Kommunikationsprotokollen som används i industriella styrsystem ICS varierar kraftigt mellan branscher, regioner och leverantörer.
1 Elbranschen
1.1 IEC 60870-5
IEC 60870-5 är förmodligen det mest populära internationella protokollet för automatisering av transformatorstationer. I USA är det den funktionella motsvarigheten till DNP3, som använder delar av IEC 60870-5 för att utgöra grunden för datalänklagret. Ett antal kompletterande standarder 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 säkerhetsskyddsanordningar och utrustning för transformatorstationskontrollsystem IEC 60870-5-104: är en förlängning av IEC 5018070-601870. Inkluderar variationer av transport-, nätverks-, länk- och fysiska lagertjänster och sviter för anslutning till TCP/IP och andra transporter (ISDN, X.25 Frame Relay, etc.) IEC 60870-5 Typiska kommunikationsmedier inkluderar Ethernet och seriella, med typiska portar som 2404/UDP och 2404/TCP.
1.2 Distributed Network Protocol 3.0 (DNP3)
DNP3 används ofta i Nordamerika, främst som en ersättning för IEC 60870-5-familjen av protokoll. Det är ett seriellt protokoll som utvecklades i början av 1990-talet, men versioner av UDP/IP- och TCP/IP-varianterna finns också idag. Det finns många likheter mellan DNP3 och IEC 60870-5, eftersom flera medlemmar i utvecklingskommittén för IEC 60870-5 lämnade under utvecklingsprocessen för att skapa vad som senare skulle bli känt som DNP3 och IEC 8, som ett resultat av att DNP3 och IEC 5-08 väldigt lika i datalänklagret, men de övre lagren i protokollen är mer olika.
DNP3 används främst inom den nordamerikanska kraftindustrin, men protokollet har även penetrerat vatten- och avloppsindustrin. Enligt en undersökning från Newton-Evans Research använde mer än hälften av de nordamerikanska elbolagen UDP/IP- eller TCP/IP-varianter av DNP3-protokollet 2008.
Forskare utvecklar för närvarande säkerhetstillägg till DNP3 som förväntas tillhandahålla länkkryptering och nyckelhanteringstjänster.
Typiska kommunikationsmedia 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 det huvudsakliga fältbussprotokollet i olika industriella processer. Den används främst för process-/fabriksautomation och har använts i en mängd olika installationer, inklusive kraftverks-/generatorstyrning och styrning av halvledartillverkning. Fältbusskommunikationsmedia 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 Foundations fältbussprotokoll-stödda enheter finns på Fieldbus Foundations webbplats. Medlemmar av Fieldbus Foundation inkluderar mer än 350 ledande leverantörer av kontrollsystem och instrument, samt ett antal slutanvändare.
1.4 Intercontrol Center Communication Protocol (ICCP)
ICCP (IEC 60870-6/TASE.2) används för kommunikation mellan kontrollcentraler, främst inom kraftindustrin. I USA används ICCP-nätverk ofta för koordinering av elbolag - vanligtvis verktyg med överföringsverksamhet, såsom överföring, distribution och kraftverk i olika regioner, där anslutande tjänsteleverantörer i dessa olika regioner kan användas för att koordinera in- och uteffekten mellan olika regioner. ICCP använder vanligtvis port 102/TCP.
1.5 Modbus-protokoll
Modbus är det populäraste kontrollprotokollet inom alla områden på grund av dess enkelhet att använda, gratis nedladdningsbarhet och royaltyfria -implementering.
Intelligenta enheter som PLC:er och reläer använder ofta Modbus-protokollet eller dess varianter för att kommunicera med enkla enheter som fjärrstyrda RTU:er. Förutom Modbus standardprotokoll är Modbus + en av de vanligaste varianterna. En lista över Modbus-medlemmar (företag och utvecklare som tillhör Modbus Developers Group) finns tillgänglig på Modbus webbplats. 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-systemintegreringstjänster tillhandahålls också.
Det finns ett antal Modbus-varianter, Modbus RTU är ett binärkodat protokoll med öppen standard som tillåter kommunikation över en seriell anslutning, Modbus ASCII är en öppen standard, ASCII-kodat protokoll som stöder seriella anslutningar och Modbus/TCP är en öppen standard som kapslar in Modbus RTU:s nyttolast i ett TCP-paket och tillhandahåller en funktionskod för Modbus RTU. nyttolast. Modbus/TCP är en öppen standard som kapslar in Modbus RTU:s nyttolast i ett TCP-paket med vissa begränsningar för funktionskoderna. Modbus/UDP varierar beroende på leverantör, men oftast sänds Modbus/TCP över UDP.Modbus + är en utökad version med hög-hastighet (1 Mbps) som använder teknologi för överföring av överföringstoken för åtkomstkontroll. Modbus + är ett proprietärt Modicon-protokoll. Enron (eller Daniels) Modbus är standard Modbus-protokoll med leverantörstillägg som behandlar 32-bitars värden som ett register istället för två. JBus är en version av Modbus-protokollet med mindre adresseringsvariationer.
Typiska kommunikationsmedia för Modbus inkluderar Ethernet och seriella portar (RS485 två-trådar är mycket vanligt). Modbus kommunicerar vanligtvis på port 502/TCP.
2 Olje- och gasindustrin
Det finns inga uppenbara vanliga proprietära protokoll för olje- och gasindustrin. Industrin använder en mängd olika protokoll såsom DNP3, IEC 60870-5 och Modbus. Avsnitt 1 diskuterar dessa protokoll mer ingående. En mängd olika fältbussprotokoll, såsom Foundations fältbussprotokoll 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:er via RTU:er och sensorer. PLC:er kör säkerhets- och skyddssystem och brunnskontrollsystem. etc.
2.1 DNP3 och IEC 60870-5
En diskussion om DNP3 och IEC 60870-5 ges i avsnittet Power Industry i avsnitt 5.2. En lista över olje- och gasbolag som använder DNP3 och IEC 60870-5 finns på Triangle Microworks Inc.s webbplats, där även en vitbok om protokollen finns.
Typiska kommunikationsmedia inkluderar Ethernet och seriella anslutningar. DNP3 använder vanligtvis portarna 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP och 19999/TCP, medan IEC 60870-5 vanligtvis använder 2404/UDP och 2404/TCP.
2.2 Modbus-protokoll
Modbus är ett populärt kontrollprotokoll inom olje- och gassektorn som beskrivs i beskrivningen av Modbus i avsnitt 5.2. Även Foundation Fieldbus-protokollet är populärt inom det petrokemiska området.
Typiska kommunikationsmedia inkluderar Ethernet och seriella portar (RS485 två-trådar är mycket vanligt.) Modbus körs vanligtvis på port 502/TCP.
3 Vattenreningsindustrin
3.1 DNP3-protokoll
Som beskrivs i beskrivningen av DNP3 i avsnitt 5.2 är detta protokoll också populärt inom vattenreningssektorn. Typiska kommunikationsmedia inkluderar Ethernet och seriella anslutningar. DNP3 använder vanligtvis portarna 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP och 19999/TCP.
3.2 Modbus-protokoll
Som nämnts ovan i beskrivningen av Modbus i avsnittet om kraftindustrin är Modbus det mer populära kontrollprotokollet inom vattenreningsindustrin. Typiska kommunikationsmedia inkluderar Ethernet och seriella bussar. Modbus körs vanligtvis på port 502/TCP.
4 Byggnadsautomationsfält
Inom området 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 kraftledningsbärare, tvinnat par/Ethernet, fiberoptik och RF. De viktigaste kommunikationsportarna inkluderar 2540/UDP, 2540/TCP, 2541/UDP och 2541/TCP.
4.1 LonWorks (LonTalk eller ANSI/CEA 709.1-B)
Det amerikanska företaget Echelon har utvecklat en nätverksplattform baserad på LonWorks-protokollet, även kallad LonWorks-plattformen. Plattformen används i många branscher, inklusive halvledartillverkning, ljusstyrningssystem, energiledningssystem, HVAC-system, säkerhetssystem, hemautomation, kontroll av konsumentapparater, allmän gatubelysning/övervakning/kontroll och bensinstationskontroll. Typiska applikationer för LonWorks används som en termostat som kommunicerar med PC:er och PLC:er via LonTHV för att koordinera luftprotokollet och ventilationssystemet (luftprotokoll) byggnad. luftkonditionering och ventilationssystem (HVAC).
ISO och IEC har beviljat LonWorks plattformskompatibilitetsstandardnummer ISO/IEC 14908-1, -2, -3 och -4 (ANSI/CEA-852). LonWorks är också en del av IEEE 1473-L (tågnätverk, lokomotivnätverk)-specifika tillämpningsområden samt flera tillämpningsområden. Kina har godkänt LonWorks som en nationell kontrollstandard (GB/Z 20177.1-2006) och som en standard för byggnader och smarta samhällen (GB/T 20299.4-2006). European Equipment Manufacturers Council har också antagit LonWorks som en del av sin standard för kontroll och övervakning av hushållsapparater - Application Interoperability Specification.
4.2 DyNet
DyNet är ett proprietärt protokoll utvecklat av Dynalite (nu ägs av Philips Electronics). DyNet-enheter inkluderar sina egna programmerbara kontroller och kommunicerar via en punkt-till-punkt-modell.
Typiska kommunikationsmedia 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 byggnadsautomationssystem. De mest populära är INSTEON, X10, ZigBee, X-Wave och KNX/Konnex.
5 Processautomation (tillverkning).
Processautomationsfältet domineras av fältbussprotokoll, inklusive PROFINET, Foundation-fältbussprotokollet Fieldbus och Common Industrial Protocol CIP och dess derivator. 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 seriellt kommunikationsprotokoll som definieras i delarna D1 och F1 i ANSI X3.28-protokollet. Protokollet utvecklades ursprungligen av Allen-Bradley (nu ägs av Rockwell Automation) och används vanligtvis som ett sätt att överföra PCCC (Programmable Controller Communication Commands) till Allen-Bradley PLC:er.
5.2 Foundation Fieldbus Protocol Fieldbus
Foundation Fieldbus Protocol Fieldbus är lämplig för grundläggande och avancerade modulerande styrtillämpningar, såväl som de flesta av de diskreta styrscenarion som är associerade med dessa funktioner. Foundation Fieldbus-protokollet Fieldbus har två implementeringar som körs med olika hastigheter och på olika överföringsmedia: H1 är den vanligaste implementeringen, som vanligtvis ansluter fältenheterna och körs med 31,25 Kbps; HSE (High Speed Ethernet) ansluter värddatorn, I/O-delsystemen, gatewayen och fältenheterna och arbetar med en hastighet av 100 Mbps. grundfältbussprotokoll Fältbuss har antagits som en fältbussstandard i IEC 61804.
5.3 Processfältbussprotokoll Profibus
Profibus har utvecklats av den tyska utbildnings- och forskningsavdelningen BMBF. Det finns i två varianter, varav den vanligaste varianten är DP-protokollet (Decentralized Peripheral), som vanligtvis används för kommunikation mellan centraliserade styrenheter och sensorer/aktuatorer, och den andra varianten är Process Automation (PA)-protokollet, som används för processtyrningssystemet PCS för att övervaka och styra mätenheter. 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 kopplare, med DP som stamnät. profibus fältbussprotokoll ingår i standarderna IEC 61158 och IEC 61784.
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 ur det andra perspektivet. PROFINET IO utvecklades för real-tidskommunikation (RT) och isokron (IRT) kommunikation med distribuerade kringutrustningar, med en cykeltid på 10 millisekunder för real-kommunikationstid och en tidskommunikationstid på 1 ms eller mindre för IRT-frekvensomriktare för isokron kommunikation. PROFINET CBA är lämplig för komponent-baserad kommunikation via TCP/IP och för real-kommunikation i modulär systemteknik. Båda kommunikationskommunikationslägena kan användas parallellt. PROFINET CBA har ett reaktionstidsområde på 100 ms.
PROFINET-fältbussprotokollet ingår i standarderna IEC 61158 och IEC 61784.
5.5 CC-Länkprotokoll
CC-Link är ett fältbussprotokoll som utvecklats av Mitsubishi Electric i Japan och som används allmänt av andra japanska leverantörer. För närvarande överstiger det totala antalet enheter som använder CC-Link 6 miljoner, vilket täcker mer än 1 000 olika enheter. Industriellt Ethernet som använder 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 (hög-tillförlitlighetsversion, kompatibel med IEC 61508 SIL3 och ISO 13849-1 Cat 4) CC-Link IE (Industrial Ethernet IE) Typiska CC-länkkommunikationsmedier inkluderar tvinnat-par och fiberoptik. Typiska CC-länkkommunikationsmedia inkluderar partvinnade kablar och fiberoptik, CC-Link Partner Association tillhandahåller en lista över partners.
5.6 Common Industrial Protocol (CIP)
Common Industrial Protocol (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 komplett uppsättning meddelanden och tjänster som används för att samla in kontroll-, säkerhets-, synkroniserings-, rörelse-, konfigurationsinformation för hantering, rörelse och annan automatisering. 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 ControlNet Protocol
ControlNet är en CIP-implementering utvecklad av Allen-Bradley som har inbyggt-stöd för helt redundanta länkkablar, och all kommunikation är noggrant planerad för en hög grad av determinism.
Det fysiska lagret i ControlNet är antingen RG-6 koaxialkabel eller fiberoptik med BNC-kontakter. controlNet använder Manchester-kodning med en busshastighet på 5 Mbps. länklagret arbetar på en cykel som kallas Network Update Time (NUT). varje NUT har två faser, den första fasen är reserverad för vanliga trafiköverföringar för att garantera överföringsmöjligheter, och den andra fasen används för oplanerade trafiköverföringar utan några garantier. garanterad oplanerad trafiköverföring. Den maximala ramstorleken för ControlNet är 510 byte.
5.8 DeviceNet Protocol
DeviceNet är en annan CIP-implementering utvecklad av Allen-Bradley.DeviceNet ligger ovanpå det fysiska lagret Controller Area Network (CAN) och använder ControlNet-teknik, som 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 implementeringar använder master/slav-läge, men punkt-till-punktöverföringar kan också användas. Flera masters samexisterar på ett enda logiskt nätverk.DeviceNet har noggrant utformats 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. Applikationsskiktet för protokollet är CIP. EtherNet/IP är ett applikationslagerprotokoll byggt ovanpå standard TCP/IP-stacken, som behandlar alla enheter i nätverket som en enhetlig uppsättning "objekt", som använder 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 Field Programmable Gate Array (FPGA). EtherNet/IP använder 44818/TCP för explicita meddelanden och 2222/UDP för implicita meddelanden.
5.10 EtherCAT-protokoll
EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) är ett Ethernet-protokoll för styrautomationsteknik med en Ethertype på 0x88A4, som gör IP routbar genom att infoga ramdata i UDP-paket. etherCAT använder inte en per-cykel-per-nodmodell. Istället för att bearbeta en ram per nod per cykel (uppdateringstid), använder EtherCAT ett "on---läge". Istället för att bara ta emot Ethernet-ramar från enheterna, läser EtherCAT data som skickas till enheterna när den passerar genom dem, tolkar och kopierar den som processdata vid varje nod och infogar på liknande sätt indata när den passerar igenom. data när datagrammet passerar. Många noder kan adresseras 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; i augusti 2009 består den av mer än 1 100 företag från 47 länder. etherCAT ingår som ett fältbussprotokoll i IEC 61158 och IEC 61788 och i IEC 61158 och IEC 61789 protokollen. EtherCAT som fältbussprotokoll ingår i standarderna IEC 61158 och IEC 61784. etherCAT använder portarna 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 sitt interna minne med en eller flera andra CPU:er med en regelbundet 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 dess nyare PLC:er. Det körs vanligtvis på IP-aktiverade system som använder 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 Protocol (Serial Real-Time Communication System)
SERCOS har strikta realtidskrav- och är särskilt lämplig för rörelsekontroll inom områden som skärning och formning av metall, maskinmontering, förpackning, robotteknik, tryckning och materialhantering. Protokollet hanteras av SERCOS International och den nuvarande versionen är SERCOS III. SERCOS definieras i detalj i standarderna IEC 61158 och IEC 61784.
5.15 SRTP (Service Request Transfer Protocol)
SRTP är ett protokoll för kommando- och datakommunikation till PLC:n via PC:n. Det används av GE Fanuc PLC:er 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 bandbreddsegenskaperna hos detta protokoll gör det idealiskt för överföring av stora datavolymer.