Kommunikationsprotokollen som används i industriella kontrollsystem IC: er varierar kraftigt mellan branscher, regioner och leverantörer.
1 kraftindustri
1.1 IEC 60870-5
IEC 60870-5 är förmodligen det mest populära internationella protokollet för transformatorering. I USA är det den funktionella motsvarigheten till DNP3, som använder delar av IEC 60870-5 för att utgöra grunden för datalänkskiktet. Ett antal följeslagarstandarder har utvecklats, inklusive följande:
IEC 60870-5-101: För kraftsystem relaterade till fjärrkontroll och fjärrskydd, ett kommunikationstransportprotokoll med övervaknings- och kontrollfunktioner IEC 60870-5-103: Ett transportprotokoll för att uppnå interoperabilitet mellan säkerhetsskyddsenheter och Substationskontrollsystemutrustning IEC 60870-5-104: är en förlängning av IEC {}}. Inkluderar variationer på transport-, nätverks-, länk- och fysiska skikttjänster och sviter för anslutning till TCP/IP och andra transporter (ISDN, X.25 ramrelä, etc.) IEC 60870-5 typiska kommunikationsmedier inkluderar Ethernet och serie, med typiska portar är 2404/UDP och 2404/TCP.
1.2 Distribuerat nätverksprotokoll 3. 0 (DNP3)
DNP3 används ofta i Nordamerika, främst som en ersättning för IEC 60870-5 -familjen av protokoll. It was developed as a serial protocol in the early 1990s, but versions of the UDP/IP and TCP/IP variants also exist today.There are many similarities between DNP3 and IEC 60870-5, as several members of the IEC 60870-5 development committee left during the development process to create what would later become known as DNP3.As a result, the data links between DNP3 and IEC 60870-5 är mycket lika i datalänkskiktet, men protokollens övre lager är mer olika.
DNP3 används främst inom den nordamerikanska kraftindustrin, men protokollet har också trängt in i vatten- och avloppsindustrin. Enligt en undersökning av Newton-Evans-forskning använde mer än hälften av nordamerikanska elverktyg UDP/IP- eller TCP/IP-variant versioner av DNP3-protokollet 2008.
Forskare utvecklar för närvarande säkerhetsförlängningar till DNP3 som förväntas tillhandahålla länkkryptering och nyckelhanteringstjänster.
Typiska kommunikationsmedier för DNP3 -protokollet inkluderar Ethernet och seriella anslutningar, och portar som vanligtvis används av DNP3 är 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP och 19999/TCP.
1.3 Foundation Fieldbus (Foundation Fieldbus)
Foundation FieldBus -protokollet är huvudfältbussprotokollet i olika industriella processer. Det används främst för process/fabriksautomation och har distribuerats i en mängd olika installationer inklusive kraftverk/generatorstyrning och kontroll av halvledartillverkning. FieldBus -kommunikationsmedier inkluderar tvinnat par och fiberoptik. Typiska portar inkluderar 1089/UDP, 1089/TCP, 1090/UDP, 1090/TCP, 1091/UDP och 1091/TCP.
En offentlig lista över stiftelsens FieldBus-protokollstödda enheter finns tillgänglig på FieldBus Foundation-webbplatsen. Medlemmar i Fieldbus Foundation inkluderar mer än 350 ledande kontrollsystem och instrumenteringsleverantörer samt ett antal slutanvändare.
1.4 Intercontrol Center Communication Protocol (ICCP)
ICCP (IEC 60870-6/tase.2) används för kommunikation mellan kontrollcentra, främst inom kraftindustrin. I USA används ICCP-nätverk ofta för användningsföretagskoordinering, vanligt verktyg med överföringsoperationer, såsom överföring, distribution och kraftverk i olika regioner, där anslutningstjänsteleverantörer i dessa olika regioner kan användas för att samordna ingången och utgången av kraft mellan olika regioner.ICCP vanligtvis använder port 102/TCP.
1.5 Modbusprotokoll
Modbus är det mest populära kontrollprotokollet inom alla områden på grund av dess enkelhet att använda, gratis nedladdningsbarhet och royaltyfri distribution.
Intelligenta enheter som PLC: er och reläer använder ofta MODBUS -protokollet eller dess varianter för att kommunicera med enkla enheter som fjärr -RTU: er. Förutom Modbus Standard -protokollet är Modbus + en av de vanligaste varianterna. En lista över Modbus -medlemmar (företag och utvecklare som tillhör Modbus Developers Group) finns på Modbus -webbplatsen. Denna lista innehåller en kort beskrivning av de enskilda medlemmarna och de produkter som tillverkas av varje medlem. En lista över Modbus -leverantörer, en lista över Modbus -utrustning och en lista över företag som erbjuder Modbus System Integration Services tillhandahålls också.
There are a number of Modbus variants, Modbus RTU is an open standard, binary encoded protocol that allows communication over a serial connection, Modbus ASCII is an open standard, ASCII encoded protocol that supports serial connections, and Modbus/TCP is an open standard that encapsulates the Modbus RTU payload in a TCP packet and provides a function code for the Modbus RTU nyttolast. 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 Proprietary Protocol. Enron (eller Daniels) Modbus är standard MODBUS -protokollet med leverantörsförlängningar som behandlar 32- Bitvärden som ett register istället för två.jbus är en version av Modbus -protokollet med mindre adresseringsvariationer.
Typiska kommunikationsmedier för Modbus inkluderar Ethernet och seriella portar (Rs485 två-tråd är mycket vanligt) .Modbus kommunicerar vanligtvis på port 502/TCP.
2 olje- och gasindustrin
Det finns inga uppenbara mainstream -proprietära protokoll för olje- och gasindustrin. Branschen använder en mängd olika protokoll som DNP3, IEC 60870-5 och Modbus. Avsnitt 1 diskuterar dessa protokoll i mer djup. En mängd olika fältbus -protokoll, såsom Foundation Fieldbus -protokollet Feildbus, kan också hittas i många olje- och gasanläggningar.
Kommunikation inom olje- och gasindustrin överförs ofta trådlöst för att tillhandahålla flödes- och tryckdata till PLC via RTU: er och sensorer. PLC: er driver säkerhets- och skyddssystem och brunnskontrollsystem. etc.
2.1 DNP3 och IEC 60870-5
En diskussion av DNP3 och IEC 60870-5 ges i avsnittet Power Industry i avsnitt 5.2. En lista över olje- och gasföretag som använder DNP3 och IEC 60870-5 finns tillgänglig på Triangle Microworks Inc. -webbplatsen, där en vitbok om protokollen också kan hittas.
Typiska kommunikationsmedier inkluderar Ethernet och Serial Connections.DNP3 använder vanligtvis portar 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP och 19999/TCP, medan IEC 60870-5 vanligtvis använder 2404/UDP och 2404/TCP.
2.2 Modbusprotokoll
Modbus är ett populärt kontrollprotokoll inom olje- och gassektorn som beskrivs i beskrivningen av Modbus i avsnitt 5.2. Foundation Fieldbus -protokollet är också populärt inom det petrokemiska området.
Typiska kommunikationsmedier inkluderar Ethernet- och seriella portar (Rs485 tvåtråd är mycket vanligt.) Modbus körs vanligtvis på port 502/TCP.
3 vattenbehandlingsindustrin
3.1 DNP3 -protokoll
Som beskrivs i beskrivningen av DNP3 i avsnitt 5.2 är detta protokoll också populärt inom vattenbehandlingssektorn. Typiska kommunikationsmedier inkluderar Ethernet och Serial Connections.DNP3 använder vanligtvis Ports 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP och 19999/TCP.
3.2 Modbusprotokoll
Som nämnts ovan i beskrivningen av Modbus i avsnittet om kraftindustrin är Modbus det mer populära kontrollprotokollet i vattenbehandlingsindustrin. Typiska kommunikationsmedier inkluderar Ethernet och seriella bussar. Modbus körs vanligtvis på Port 502/TCP.
4 Byggnadsautomationsfält
Inom byggnadsautomation är Lonworks (även känd som Lontalk eller ANSI/CEA 709.1B) det dominerande kommunikationsprotokollet, följt av Dynet och ett antal andra kommunikationsprotokoll. Typiska kommunikationsmedier inkluderar kraftledare, tvinnat par/Ethernet, fiberoptik och RF. Stora kommunikationsportar inkluderar 2540/UDP, 2540/TCP, 2541/UDP och 2541/TCP.
4.1 Lonworks (Lontal eller ANSI/CEA 709. 1- B)
Det amerikanska företaget Echelon har utvecklat en nätverksplattform baserad på LonWorks -protokollet, även kallad LonWorks -plattformen. The platform is used in many industries including semiconductor manufacturing, lighting control systems, energy management systems, HVAC systems, security systems, home automation, consumer appliance control, public street lighting/monitoring/control, and gas station control.Typical applications for LonWorks are used as a thermostat that communicates with PCs and PLCs via the LonTalk protocol to coordinate the air conditioning and ventilation system (HVAC) inside a building. Luftkonditionering och ventilationssystem (HVAC).
ISO och IEC har beviljat LonWorks Platform Compatibility Standardnummer ISO/IEC 14908-1, -2, -3 och -4 (Ansi/cea -852). applikationsspecifika ansökningsområden. Kina har godkänt Lonworks som en nationell kontrollstandard (GB/Z 20177. 1-2006) och som standard för byggnader och smarta samhällen (GB/T 20299. 4-2006). European Equipment Manufacturers Council har också antagit LONWORKS som en del av sin kontroll och övervakning av inhemska apparater - SPECIFIKATIONSPECIFICATION STANDANDE.
4.2 Dynet
Dynet är ett proprietärt protokoll utvecklat av Dynalite (som nu ägs av Philips Electronics) .dynet-enheter inkluderar sina egna programmerbara styrenheter och kommunicerar via en punkt-till-punkt-modell.
Typiska kommunikationsmedier för dynet inkluderar Rs -485 Seriell buss, RS -232 Seriell buss, Ethernet och infraröd.
4.3 Andra protokoll
Det finns många andra protokoll som används för att bygga automatiseringssystem. Den mest populära inkluderar Insteon, X10, Zigbee, X-Wave och KNX/Konnex.
5 Processautomation (tillverkning)
Fältbussprotokollen som dominerar processautomationsfältet inkluderar Profinet, Foundation Fieldbus Protocol Fieldbus och det gemensamma industriella protokollet CIP och dess derivat.IEC 61158 och IEC 61784 innehåller detaljerade beskrivningar av vart och ett av de stora fältbussprotokollen och deras varianter.
5.1 DF1 -protokoll
DF1 är ett seriekommunikationsprotokoll definierat i delar D1 och F1 i ANSI X3.28 -protokollet. Protokollet utvecklades ursprungligen av Allen-Bradley (nu ägt av Rockwell Automation) och används ofta som ett sätt att överföra programmerbara Controller Communication Commands (PCCC) till Allen-Bradley PLCS.
5.2 Foundation Fieldbus Protocol Fieldbus
Foundation FieldBus Protocol FieldBus är lämplig för grundläggande och avancerade moduleringskontrollapplikationer, liksom de flesta diskreta kontrollscenarier associerade med dessa funktioner. Foundation FieldBus Protocol FieldBus har två implementeringar som körs med olika hastigheter och på olika transmissionsmedier: H1 är den vanligaste implementeringen, vanligtvis anslutande fältenheter och körs vid 31,25 kbps; HSE (High Speed Ethernet) ansluter värddatorn, I/O -delsystem, gateways och fältenheter och körs vid 100 Mbps. Foundation Fieldbus Protocol FieldBus har antagits som en fältbusstandard i IEC 61804.
5.3 Process FieldBus Protocol Profibus
Profibus utvecklades av den tyska utbildnings- och forskningsavdelningen BMBF. Det finns i två varianter, varav den vanligaste varianten är det decentraliserade perifera (DP) -protokollet, som vanligtvis används för kommunikation mellan centraliserade kontroller och sensorer/ställdon, och den andra varianten är processen Automation (PA) Protocol, som används för processkontroller för att övervaka och kontrollera mätning. I enlighet med IEC 61158-2. PA samma grundläggande kommunikationsprotokoll som DP, men PA arbetar med en hastighet av 31,25 kpbs. DP- och PA -nätverk kan anslutas via en koppling, med DP som används som ryggraden. Profibus FieldBus -protokoll ingår i IEC 61158 och IEC 61784 -standarderna.
5.4 Profinet IO -protokoll
Profinet -konceptet har två perspektiv: Profinet CBA och Profinet IO, som båda kan kommunicera på samma bussystem. De kan drivas individuellt eller i kombination, och Profinet IO-delsystemet kan användas som ett Profinet CBA-system från det andra perspektivet. Profinet IO utvecklades för realtid (RT) och isokron (IRT) med distribuerade perifera enheter, med en cykeltid på 10 millisekonds för kommunikation i realtid, och en cykeltid för 1 MS-kommunikation. Profinet CBA är lämplig för komponentbaserad kommunikation via TCP/IP och för realtidskommunikation inom modulär systemteknik. Båda kommunikationskommunikationslägen kan användas parallellt. Profinet CBA har ett reaktionstidsintervall på 100 ms.
Profinet Fieldbus -protokollet ingår i IEC 61158 och IEC 61784 -standarderna.
5.5 CC-länkprotokoll
CC-Link är ett Fieldbus-protokoll utvecklat av Mitsubishi Electric i Japan och allmänt antagen av andra japanska leverantörer. För närvarande överstiger det totala antalet enheter som använder CC-Link 6 miljoner, som täcker mer än 1, 000 olika enheter. Industrial Ethernet med CC-Link-protokollet kan enkelt integreras med konventionella IT-nätverk.
Det finns fyra CC-länkformat:
CC-Link CC-Link LT (Lätt version för enheter med låga kommunikationskrav) CC-Link Safety (Högt tillförlitlighet version, i överensstämmelse med IEC 61508 SIL3 och ISO 13849-1 CAT 4) CC-Link IE (Industrial Ethernet-version) Typiska CC-Link-kommunikationsmedier inkluderar Twisted-Pair och Fiber Optic. Typiska CC-Link-kommunikationsmedier inkluderar tvinnade parkablar och fiberoptik, CC-Link Partner Association tillhandahåller en lista över partners.
5.6 Common Industrial Protocol (CIP)
Det gemensamma industriella protokollet (CIP) försöker tillhandahålla en enhetlig kommunikationsarkitektur för hela tillverkningsindustrin. CIP är ett enhetligt applikationslagerprotokoll för protokoll som Ethernet/IP, DeviceNet, Componet och ControlNet.CIP består av en fullständig uppsättning meddelanden och tjänster som används för att samla in kontroll, säkerhet, synkronisering, rörelse, konfiguration och tillverkning och andra information. CIP innehåller en uppsättning meddelanden och tjänster för insamling av kontroll, säkerhet, synkronisering, rörelse, konfiguration och annan information från tillverkningsautomationsapplikationer. Protokollet hanteras av Open DeviceNet Vendors Association (ODVA).
5.7 Kontrollnätprotokoll
ControlNet är en CIP-implementering utvecklad av Allen-Bradley som har inbyggt stöd för helt redundanta länkkablar, och all kommunikation är tätt planerad för en hög grad av determinism.
Det fysiska lagret med kontrollnätet är antingen Rg -6 koaxialkabel eller fiberoptik med BNC -kontakter. ControlNet använder Manchester -kodning med en busshastighet på 5 Mbps. Länkskiktet fungerar på en cykel som kallas nätverksuppdateringstid (mutter). Varje mutter har två faser, den första fasen är reserverad för regelbundna trafiköverföringar för att garantera överföringsmöjligheter, och den andra fasen används för oplanerade trafiköverföringar utan några garantier. Alla garanterade oplanerade trafiköverföring. Den maximala ramstorleken för ControlNet är 510 byte.
5.8 Devicenet -protokoll
Devicenet är en annan CIP-implementering utvecklad av Allen-Bradley.DeviceNet sitter ovanpå styrenhetsnätverket (CAN) fysiskt lager och använder kontrollnet-teknik, vilket är billigare och mer robust än det traditionella RS -485- baserade protokollet.
Devicenets baudhastigheter är 125 kbps, 250 kbps och 500 kbps, och längden på ryggraden är omvänt proportionell mot busshastigheten, dvs. 500 meter, 250 meter respektive 125 meter. De flesta distributioner använder master/slavläge, men punkt-till-punkt-överföringar kan också användas. Flera mästare samexisterar i ett enda logiskt nätverk.Devicenet har utformats noggrant för att fungera stabilt i komplexa elektromagnetiska miljöer.
5.9 Ethernet/IP -protokoll
Ethernet/IP är en implementering av CIP -protokollet utvecklat av Rockwell Automation. Protokollets applikationslager är CIP. Ethernet/IP är ett applikationslagerprotokoll byggt ovanpå standard TCP/IP -stacken, som behandlar alla enheter i nätverket som en enhetlig uppsättning "objekt", med den befintliga Ethernet -infrastrukturen i botten (oavsett hastighet). Hela Ethernet/IP-stacken kan implementeras i programvara på en allmän processor utan behov av en ASIC- eller fältprogrammerbar grindarray (FPGA) .Ethernet/IP använder 44818/TCP för uttryckliga meddelanden och 2222/UDP för implicit meddelanden.
5.10 EtherCAT -protokoll
EtherCAT (Ethernet för kontrollautomationsteknologi) är ett Ethernet -protokoll för kontrollautomationsteknologi med en EtherType av 0 x88A4, vilket gör IP -rutbar genom att infoga ramdata i UDP -paket. Ethercat använder inte en percykel-per-nodmodell. Istället för att bearbeta en ram per nod per cykel (uppdateringstid) använder Ethercat ett "on-the-fly" -läge. Istället för att helt enkelt ta emot Ethernet -ramar från enheterna, läser Ethercat de data som skickas till enheterna när de passerar genom dem, tolkar och kopierar den som processdata vid varje nod och sätter på liknande sätt inmatningsdata när de passerar. data när datagramet passerar. Många noder kan hanteras med en enda ram.
EtherCat -nätverk kan integreras via gateways med CanOpen, DeviceNet, Profibus och andra protokoll. EtherCat Technology Group är en internationell organisation av användare och leverantörer; Från augusti 2009 består den av mer än 1 100 företag från 47 länder. EtherCAT ingår som ett fältbus -protokoll i IEC 61158 och IEC 61788, och i IEC 61158 och IEC 61789 -protokollen. Ethercat som fältbussprotokoll ingår i IEC 61158 och IEC 61784 -standarderna. Ethercat använder portar 34980/UDP och 34980/TCP för routing mellan Ethernet LAN.
5.11 EGD -protokoll (Ethernet Global Data)
Ethernet Global Data (EGD) -protokollet är en kommunikationsmekanism som gör det möjligt för en CPU att dela en del av dess interna minne med ett eller flera andra CPU: er med en regelbunden schemalagd cykelhastighet. Vissa GE FANUC PLC: er använder EGD -protokollet.
5.12 FINS -protokoll
Fins är ett protokoll utvecklat av Omron (ett japanskt kontrollföretag) och används i sina nyare PLC: er. Det körs vanligtvis på IP-aktiverade system med port 9600/UDP.
5.13 Host Link Protocol
Host Link är ett protokoll utvecklat av Omron för sin äldre PLC -serie, men många nyare Omron PLC: er kan fortfarande kommunicera med Hostlink -protokollet. Det är ett RS -232 Bussprotokoll baserat på ASCII -kod.
5.14 SERCOS-protokoll (seriellt kommunikationssystem i realtid))
Sercos har strikta realtidskrav och är särskilt lämplig för rörelsekontroll inom områden som metallskärning och formning, maskinmontering, förpackning, robotik, tryckning och materialhantering. Protokollet hanteras av Sercos International och den nuvarande versionen är SERCOS III. Sercos definieras i detalj i IEC 61158 och IEC 61784 -standarderna.
5.15 SRTP (Service Request Transfer Protocol)
SRTP är ett protokoll för kommando- och datakommunikation till PLC via PC. Det används av GE FANUC PLCS som ett kommunikationsprotokoll för applikationslager.
5.16 SINEC H1 -protokoll
Sinec H1 är ett transportlagerprotokoll utvecklat av Siemens på vilket olika applikationslagerprotokoll kan köras. De stora bandbreddegenskaperna för detta protokoll gör det idealiskt för överföring av stora datavolymer.