Kommunikasjonsprotokollene som brukes i industrikontrollsystem ICS varierer sterkt mellom bransjer, regioner og leverandører.
1 Elektrisitetsbransjen
1.1 IEC 60870-5
IEC 60870-5 er sannsynligvis den mest populære internasjonale protokollen for transformatorstasjonsautomatisering. I USA er det den funksjonelle ekvivalenten til DNP3, som bruker deler av IEC 60870-5 for å danne grunnlaget for datalinklaget. En rekke følgestandarder er utviklet, inkludert følgende:
IEC 60870-5-101: for kraftsystemer relatert til fjernkontroll og fjernbeskyttelse, en kommunikasjonstransportprotokoll med overvåkings- og kontrollfunksjoner IEC 60870-5-103: en transportprotokoll for å oppnå interoperabilitet mellom sikkerhetsbeskyttelsesenheter og utstyr for understasjonskontrollsystem IEC 60870-5-104: er en utvidelse av IEC 5018070-6018070. Inkluderer variasjoner på transport-, nettverks-, koblings- og fysiske lagtjenester, og suiter for tilkobling til TCP/IP og andre transporter (ISDN, X.25 Frame Relay, etc.) IEC 60870-5 Typiske kommunikasjonsmedier inkluderer Ethernet og seriell, med typiske porter som 2404/UDP og 2404/TCP.
1.2 Distributed Network Protocol 3.0 (DNP3)
DNP3 er mye brukt i Nord-Amerika, først og fremst som en erstatning for IEC 60870-5-familien av protokoller. Det er en seriell protokoll utviklet på begynnelsen av 1990-tallet, men versjoner av UDP/IP- og TCP/IP-variantene eksisterer også i dag. Det er mange likheter mellom DNP3 og IEC 60870-5, ettersom flere medlemmer av IEC 60870-5-utviklingskomiteen forlot under utviklingsprosessen for å lage det som senere skulle bli kjent som DNP3 og IEC 608. veldig lik i datalinklag, men de øvre lagene i protokollene er mer forskjellige.
DNP3 brukes først og fremst i den nordamerikanske kraftindustrien, men protokollen har også penetrert vann- og avløpsindustrien. I følge en undersøkelse fra Newton-Evans Research brukte mer enn halvparten av nordamerikanske elektriske selskap UDP/IP- eller TCP/IP-varianter av DNP3-protokollen i 2008.
Forskere utvikler for tiden sikkerhetsutvidelser til DNP3 som forventes å gi koblingskryptering og nøkkeladministrasjonstjenester.
Typiske kommunikasjonsmedier for DNP3-protokollen inkluderer Ethernet og serielle tilkoblinger, og porter som vanligvis brukes av DNP3 er 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP og 19999/TCP.
1.3 Foundation Fieldbus (FOUNDATION Fieldbus)
Foundation Fieldbus-protokollen er hovedfeltbussprotokollen i forskjellige industrielle prosesser. Den brukes først og fremst til prosess-/fabrikkautomatisering og har blitt distribuert i en rekke installasjoner, inkludert kraftverks-/generatorkontroll og kontroll av halvlederproduksjon. Feltbusskommunikasjonsmedier inkluderer tvunnet par og fiberoptikk. Typiske porter inkluderer 1089/UDP, 1089/TCP, 1090/UDP, 1090/TCP, 1091/UDP og 1091/TCP.
En offentlig liste over Foundations feltbussprotokoll-støttede enheter er tilgjengelig på Fieldbus Foundation-nettstedet. Medlemmer av Fieldbus Foundation inkluderer mer enn 350 ledende leverandører av kontrollsystemer og instrumentering, samt en rekke sluttbrukere.
1.4 Intercontrol Center Communication Protocol (ICCP)
ICCP (IEC 60870-6/TASE.2) brukes til kommunikasjon mellom kontrollsentraler, primært innen kraftindustrien. I USA brukes ICCP-nettverk ofte til koordinering av forsyningsselskaper - vanligvis verktøy med overføringsoperasjoner, for eksempel overføring, distribusjon og kraftverk i forskjellige regioner, der tilknyttede tjenesteleverandører i disse forskjellige regionene kan brukes til å koordinere inn- og utgang av kraft mellom forskjellige regioner. ICCP bruker vanligvis port 102/TCP.
1.5 Modbus-protokoll
Modbus er den mest populære kontrollprotokollen på alle felt på grunn av dens enkelhet i bruk, gratis nedlastbarhet og avgiftsfri-implementering.
Intelligente enheter som PLS-er og releer bruker ofte Modbus-protokollen eller dens varianter for å kommunisere med enkle enheter som eksterne RTUer. I tillegg til Modbus-standardprotokollen er Modbus + en av de mest utbredte variantene. En liste over Modbus-medlemmer (selskaper og utviklere som tilhører Modbus Developers Group) er tilgjengelig på Modbus-nettstedet. Denne listen inneholder en kort beskrivelse av de enkelte medlemmene og produktene som produseres av hvert medlem. En liste over Modbus-leverandører, en liste over Modbus-utstyr og en liste over selskaper som tilbyr Modbus-systemintegrasjonstjenester er også gitt.
Det finnes en rekke Modbus-varianter, Modbus RTU er en åpen standard, binærkodet protokoll som tillater kommunikasjon over en seriell tilkobling, Modbus ASCII er en åpen standard, ASCII-kodet protokoll som støtter serielle tilkoblinger, og Modbus/TCP er en åpen standard som kapsler inn Modbus RTU-nyttelasten i en TCP-pakke og gir en funksjonskode for Modbus RTU. nyttelast. Modbus/TCP er en åpen standard som kapsler inn Modbus RTU-nyttelasten i en TCP-pakke med noen begrensninger på funksjonskodene.Modbus/UDP varierer fra leverandør til leverandør, men oftest overføres Modbus/TCP over UDP.Modbus + er en utvidet versjon med høy-hastighet (1Mbps) som bruker teknologi for overføring av tokener for mediatilgang. kontroll, men Modbus + er en proprietær Modicon-protokoll. Enron (eller Daniels) Modbus er standard Modbus-protokoll med leverandørutvidelser som behandler 32-bits verdier som ett register i stedet for to. JBus er en versjon av Modbus-protokollen med mindre adressevariasjoner.
Typiske kommunikasjonsmedier for Modbus inkluderer Ethernet og serielle porter (RS485 to-tråd er svært vanlig). Modbus kommuniserer vanligvis på port 502/TCP.
2 Olje- og gassindustrien
Det er ingen åpenbare proprietære protokoller for olje- og gassindustrien. Industrien bruker en rekke protokoller som DNP3, IEC 60870-5 og Modbus. Avsnitt 1 diskuterer disse protokollene mer inngående. En rekke feltbussprotokoller, som Foundation fieldbus-protokollen Feildbus, kan også finnes i mange olje- og gassanlegg.
Kommunikasjon i olje- og gassindustrien overføres ofte trådløst for å gi strømnings- og trykkdata til PLS-er via RTU-er og sensorer. PLSer kjører sikkerhets- og beskyttelsessystemer og brønnkontrollsystemer. osv.
2.1 DNP3 og IEC 60870-5
En diskusjon av DNP3 og IEC 60870-5 er gitt i delen Power Industry i avsnitt 5.2. En liste over olje- og gasselskaper som bruker DNP3 og IEC 60870-5 er tilgjengelig på nettstedet til Triangle Microworks Inc., hvor det også finnes en hvitbok om protokollene.
Typiske kommunikasjonsmedier inkluderer Ethernet og serielle tilkoblinger. DNP3 bruker vanligvis portene 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP og 19999/TCP, mens IEC 60870-5 vanligvis bruker 2404/UDP og 2404/TCP.
2.2 Modbus-protokoll
Modbus er en populær kontrollprotokoll i olje- og gassektoren som beskrevet i beskrivelsen av Modbus i avsnitt 5.2. Også Foundation Fieldbus-protokollen er populær i det petrokjemiske feltet.
Typiske kommunikasjonsmedier inkluderer Ethernet og serielle porter (RS485 to-tråd er veldig vanlig.) Modbus kjører vanligvis på port 502/TCP.
3 Vannbehandlingsindustrien
3.1 DNP3-protokoll
Som beskrevet i beskrivelsen av DNP3 i avsnitt 5.2, er denne protokollen også populær i vannbehandlingssektoren. Typiske kommunikasjonsmedier inkluderer Ethernet og serielle tilkoblinger. DNP3 bruker vanligvis portene 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP og 19999/TCP.
3.2 Modbus-protokoll
Som nevnt ovenfor i beskrivelsen av Modbus i avsnittet om kraftindustrien, er Modbus den mer populære kontrollprotokollen i vannbehandlingsindustrien. Typiske kommunikasjonsmedier inkluderer Ethernet og serielle busser. Modbus kjører vanligvis på port 502/TCP.
4 Bygningsautomasjonsfelt
Innen bygningsautomatisering er LonWorks (også kjent som LonTalk eller ANSI/CEA 709.1B) den dominerende kommunikasjonsprotokollen, etterfulgt av DyNet, og en rekke andre kommunikasjonsprotokoller. Typiske kommunikasjonsmedier inkluderer strømlinjebærer, tvunnet par/Ethernet, fiberoptikk og RF. De viktigste kommunikasjonsportene inkluderer 2540/UDP, 2540/TCP, 2541/UDP og 2541/TCP.
4.1 LonWorks (LonTalk eller ANSI/CEA 709.1-B)
Det amerikanske selskapet Echelon har utviklet en nettverksplattform basert på LonWorks-protokollen, også kalt LonWorks-plattformen. Plattformen brukes i mange bransjer, inkludert halvlederproduksjon, lysstyringssystemer, energistyringssystemer, HVAC-systemer, sikkerhetssystemer, hjemmeautomasjon, forbrukerapparatkontroll, offentlig gatebelysning/overvåking/kontroll og bensinstasjonskontroll. Typiske applikasjoner for LonWorks brukes som en termostat som kommuniserer med PC-er og PLS-er via LonTHV-systemet for å koordinere et luft- og ventilasjonssystem (innvendig) bygning. klimaanlegg og ventilasjonssystemer (HVAC).
ISO og IEC har gitt LonWorks-plattformkompatibilitetsstandardnumrene ISO/IEC 14908-1, -2, -3 og -4 (ANSI/CEA-852). LonWorks utgjør også en del av IEEE 1473-L (tognettverk, lokomotivnettverksapplikasjoner) samt flere applikasjonsspesifikke områder. Kina har godkjent LonWorks som en nasjonal kontrollstandard (GB/Z 20177.1-2006) og som en standard for bygninger og smarte samfunn (GB/T 20299.4-2006). European Equipment Manufacturers Council har også tatt i bruk LonWorks som en del av standarden Control and Monitoring of Domestic Appliances - Application Interoperability Specification.
4.2 DyNet
DyNet er en proprietær protokoll utviklet av Dynalite (nå eid av Philips Electronics). DyNet-enheter inkluderer sine egne programmerbare kontrollere og kommuniserer via en punkt-til-punkt-modell.
Typiske kommunikasjonsmedier for DyNet inkluderer RS-485 seriell buss, RS-232 seriell buss, Ethernet og infrarød.
4.3 Andre protokoller
Det er mange andre protokoller som brukes for bygningsautomatiseringssystemer. De mest populære inkluderer INSTEON, X10, ZigBee, X-Wave og KNX/Konnex.
5 Felt for prosessautomatisering (produksjon).
Prosessautomatiseringsfeltet domineres av feltbussprotokoller, inkludert PROFINET, Foundation fieldbus-protokollen Fieldbus og Common Industrial Protocol CIP og dens derivater. IEC 61158 og IEC 61784 inneholder detaljerte beskrivelser av hver av de viktigste feltbussprotokollene og deres varianter.
5.1 DF1-protokoll
DF1 er en seriell kommunikasjonsprotokoll definert i deler D1 og F1 av ANSI X3.28-protokollen. Protokollen ble opprinnelig utviklet av Allen-Bradley (nå eid av Rockwell Automation) og brukes ofte som et middel for å overføre programmerbare kontrollerkommunikasjonskommandoer (PCCC) til Allen-Bradley PLS-er.
5.2 Foundation Fieldbus Protocol Fieldbus
Foundation Fieldbus Protocol Fieldbus er egnet for grunnleggende og avanserte modulerende kontrollapplikasjoner, så vel som de fleste av de diskrete kontrollscenariene knyttet til disse funksjonene. Foundation Fieldbus-protokollen Fieldbus har to implementeringer som kjører med forskjellige hastigheter og på forskjellige overføringsmedier: H1 er den vanligste implementeringen, som vanligvis kobler sammen feltenhetene og kjører med 31,25 Kbps; HSE (High Speed Ethernet) kobler sammen vertsdatamaskinen, I/O-undersystemene, gatewayen og feltenhetene, og opererer med en hastighet på 100 Mbps. grunnlagsfeltbussprotokoll Fieldbus har blitt tatt i bruk som en feltbussstandard i IEC 61804.
5.3 Prosess feltbussprotokoll Profibus
Profibus ble utviklet av den tyske utdannings- og forskningsavdelingen BMBF. Den er tilgjengelig i to varianter, hvorav den mer vanlige varianten er Decentralized Peripheral (DP)-protokollen, som vanligvis brukes til kommunikasjon mellom sentraliserte kontrollere og sensorer/aktuatorer, og den andre varianten er Process Automation (PA)-protokollen, som brukes til prosesskontrollsystemet PCS for å overvåke og kontrollere måleenheter. PA-varianten er designet og beregnet for bruk i eksplosive overføringsområder i henhold til IEC 61158-2.PA Samme grunnleggende kommunikasjonsprotokoll som DP, men PA opererer med en hastighet på 31,25 Kpbs. DP- og PA-nettverk kan kobles sammen via en kopler, med DP som ryggrad. profibus feltbussprotokoller er inkludert i IEC 61158- og IEC 61784-standardene.
5.4 Profinet IO-protokoll
PROFINET-konseptet har to perspektiver: PROFINET CBA og PROFINET IO, som begge kan kommunisere på samme bussystem. De kan betjenes individuelt eller i kombinasjon, og PROFINET IO-delsystemet kan brukes som et PROFINET CBA-system fra det andre perspektivet. PROFINET IO ble utviklet for sann-tid (RT) og isokron (IRT) kommunikasjon med distribuerte perifere enheter, med en syklustid på 10 millisekunder for sann-kommunikasjonstid på mindre tid eller 1 m kommunikasjonstid på 10 m. for isokron kommunikasjon IRT-stasjoner. PROFINET CBA er egnet for komponent-basert kommunikasjon via TCP/IP og for sann-kommunikasjon i modulær systemutvikling. Begge kommunikasjonskommunikasjonsmodusene kan brukes parallelt. PROFINET CBA har et reaksjonstidsområde på 100 ms.
PROFINET-feltbussprotokollen er inkludert i IEC 61158- og IEC 61784-standardene.
5.5 CC-Koblingsprotokoll
CC-Link er en feltbussprotokoll utviklet av Mitsubishi Electric i Japan og tatt i bruk av andre japanske leverandører. For øyeblikket overstiger det totale antallet enheter som bruker CC-Link 6 millioner, og dekker mer enn 1000 forskjellige enheter. Industrielt Ethernet som bruker CC-Link-protokollen kan enkelt integreres med konvensjonelle IT-nettverk.
Det er fire CC-koblingsformater:
CC-Link CC-Link LT (lettversjon for enheter med lave kommunikasjonskrav) CC-Link Safety (versjon med høy-pålitelighet, i samsvar med IEC 61508 SIL3 og ISO 13849-1 Cat 4) CC-Link IE (Industrial IE Ethernet-versjon) Typisk CC-Linkkommunikasjonsmedier inkluderer tvunnet-par og fiberoptikk. Typiske CC-Link-kommunikasjonsmedier inkluderer tvunnet par kabler og fiberoptikk, CC-Link Partner Association gir en liste over partnere.
5.6 Common Industrial Protocol (CIP)
Common Industrial Protocol (CIP) forsøker å gi en enhetlig kommunikasjonsarkitektur for hele produksjonsindustrien.CIP er en enhetlig applikasjonslagsprotokoll for protokoller som EtherNet/IP, DeviceNet, CompoNet og ControlNet.CIP består av et komplett sett med meldinger og tjenester som brukes til å samle inn kontroll-, sikkerhet-, synkroniserings-, bevegelses-, konfigurasjonsinformasjon for manusjon, bevegelse og annen konfigurasjon. CIP inneholder et sett med meldinger og tjenester for innsamling av kontroll, sikkerhet, synkronisering, bevegelse, konfigurasjon og annen informasjon fra produksjonsautomatiseringsapplikasjoner. Protokollen administreres av Open DeviceNet Vendors Association (ODVA).
5.7 ControlNet-protokoll
ControlNet er en CIP-implementering utviklet av Allen-Bradley som har innebygd-støtte for fullstendig redundante lenkekabler, og all kommunikasjon er tett planlagt for en høy grad av determinisme.
Det fysiske ControlNet-laget er enten RG-6 koaksialkabel eller fiberoptisk ved bruk av BNC-kontakter. controlNet bruker Manchester-koding med en busshastighet på 5 Mbps. koblingslaget opererer på en syklus kalt Network Update Time (NUT). hver NUT har to faser, den første fasen er reservert for vanlige trafikkoverføringer for å garantere overføringsmuligheter, og den andre fasen brukes for ikke-planlagte trafikkoverføringer uten noen garantier. garantert uplanlagt trafikkoverføring. Maksimal rammestørrelse for ControlNet er 510 byte.
5.8 DeviceNet Protocol
DeviceNet er en annen CIP-implementering utviklet av Allen-Bradley.DeviceNet ligger på toppen av Controller Area Network (CAN) fysiske lag og bruker ControlNet-teknologi, som er rimeligere og mer robust enn den tradisjonelle RS-485-baserte protokollen.
DeviceNets overføringshastigheter er 125 Kbps, 250 Kbps og 500 Kbps, og lengden på ryggraden er omvendt proporsjonal med busshastigheten, dvs. henholdsvis 500 meter, 250 meter og 125 meter. De fleste distribusjoner bruker master/slave-modus, men punkt-til-punktoverføringer kan også brukes. Flere mastere eksisterer samtidig på et enkelt logisk nettverk. DeviceNet er nøye utformet for å fungere stabilt i komplekse elektromagnetiske miljøer.
5.9 EtherNet/IP-protokoll
EtherNet/IP er en implementering av CIP-protokollen utviklet av Rockwell Automation. Brukslaget til protokollen er CIP. EtherNet/IP er en applikasjonslagsprotokoll bygget på toppen av standard TCP/IP-stakken, som behandler alle enheter på nettverket som et enhetlig sett med "objekter", ved å bruke den eksisterende Ethernet-infrastrukturen i bunnen (uavhengig av hastighet). Hele EtherNet/IP-stakken kan implementeres i programvare på en prosessor for generell-bruk uten behov for en ASIC eller Field Programmable Gate Array (FPGA). EtherNet/IP bruker 44818/TCP for eksplisitt meldingsutsendelse og 2222/UDP for implisitt meldingsutsendelse.
5.10 EtherCAT-protokoll
EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) er en Ethernet-protokoll for kontrollautomatiseringsteknologi med en Ethertype på 0x88A4, som gjør IP-ruterbar ved å sette inn rammedata i UDP-pakker. etherCAT bruker ikke en per-syklus-per-nodemodell. I stedet for å behandle én ramme per node per syklus (oppdateringstidspunkt), bruker EtherCAT en «on---modus. I stedet for bare å motta Ethernet-rammer fra enhetene, leser EtherCAT dataene som sendes til enhetene når de passerer gjennom dem, tolker og kopierer dem som prosessdata ved hver node, og setter på samme måte inn inngangsdataene når de passerer gjennom. data når datagrammet passerer. Mange noder kan adresseres med en enkelt ramme.
EtherCAT-nettverk kan integreres via gatewayer med CANopen, DeviceNet, PROFIBUS og andre protokoller. EtherCAT Technology Group er en internasjonal organisasjon av brukere og leverandører; per august 2009 består den av mer enn 1100 selskaper fra 47 land. etherCAT er inkludert som en feltbussprotokoll i IEC 61158 og IEC 61788, og i IEC 61158 og IEC 61789 protokollene. EtherCAT som feltbussprotokoll er inkludert i IEC 61158- og IEC 61784-standardene. etherCAT bruker portene 34980/UDP og 34980/TCP for ruting mellom Ethernet-LAN.
5.11 EGD-protokoll (Ethernet Global Data)
Ethernet Global Data (EGD)-protokollen er en kommunikasjonsmekanisme som gjør at en CPU kan dele en del av det interne minnet med en eller flere andre CPUer med en regelmessig planlagt syklushastighet. Enkelte GE Fanuc PLS-er bruker EGD-protokollen.
5.12 FINS-protokoll
FINS er en protokoll utviklet av Omron (et japansk kontrollselskap) og brukt i sine nyere PLS-er. Den kjører vanligvis på IP-aktiverte systemer som bruker port 9600/UDP.
5.13 Host Link Protocol
Host Link er en protokoll utviklet av Omron for sin eldre PLS-serie, men mange nyere Omron PLS-er kan fortsatt kommunisere ved hjelp av HostLink-protokollen. Det er en RS-232-bussprotokoll basert på ASCII-kode.
5.14 SERCOS Protocol (Serial Real-Time Communication System)
SERCOS har strenge sanntidskrav- og er spesielt egnet for bevegelseskontroll innen områder som skjæring og forming av metall, maskinmontering, pakking, robotikk, utskrift og materialhåndtering. Protokollen administreres av SERCOS International og gjeldende versjon er SERCOS III. SERCOS er definert i detalj i IEC 61158- og IEC 61784-standardene.
5.15 SRTP (Service Request Transfer Protocol)
SRTP er en protokoll for kommando- og datakommunikasjon til PLS-en via PC-en. Den brukes av GE Fanuc PLS-er som en kommunikasjonsprotokoll for applikasjonslag.
5.16 Sinec H1-protokoll
Sinec H1 er en transportlagsprotokoll utviklet av Siemens der forskjellige applikasjonslagsprotokoller kan kjøres. De store båndbreddeegenskapene til denne protokollen gjør den ideell for overføring av store datavolumer.