Rūpnieciskās vadības sistēmā ICS izmantotie sakaru protokoli dažādās nozarēs, reģionos un pārdevējiem ļoti atšķiras.
1 Elektroenerģijas nozare
1.1 IEC 60870-5
IEC 60870-5, iespējams, ir vispopulārākais starptautiskais apakšstaciju automatizācijas protokols. Amerikas Savienotajās Valstīs tas ir funkcionāls DNP3 ekvivalents, kas izmanto IEC 60870-5 daļas, lai nodrošinātu datu saites slāņa pamatu. Ir izstrādāti vairāki pavadošie standarti, tostarp šādi:
IEC 60870-5-101: energosistēmām, kas saistītas ar tālvadības pulti un tālvadības aizsardzību, sakaru transportēšanas protokols ar uzraudzības un kontroles funkcijām IEC 60870-5-103: transporta protokols, lai panāktu drošības aizsardzības ierīču un apakšstaciju vadības sistēmas iekārtu savietojamību IEC 60870-5-104: ir IEC 60870-5-104 paplašinājums. Ietver transporta, tīkla, saišu un fiziskā slāņa pakalpojumu variantus un komplektus savienojumam ar TCP/IP un citiem pārvadiem (ISDN, X.25 Frame Relay u.c.) IEC 60870-5 Tipiski sakaru datu nesēji ietver Ethernet un seriālos savienojumus, un parastie porti ir 2404/UDP un 2404/TCP.
1.2. Distributed Network Protocol 3.0 (DNP3)
DNP3 plaši izmanto Ziemeļamerikā, galvenokārt kā IEC 60870-5 protokolu saimes aizstājēju. Tas ir seriālais protokols, kas izstrādāts 90. gadu sākumā, taču mūsdienās pastāv arī UDP/IP un TCP/IP variantu versijas. Starp DNP3 un IEC 60870-5 ir daudz līdzību, jo izstrādes procesā atstāja vairākus IEC 60870-5 izstrādes komitejas locekļus, lai izveidotu to, kas vēlāk kļūs pazīstams kā DNP3 datu un IECEC saites. 60870-5 ir ļoti līdzīgi datu saites slānis, bet protokolu augšējie slāņi ir vairāk atšķirīgi.
DNP3 galvenokārt izmanto Ziemeļamerikas enerģētikas nozarē, taču protokols ir iekļuvis arī ūdens un notekūdeņu nozarē. Saskaņā ar Newton-Evans Research aptauju vairāk nekā puse Ziemeļamerikas elektrisko uzņēmumu 2008. gadā izmantoja DNP3 protokola UDP/IP vai TCP/IP variantu versijas.
Pētnieki pašlaik izstrādā DNP3 drošības paplašinājumus, kas, domājams, nodrošinās saišu šifrēšanas un atslēgu pārvaldības pakalpojumus.
Tipiski DNP3 protokola saziņas līdzekļi ir Ethernet un seriālie savienojumi, un porti, ko parasti izmanto DNP3, ir 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP un 19999/TCP.
1.3 Foundation Fieldbus (FOUNDATION Fieldbus)
Foundation Fieldbus protokols ir galvenais lauka kopnes protokols dažādos rūpnieciskos procesos. To galvenokārt izmanto procesu/rūpnīcas automatizācijai, un tas ir izmantots dažādās instalācijās, tostarp spēkstaciju/ģeneratoru vadībā un pusvadītāju ražošanas kontrolē. Laukkopnes sakaru medijos ietilpst vītā pāra un optiskās šķiedras. Tipiski porti ir 1089/UDP, 1089/TCP, 1090/UDP, 1090/TCP, 1091/UDP un 1091/TCP.
Foundation Fieldbus Foundation {0}atbalstīto ierīču publisks saraksts ir pieejams Fieldbus Foundation tīmekļa vietnē. Fieldbus Foundation biedru vidū ir vairāk nekā 350 vadošie vadības sistēmu un instrumentu pārdevēji, kā arī vairāki galalietotāji.
1.4. Starpvadības centra sakaru protokols (ICCP)
ICCP (IEC 60870-6/TASE.2) tiek izmantots saziņai starp vadības centriem, galvenokārt enerģētikas nozarē. ASV ICCP tīklus bieži izmanto komunālo pakalpojumu uzņēmumu koordinēšanai — parasti komunālie uzņēmumi ar pārvades darbībām, piemēram, pārvades, sadales un spēkstacijas dažādos reģionos, kur savienojošos pakalpojumu sniedzējus šajos dažādos reģionos var izmantot, lai koordinētu enerģijas ievadi un izvadi starp dažādiem reģioniem. ICCP parasti izmanto portu 102/TCP.
1.5 Modbus protokols
Modbus ir vispopulārākais vadības protokols visās jomās, pateicoties tā lietošanas vienkāršībai, bezmaksas lejupielādei un bezatlīdzības{0}}izvietošanai.
Viedās ierīces, piemēram, PLC un releji, bieži izmanto Modbus protokolu vai tā variantus, lai sazinātos ar vienkāršām ierīcēm, piemēram, attāliem RTU. Papildus Modbus standarta protokolam Modbus + ir viens no visizplatītākajiem variantiem. Modbus dalībnieku (uzņēmumu un izstrādātāju, kas pieder Modbus izstrādātāju grupai) saraksts ir pieejams Modbus vietnē. Šajā sarakstā ir īss apraksts par atsevišķiem dalībniekiem un katra dalībnieka ražotajiem produktiem. Tiek nodrošināts arī Modbus piegādātāju saraksts, Modbus aprīkojuma saraksts un uzņēmumu saraksts, kas piedāvā Modbus sistēmu integrācijas pakalpojumus.
Ir vairāki Modbus varianti, Modbus RTU ir atvērta standarta, bināri kodēts protokols, kas nodrošina saziņu, izmantojot seriālo savienojumu, Modbus ASCII ir atvērts standarts, ASCII kodēts protokols, kas atbalsta seriālos savienojumus, un Modbus/TCP ir atvērts standarts, kas iekapsulē Modbus RCPTU pakešu slodzes un Modbus RTU lietderīgās slodzes TDB. Modbus/TCP ir atvērts standarts, kas iekapsulē Modbus RTU derīgo slodzi TCP paketē ar dažiem funkciju kodu ierobežojumiem. Modbus/UDP atšķiras atkarībā no pārdevēja, taču visbiežāk Modbus/TCP tiek pārraidīts, izmantojot UDP. Modbus + ir paplašināta ātrgaitas (1 Mbps) vadības versija, kas izmanto datu pārraides piekļuves kontroles tehnoloģiju. bet Modbus + ir Modicon patentēts protokols. Enron (vai Daniels) Modbus ir standarta Modbus protokols ar piegādātāju paplašinājumiem, kas 32 bitu vērtības apstrādā kā vienu reģistru, nevis divus. JBus ir Modbus protokola versija ar mazākām adresācijas variācijām.
Tipiski Modbus sakaru līdzekļi ir Ethernet un seriālie porti (ļoti izplatīts ir RS485 divi{1}}vadi). Modbus parasti sazinās, izmantojot portu 502/TCP.
2 Naftas un gāzes rūpniecība
Naftas un gāzes nozarei nav acīmredzamu galveno patentētu protokolu. Nozare izmanto dažādus protokolus, piemēram, DNP3, IEC 60870-5 un Modbus. 1. sadaļā šie protokoli ir apskatīti padziļināti. Daudzās naftas un gāzes iekārtās var atrast arī dažādus lauka kopnes protokolus, piemēram, Foundation Fieldbus protokolu.
Sakari naftas un gāzes nozarē bieži tiek pārraidīti bezvadu režīmā, lai nodrošinātu plūsmas un spiediena datus PLC, izmantojot RTU un sensorus. PLC darbina drošības un aizsardzības sistēmas un aku kontroles sistēmas. utt.
2.1 DNP3 un IEC 60870-5
DNP3 un IEC 60870-5 diskusija ir sniegta 5.2. sadaļas sadaļā Enerģētika. Naftas un gāzes uzņēmumu saraksts, kas izmanto DNP3 un IEC 60870-5, ir pieejams Triangle Microworks Inc. vietnē, kur var atrast arī balto papīru par protokoliem.
Tipiski saziņas līdzekļi ir Ethernet un seriālie savienojumi. DNP3 parasti izmanto portus 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP un 19999/TCP, savukārt IEC 60870-5 parasti izmanto 2404/UDP un 2404/TCP.
2.2 Modbus protokols
Modbus ir populārs vadības protokols naftas un gāzes nozarē, kā aprakstīts Modbus aprakstā 5.2. sadaļā. Arī Foundation Fieldbus protokols ir populārs naftas ķīmijas jomā.
Tipiski saziņas līdzekļi ir Ethernet un seriālie porti (ļoti izplatīts ir RS485 divi{1}}vadi.) Modbus parasti darbojas ar portu 502/TCP.
3 Ūdens attīrīšanas nozare
3.1 DNP3 protokols
Kā aprakstīts DNP3 aprakstā 5.2. sadaļā, šis protokols ir populārs arī ūdens attīrīšanas nozarē. Tipiski saziņas līdzekļi ietver Ethernet un seriālos savienojumus. DNP3 parasti izmanto portus 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP un 19999/TCP.
3.2 Modbus protokols
Kā minēts iepriekš Modbus aprakstā sadaļā par enerģētikas nozari, Modbus ir populārākais vadības protokols ūdens attīrīšanas nozarē. Tipiski saziņas līdzekļi ir Ethernet un seriālās kopnes. Modbus parasti darbojas portā 502/TCP.
4 Ēku automatizācijas joma
Ēku automatizācijas jomā dominējošais sakaru protokols ir LonWorks (pazīstams arī kā LonTalk vai ANSI/CEA 709.1B), kam seko DyNet un vairāki citi sakaru protokoli. Tipiski saziņas līdzekļi ir barošanas līnijas nesējs, vītā pāra/Ethernet, optiskās šķiedras un RF. Galvenie sakaru porti ir 2540/UDP, 2540/TCP, 2541/UDP un 2541/TCP.
4.1 LonWorks (LonTalk vai ANSI/CEA 709.1-B)
Amerikāņu uzņēmums Echelon ir izstrādājis tīkla platformu, kuras pamatā ir LonWorks protokols, ko sauc arī par LonWorks platformu. Platforma tiek izmantota daudzās nozarēs, tostarp pusvadītāju ražošanā, apgaismojuma vadības sistēmās, enerģijas pārvaldības sistēmās, HVAC sistēmās, drošības sistēmās, mājas automatizācijā, patērētāju ierīču vadībā, publiskajā ielu apgaismojumā/uzraudzībā/vadībā un degvielas uzpildes staciju vadībā. Tipiskas LonWorks lietojumprogrammas tiek izmantotas kā termostats, kas sazinās ar datoriem un PLC, izmantojot LonTalk protokolu un ventilācijas sistēmu ēkas iekšienē (gaisa kondicionēšanas protokols un ventilācijas sistēma). gaisa kondicionēšanas un ventilācijas sistēmas (HVAC).
ISO un IEC ir piešķīruši LonWorks platformas saderības standarta numurus ISO/IEC 14908-1, -2, -3 un -4 (ANSI/CEA-852). LonWorks ir arī daļa no IEEE 1473-L (vilcienu tīkli, lokomotīvju tīklu), kā arī vairākas citas lietojumprogrammu jomas. Ķīna ir apstiprinājusi LonWorks kā valsts kontroles standartu (GB/Z 20177.1-2006) un kā standartu ēkām un viedajām kopienām (GB/T 20299.4-2006). Eiropas Iekārtu ražotāju padome ir arī pieņēmusi LonWorks kā daļu no sava sadzīves tehnikas kontroles un uzraudzības — lietojumprogrammu sadarbspējas specifikācijas standarta.
4.2 DyNet
DyNet ir patentēts protokols, ko izstrādājis uzņēmums Dynalite (tagad pieder uzņēmumam Philips Electronics). DyNet ierīcēs ir savi programmējami kontrolleri, un tās sazinās, izmantojot modeli no punkta -to{2}}.
Tipiski DyNet saziņas līdzekļi ir RS-485 seriālā kopne, RS-232 seriālā kopne, Ethernet un infrasarkanais savienojums.
4.3. Citi protokoli
Ēku automatizācijas sistēmām tiek izmantoti daudzi citi protokoli. Populārākie ir INSTEON, X10, ZigBee, X-Wave un KNX/Konnex.
5 Procesu automatizācijas (ražošanas) joma
Procesu automatizācijas jomā dominē lauka kopnes protokoli, tostarp PROFINET, Foundation lauka kopnes protokols Fieldbus un Common Industrial Protocol CIP un tā atvasinājumi.IEC 61158 un IEC 61784 satur detalizētu aprakstu par katru no galvenajiem lauka kopnes protokoliem un to variantiem.
5.1 DF1 protokols
DF1 ir sērijas sakaru protokols, kas definēts ANSI X3.28 protokola daļās D1 un F1. Protokolu sākotnēji izstrādāja Alens{5}}Bradlijs (tagad pieder uzņēmumam Rockwell Automation), un to parasti izmanto kā līdzekli programmējamo kontrollera sakaru komandu (PCCC) pārsūtīšanai uz Allen-Bradley PLC.
5.2. Pamata lauka kopnes protokols Fieldbus
Foundation Fieldbus Protocol Fieldbus ir piemērots pamata un progresīvām modulējošām vadības lietojumprogrammām, kā arī lielākajai daļai ar šīm funkcijām saistīto diskrēto vadības scenāriju. Foundation Fieldbus protokols Fieldbus ir divas implementācijas, kas darbojas dažādos ātrumos un dažādos pārraides datu nesējos: H1 ir visizplatītākā ieviešana, kas parasti savieno lauka ierīces un darbojas ar ātrumu 31,25 Kbps; HSE (High Speed Ethernet) savieno saimniekdatoru, I/O apakšsistēmas, vārteju un lauka ierīces un darbojas ar ātrumu 100 Mb/s. Foundation Fieldbus protokols Fieldbus ir pieņemts kā lauka kopnes standarts IEC 61804.
5.3. Procesu lauka kopnes protokols Profibus
Profibus izstrādāja Vācijas izglītības un pētniecības departaments BMBF. Tas ir pieejams divos variantos, no kuriem biežāk sastopamais ir Decentralizētās perifērijas (DP) protokols, ko parasti izmanto saziņai starp centralizētajiem kontrolleriem un sensoriem/izpildmehānismiem, un otrs variants ir Process Automation (PA) protokols, ko izmanto procesa vadības sistēmai PCS, lai uzraudzītu un vadītu mērierīces. PA variants ir paredzēts un paredzēts izmantošanai fiziskas pārraides zonās un sprādzienbīstamās vietās. saskaņā ar IEC 61158-2.PA Tas pats pamata sakaru protokols kā DP, bet PA darbojas ar ātrumu 31,25 Kpbs. DP un PA tīklus var savienot, izmantojot savienotāju, izmantojot DP kā mugurkaulu. Profibus lauka kopnes protokoli ir iekļauti IEC 61158 un IEC 61784 standartos.
5.4 Profinet IO protokols
PROFINET koncepcijai ir divas perspektīvas: PROFINET CBA un PROFINET IO, kuras abas var sazināties vienā kopnes sistēmā. Tos var darbināt atsevišķi vai kombinācijā, un PROFINET IO apakšsistēmu var izmantot kā PROFINET CBA sistēmu no citas perspektīvas. PROFINET IO tika izstrādāta reāllaika (RT) un izohronai (IRT) saziņai ar sadalītām perifērijas ierīcēm ar cikla laiku 10 milisekundes reālā{4}}laika komunikācijai RT, laiks 1 ms vai mazāks izohronās komunikācijas IRT diskdziņiem. PROFINET CBA ir piemērota komponentiem{7}}balstītai saziņai, izmantojot TCP/IP, un reāllaika saziņai{8}} modulāro sistēmu inženierijā. Abus saziņas veidus var izmantot paralēli. PROFINET CBA reakcijas laika diapazons ir 100 ms.
PROFINET lauka kopnes protokols ir iekļauts IEC 61158 un IEC 61784 standartos.
5.5 CC-Saites protokols
CC-Link ir lauka kopnes protokols, ko Japānā izstrādājis Mitsubishi Electric un plaši pieņēmuši citi Japānas piegādātāji. Pašlaik kopējais ierīču skaits, kas izmanto CC-Link, pārsniedz 6 miljonus, aptverot vairāk nekā 1000 dažādu ierīču. Rūpniecisko Ethernet, izmantojot CC-Link protokolu, var viegli integrēt parastajos IT tīklos.
Ir četri CC-saišu formāti:
CC-Link CC-Link LT (viegla versija ierīcēm ar zemām sakaru prasībām) CC-Link Safety (augstas-uzticamības versija, atbilst IEC 61508 SIL3 un ISO 13849-1 Cat 4) CC-Linkustri Ethernet IE versija Tipiski CC-saites saziņas līdzekļi ir vītā{12}}pāra un optiskās šķiedras. Tipiski CC-Saites saziņas līdzekļi ietver vītā pāra kabeļus un optiskās šķiedras. CC-Link partneru asociācija nodrošina partneru sarakstu.
5.6. Kopējais rūpniecības protokols (CIP)
Common Industrial Protocol (CIP) mēģina nodrošināt vienotu sakaru arhitektūru visai ražošanas nozarei. CIP ir vienots lietojumprogrammu slāņa protokols tādiem protokoliem kā EtherNet/IP, DeviceNet, CompoNet un ControlNet.CIP sastāv no pilnīga ziņojumu un pakalpojumu kopuma, ko izmanto, lai apkopotu vadības, drošības, sinhronizācijas, kustības, automatizācijas lietojumprogrammu un citu informāciju. CIP satur ziņojumu un pakalpojumu kopu vadības, drošības, sinhronizācijas, kustības, konfigurācijas un citas informācijas apkopošanai no ražošanas automatizācijas lietojumprogrammām. Protokolu pārvalda Open DeviceNet pārdevēju asociācija (ODVA).
5.7 ControlNet protokols
ControlNet ir CIP ieviešana, ko izstrādājis Allen{0}}Bradley, kurā ir iebūvēts-atbalsts pilnībā redundantiem saišu kabeļiem, un visi sakari ir stingri ieplānoti, lai nodrošinātu augstu determinisma pakāpi.
ControlNet fiziskais slānis ir vai nu RG-6 koaksiālais kabelis, vai optiskā šķiedra, izmantojot BNC savienotājus. ControlNet izmanto Mančestras kodējumu ar kopnes ātrumu 5 Mbps. saites slānis darbojas ciklā, ko sauc par tīkla atjaunināšanas laiku (NUT). katram NUT ir divas fāzes, pirmā fāze ir rezervēta regulārai satiksmes pārraidei, lai garantētu pārraides iespējas, un otrā fāze tiek izmantota neplānotai satiksmes pārraidei bez jebkādām garantijām. jebkura garantēta neplānota trafika pārraide. ControlNet maksimālais kadra izmērs ir 510 baiti.
5.8 DeviceNet protokols
DeviceNet ir vēl viena CIP ieviešana, ko izstrādājis Allen{0}}Bradley.DeviceNet atrodas Controller Area Network (CAN) fiziskā slāņa augšdaļā un izmanto ControlNet tehnoloģiju, kas ir lētāka un izturīgāka nekā tradicionālais RS-485 protokols.
DeviceNet datu pārraides ātrums ir 125 Kb/s, 250 Kb/s un 500 Kb/s, un mugurkaula garums ir apgriezti proporcionāls kopnes ātrumam, ti, attiecīgi 500 metri, 250 metri un 125 metri. Lielākajai daļai izvietojumu tiek izmantots galvenā/pakalpojuma režīms, taču var izmantot arī pārsūtīšanu no punkta -uz{10}}punktu. Vairāki meistari pastāv līdzās vienā loģiskā tīklā. DeviceNet ir rūpīgi izstrādāts tā, lai tas darbotos stabili sarežģītās elektromagnētiskās vidēs.
5.9 EtherNet/IP protokols
EtherNet/IP ir Rockwell Automation izstrādātā CIP protokola ieviešana. Protokola lietojumprogrammas slānis ir CIP. EtherNet/IP ir lietojumprogrammu slāņa protokols, kas izveidots uz standarta TCP/IP steka, kas visas tīklā esošās ierīces apstrādā kā vienotu "objektu" kopu, izmantojot apakšā esošo Ethernet infrastruktūru (neatkarīgi no ātruma). Visu EtherNet/IP steku var ieviest programmatūrā vispārīga-nolūka procesorā, neizmantojot ASIC vai Field Programmable Gate Array (FPGA). EtherNet/IP izmanto 44818/TCP tiešai ziņojumapmaiņai un 2222/UDP netiešai ziņojumapmaiņai.
5.10 EtherCAT protokols
EtherCAT (Ethernet vadības automatizācijas tehnoloģijai) ir Ethernet protokols vadības automatizācijas tehnoloģijai ar Ethertype 0x88A4, kas padara IP maršrutējamu, ievietojot kadru datus UDP paketēs. etherCAT neizmanto modeli pēc-cikla-par-mezgliem. Tā vietā, lai vienā ciklā (atjaunināšanas laikā) apstrādātu vienu kadru katrā mezglā, EtherCAT izmanto režīmu "lidojumā"{8}}. Tā vietā, lai vienkārši saņemtu Ethernet kadrus no ierīcēm, EtherCAT nolasa uz ierīcēm nosūtītos datus, kad tie iet caur tām, interpretē un kopē tos kā procesa datus katrā mezglā un līdzīgi ievieto ievades datus, kad tie iet cauri. datus, kad datagramma iet cauri. Daudzus mezglus var risināt ar vienu kadru.
EtherCAT tīklus var integrēt caur vārtejām ar CANopen, DeviceNet, PROFIBUS un citiem protokoliem. EtherCAT tehnoloģiju grupa ir starptautiska lietotāju un piegādātāju organizācija; uz 2009. gada augustu tajā ir vairāk nekā 1100 uzņēmumu no 47 valstīm. etherCAT ir iekļauts kā lauka kopnes protokols IEC 61158 un IEC 61788, kā arī IEC 61158 un IEC 61789 protokolos. EtherCAT kā lauka kopnes protokols ir iekļauts IEC 61158 un IEC 61784 standartos. etherCAT izmanto portus 34980/UDP un 34980/TCP maršrutēšanai starp Ethernet LAN.
5.11 EGD protokols (Ethernet globālie dati)
Ethernet globālo datu (EGD) protokols ir sakaru mehānisms, kas ļauj CPU koplietot daļu savas iekšējās atmiņas ar vienu vai vairākiem citiem CPU ar regulāri ieplānotu cikla ātrumu. Daži GE Fanuc PLC izmanto EGD protokolu.
5.12. FINS protokols
FINS ir protokols, ko izstrādājis Omron (Japānas kontroles uzņēmums) un ko izmanto tā jaunākajos PLC. Tas parasti darbojas sistēmās, kurās ir iespējots IP{1}}ar portu 9600/UDP.
5.13. Host Link Protocol
Host Link ir Omron izstrādāts protokols vecākajai PLC sērijai, tomēr daudzi jaunāki Omron PLC joprojām var sazināties, izmantojot HostLink protokolu. Tas ir RS-232 kopnes protokols, kura pamatā ir ASCII kods.
5.14. SERCOS protokols (seriālā{1}}reāllaika sakaru sistēma)
SERCOS ir stingras reāllaika{0}}prasības, un tas ir īpaši piemērots kustību kontrolei tādās jomās kā metāla griešana un formēšana, mašīnu montāža, iepakošana, robotika, drukāšana un materiālu apstrāde. Protokolu pārvalda SERCOS International, un pašreizējā versija ir SERCOS III. SERCOS ir detalizēti definēts IEC 61158 un IEC 61784 standartos.
5.15 SRTP (Service Request Transfer Protocol)
SRTP ir protokols komandu un datu saziņai ar PLC, izmantojot datoru. To izmanto GE Fanuc PLC kā lietojumprogrammas slāņa komunikācijas protokolu.
5.16 Sinec H1 protokols
Sinec H1 ir Siemens izstrādāts transporta slāņa protokols, kurā var darboties dažādi lietojumprogrammu slāņa protokoli. Šī protokola lielā joslas platuma raksturlielumi padara to ideāli piemērotu lielu datu apjomu pārsūtīšanai.