliste ja täiustatud moduleerivate juhtimisrakenduste jaoks, samuti enamiku nende funktsioonidega seotud diskreetsete juhtimisstsenaariumide jaoks. Foundation Fieldbus protokoll Fieldbusil on kaks erineva kiirusega ja erinevatel edastuskandjatel töötavat teostust: H1 on kõige levinum teostus, mis tavaliselt ühendab väliseadmeid ja töötab kiirusega 31,25 Kbps; HSE (High Speed Ethernet) ühendab hostarvuti, I/O alamsüsteemid, lüüsi ja väliseadmed ning töötab kiirusega 100 Mbps. vundamendi väljasiiniprotokoll Fieldbus on standardis IEC 61804 vastu võetud väljasiini standardina.
5.3 Protsessi väljasiini protokoll Profibus
Profibusi töötas välja Saksamaa haridus- ja teadusosakond BMBF. See on saadaval kahes variandis, millest levinum variant on detsentraliseeritud välisseadmete (DP) protokoll, mida kasutatakse tavaliselt tsentraliseeritud kontrollerite ja andurite/ajamite vaheliseks suhtluseks, ning teine variant on protsessiautomaatika (PA) protokoll, mida kasutatakse protsessijuhtimissüsteemi PCS jaoks mõõteseadmete jälgimiseks ja juhtimiseks. PA variant on loodud ja mõeldud kasutamiseks plahvatusohtlikes edastuspiirkondades. IEC 61158-2.PA Sama põhisideprotokoll nagu DP, kuid PA töötab kiirusega 31,25 Kpbs. DP- ja PA-võrke saab ühendada siduri kaudu, kusjuures selgroog on DP. Profibusi väljasiini protokollid sisalduvad IEC 61158 ja IEC 61784 standardites.
5.4 Profinet IO protokoll
PROFINETi kontseptsioonil on kaks vaatenurka: PROFINET CBA ja PROFINET IO, mis mõlemad saavad suhelda samas siinisüsteemis. Neid saab kasutada üksikult või kombineeritult ning PROFINET IO alamsüsteemi saab kasutada teisest vaatenurgast PROFINET CBA-süsteemina.PROFINET IO töötati välja reaalajas (RT) ja isokroonseks (IRT) sideks hajutatud välisseadmetega, tsükliaeg 10 millisekundit reaalajas side RT jaoks ja tsükliaeg 1 RT sekundit või vähem. PROFINET CBA sobib komponendipõhiseks suhtluseks TCP/IP kaudu ja reaalajas suhtlemiseks modulaarses süsteemiehituses. Mõlemat suhtlusviisi saab kasutada paralleelselt. PROFINET CBA reaktsiooniaja vahemik on 100 ms.
Väljasiini protokoll PROFINET sisaldub standardites IEC 61158 ja IEC 61784.
5.5 CC-Link protokoll
CC-Link on väljasiiniprotokoll, mille on välja töötanud Mitsubishi Electric Jaapanis ja mida on laialdaselt kasutusele võtnud ka teised Jaapani tarnijad. Hetkel ületab CC-Linki kasutavate seadmete koguarv 6 miljonit, hõlmates enam kui 1000 erinevat seadet. CC-Linki protokolli kasutavat tööstuslikku Etherneti saab hõlpsasti integreerida tavapäraste IT-võrkudega.
CC-Linki vorminguid on neli:
CC-Link CC-Link LT (kerge versioon madalate sidenõuetega seadmetele) CC-Link Safety (kõrge töökindlusega versioon, vastab standarditele IEC 61508 SIL3 ja ISO 13849-1 Cat 4) CC-Link IE (Industrial Ethernet versioon) Tüüpilised CC-Link sidekandjad ja fiiberoptika sisaldavad. Tüüpilised CC-Linki sidekandjad hõlmavad keerdpaarkaableid ja fiiberoptikat, CC-Linki partnerite ühendus pakub nimekirja partneritest.
5.6 Ühine tööstusprotokoll (CIP)
Common Industrial Protocol (CIP) püüab pakkuda ühtset sidearhitektuuri kogu tootmistööstuse jaoks. CIP on ühtne rakenduskihi protokoll sellistele protokollidele nagu EtherNet/IP, DeviceNet, CompoNet ja ControlNet. CIP koosneb täielikust sõnumite ja teenuste komplektist, mida kasutatakse juhtimis-, ohutus-, sünkroonimis-, liikumis-, konfiguratsiooni- ja muu teabe kogumiseks. CIP sisaldab sõnumite ja teenuste komplekti juhtimise, ohutuse, sünkroonimise, liikumise, konfiguratsiooni ja muu teabe kogumiseks tootmisautomaatika rakendustest. Protokolli haldab Open DeviceNet Vendors Association (ODVA).
5.7 ControlNeti protokoll
ControlNet on Allen-Bradley välja töötatud CIP-rakendus, millel on sisseehitatud tugi täielikult üleliigsetele linkkaablitele ja kogu side on tihedalt ajastatud, et tagada kõrge determinism.
ControlNeti füüsiline kiht on kas RG-6 koaksiaalkaabel või BNC-pistikuid kasutav fiiberoptiline kiht. controlNet kasutab Manchesteri kodeeringut siini kiirusega 5 Mbps. lingikiht töötab tsüklis, mida nimetatakse võrguvärskenduse ajaks (NUT). igal NUT-l on kaks faasi, esimene faas on reserveeritud regulaarsete liiklusedastuste jaoks, et tagada edastusvõimalused, ja teist faasi kasutatakse plaanivälise liikluse edastamiseks ilma garantiideta. mis tahes garanteeritud planeerimata liikluse edastamine. ControlNeti maksimaalne kaadri suurus on 510 baiti.
5.8 DeviceNeti protokoll
DeviceNet on veel üks Allen-Bradley välja töötatud CIP-rakendus. DeviceNet asub Controller Area Network (CAN) füüsilise kihi peal ja kasutab ControlNeti tehnoloogiat, mis on odavam ja vastupidavam kui traditsiooniline RS-485-põhine protokoll.
DeviceNeti andmeedastuskiirus on 125 Kbps, 250 Kbps ja 500 Kbps ning magistraalvõrgu pikkus on pöördvõrdeline siini kiirusega, st vastavalt 500 meetrit, 250 meetrit ja 125 meetrit. Enamik juurutusi kasutab ülem-/alamrežiimi, kuid kasutada saab ka punkt-punkti edastusi. Ühes loogilises võrgus eksisteerivad koos mitu juhtseadet. DeviceNet on hoolikalt kavandatud töötama stabiilselt keerukates elektromagnetilistes keskkondades.
5.9 EtherNet/IP protokoll
EtherNet/IP on Rockwell Automationi välja töötatud CIP-protokolli rakendus. Protokolli rakenduskiht on CIP. EtherNet/IP on standardse TCP/IP-pinu peale ehitatud rakenduskihi protokoll, mis käsitleb kõiki võrgus olevaid seadmeid ühtse "objektide komplektina", kasutades alumises osas olemasolevat Etherneti infrastruktuuri (olenemata kiirusest). Kogu EtherNet/IP pinu saab rakendada tarkvaras üldotstarbelises protsessoris, ilma et oleks vaja ASIC-i või Field Programmable Gate Array (FPGA-d).
5.10 EtherCAT protokoll
EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) on juhtimise automatiseerimise tehnoloogia Etherneti protokoll, mille Ethertype on 0x88A4, mis muudab IP marsruutitavaks, lisades kaadriandmed UDP-pakettidesse. etherCAT ei kasuta tsükli-sõlme mudelit. Selle asemel, et töödelda ühte kaadrit sõlme kohta tsükli kohta (värskendusaeg), kasutab EtherCAT režiimi "lennul". Selle asemel, et lihtsalt seadmetelt Etherneti kaadreid vastu võtta, loeb EtherCAT seadmetele saadetud andmeid nende läbimisel, tõlgendab ja kopeerib neid protsessiandmetena igas sõlmes ning samamoodi sisestab sisendandmed, kui need läbivad. andmeid, kui datagramm läbib. Paljusid sõlme saab käsitleda ühe kaadriga.
EtherCAT võrke saab integreerida CANopeni, DeviceNeti, PROFIBUSi ja muude protokollidega lüüside kaudu. EtherCAT Technology Group on rahvusvaheline kasutajate ja tarnijate organisatsioon; 2009. aasta augusti seisuga koosneb see enam kui 1100 ettevõttest 47 riigist. etherCAT sisaldub väljasiini protokollina standardites IEC 61158 ja IEC 61788 ning protokollides IEC 61158 ja IEC 61789. EtherCAT väljasiini protokollina sisaldub IEC 61158 ja IEC 61784 standardites. etherCAT kasutab Etherneti kohtvõrkude vaheliseks marsruutimiseks porte 34980/UDP ja 34980/TCP.
5.11 EGD protokoll (Etherneti globaalsed andmed)
Etherneti globaalsete andmete (EGD) protokoll on sidemehhanism, mis võimaldab CPU-l jagada osa oma sisemälust ühe või mitme teise protsessoriga korrapäraselt ajastatud tsüklisagedusega. Teatud GE Fanuci PLC-d kasutavad EGD-protokolli.
5.12 FINS-i protokoll
FINS on protokoll, mille on välja töötanud Omron (Jaapani kontrollfirma) ja mida kasutatakse tema uuemates PLC-des. Tavaliselt töötab see IP-toega süsteemides, kasutades porti 9600/UDP.
5.13 Hostilingi protokoll
Host Link on protokoll, mille Omron on välja töötanud oma vanema PLC-seeria jaoks, kuid paljud uuemad Omroni PLC-d saavad siiski suhelda HostLinki protokolli kasutades. See on ASCII koodil põhinev RS-232 siiniprotokoll.
5.14 SERCOS-protokoll (jada-reaalajas sidesüsteem)
SERCOSel on ranged reaalajas nõuded ja see sobib eriti hästi liikumise juhtimiseks sellistes valdkondades nagu metalli lõikamine ja vormimine, masinate kokkupanek, pakendamine, robootika, trükkimine ja materjalikäsitlus. Protokolli haldab SERCOS International ja praegune versioon on SERCOS III. SERCOS on üksikasjalikult määratletud standardites IEC 61158 ja IEC 61784.
5.15 SRTP (teenusetaotluse edastusprotokoll)
SRTP on arvuti kaudu PLC-ga käsu- ja andmesideprotokoll. GE Fanuci PLC-d kasutavad seda rakenduskihi sideprotokollina.
5.16 Sinec H1 protokoll
Sinec H1 on Siemensi poolt välja töötatud transpordikihi protokoll, millel võivad töötada erinevad rakenduskihi protokollid. Selle protokolli suure ribalaiuse omadused muudavad selle ideaalseks suurte andmemahtude edastamiseks.