Komunikacijski protokoli koji se koriste u industrijskom sustavu upravljanja ICS uvelike se razlikuju od industrije, regije do dobavljača.
1 Elektroprivreda
1.1 IEC 60870-5
IEC 60870-5 je vjerojatno najpopularniji međunarodni protokol za automatizaciju trafostanica. U Sjedinjenim Državama, to je funkcionalni ekvivalent DNP3, koji koristi dijelove IEC 60870-5 za pružanje osnove za sloj podatkovne veze. Razvijen je niz pratećih standarda, uključujući sljedeće:
IEC 60870-5-101: za elektroenergetske sustave povezane s daljinskim upravljanjem i daljinskom zaštitom, komunikacijski transportni protokol s nadzornim i kontrolnim funkcijama IEC 60870-5-103: transportni protokol za postizanje interoperabilnosti između sigurnosnih zaštitnih uređaja i opreme sustava upravljanja trafostanicama IEC 60870-5-104: proširenje je IEC 60870-5-101. Uključuje varijacije usluga prijenosa, mreže, veze i fizičkog sloja te pakete za povezivanje na TCP/IP i druge prijenose (ISDN, X.25 Frame Relay, itd.) IEC 60870-5 Tipični komunikacijski mediji uključuju Ethernet i serijski, s tipičnim priključcima 2404/UDP i 2404/TCP.
1.2 Distribuirani mrežni protokol 3.0 (DNP3)
DNP3 se široko koristi u Sjevernoj Americi, prvenstveno kao zamjena za IEC 60870-5 obitelj protokola. To je serijski protokol razvijen ranih 1990-ih, ali verzije UDP/IP i TCP/IP varijanti postoje i danas. Postoje mnoge sličnosti između DNP3 i IEC 60870-5, budući da je nekoliko članova razvojnog odbora IEC 60870-5 otišlo tijekom procesa razvoja kako bi stvorili ono što će kasnije postati poznato kao DNP3. Kao rezultat toga, podatkovne veze između DNP3 i IEC 60870-5 vrlo su slični sloj podatkovne veze, ali gornji slojevi protokola se više razlikuju.
DNP3 se primarno koristi u sjevernoameričkoj energetskoj industriji, ali protokol je također prodro u industriju vode i otpadnih voda. Prema istraživanju koje je proveo Newton-Evans Research, više od polovice sjevernoameričkih elektroprivreda koristilo je UDP/IP ili TCP/IP inačicu DNP3 protokola 2008.
Istraživači trenutno razvijaju sigurnosne ekstenzije za DNP3 za koje se očekuje da će omogućiti enkripciju veze i usluge upravljanja ključevima.
Tipični komunikacijski mediji za DNP3 protokol uključuju Ethernet i serijske veze, a portovi koje obično koristi DNP3 su 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP i 19999/TCP.
1.3 Foundation Fieldbus (FOUNDATION Fieldbus)
Protokol Foundation Fieldbus glavni je protokol fieldbus u različitim industrijskim procesima. Primarno se koristi za procesnu/tvorničku automatizaciju i koristi se u različitim instalacijama uključujući kontrolu elektrane/generatora i kontrolu proizvodnje poluvodiča. Komunikacijski mediji sabirnice polja uključuju upredene parice i optička vlakna. Tipični priključci uključuju 1089/UDP, 1089/TCP, 1090/UDP, 1090/TCP, 1091/UDP i 1091/TCP.
Javni popis Foundation's fieldbus protokol-podržanih uređaja dostupan je na web stranici Fieldbus Foundation. Članovi Fieldbus Foundationa uključuju više od 350 vodećih prodavača sustava upravljanja i instrumenata, kao i brojne krajnje korisnike.
1.4 Komunikacijski protokol međukontrolnog centra (ICCP)
ICCP (IEC 60870-6/TASE.2) koristi se za komunikaciju između kontrolnih centara, prvenstveno u elektroenergetici. U SAD-u se ICCP mreže često koriste za koordinaciju komunalnih poduzeća - obično komunalnih poduzeća s operacijama prijenosa, kao što su prijenos, distribucija i elektrane u različitim regijama, gdje se povezujući pružatelji usluga u tim različitim regijama mogu koristiti za koordinaciju ulaza i izlaza energije između različitih regija. ICCP obično koristi priključak 102/TCP.
1.5 Modbus protokol
Modbus je najpopularniji kontrolni protokol u svim područjima zbog svoje jednostavnosti upotrebe, mogućnosti besplatnog preuzimanja i-besplatne implementacije.
Inteligentni uređaji kao što su PLC-ovi i releji često koriste Modbus protokol ili njegove varijante za komunikaciju s jednostavnim uređajima kao što su udaljeni RTU-ovi. Uz Modbus standardni protokol, Modbus + je jedna od najraširenijih varijanti. Popis Modbus članova (tvrtki i programera koji pripadaju Modbus Developers Group) dostupan je na Modbus web stranici. Ovaj popis uključuje kratak opis pojedinačnih članova i proizvoda koje proizvodi svaki član. Također je naveden popis dobavljača Modbusa, popis Modbus opreme i popis tvrtki koje nude usluge integracije Modbus sustava.
Postoji nekoliko varijanti Modbusa, Modbus RTU je otvoreni standard, binarno kodirani protokol koji omogućuje komunikaciju preko serijske veze, Modbus ASCII je otvoreni standard, ASCII kodirani protokol koji podržava serijske veze, a Modbus/TCP je otvoreni standard koji enkapsulira Modbus RTU korisni sadržaj u TCP paket i daje funkcijski kod za Modbus RTU korisni sadržaj. Modbus/TCP je otvoreni standard koji enkapsulira Modbus RTU korisni teret u TCP paketu s određenim ograničenjima kodova funkcija. Modbus/UDP razlikuje se ovisno o dobavljaču, ali najčešće se Modbus/TCP prenosi preko UDP-a. Modbus + je proširena verzija velike-brzine (1Mbps) koja koristi tehnologiju prosljeđivanja tokena za kontrolu pristupa mediju prijenosa, ali Modbus + je Modicon vlasnički protokol. Enron (ili Daniels) Modbus standardni je Modbus protokol s proširenjima dobavljača koji tretiraju 32-bitne vrijednosti kao jedan registar umjesto dva. JBus je verzija Modbus protokola s manjim varijacijama adresiranja.
Tipični komunikacijski mediji za Modbus uključuju Ethernet i serijske priključke (RS485 dvo-žični je vrlo čest). Modbus obično komunicira na priključku 502/TCP.
2 Industrija nafte i plina
Ne postoje očiti glavni vlasnički protokoli za industriju nafte i plina. Industrija koristi razne protokole kao što su DNP3, IEC 60870-5 i Modbus. Odjeljak 1 detaljnije govori o ovim protokolima. Razni protokoli sabirnice polja, kao što je Foundation fieldbus protokol Feildbus, također se mogu naći u mnogim naftnim i plinskim postrojenjima.
Komunikacije u industriji nafte i plina često se prenose bežično kako bi se PLC-ovima pružili podaci o protoku i tlaku preko RTU-ova i senzora. PLC-ovi pokreću sigurnosne i zaštitne sustave i sustave upravljanja bušotinama. itd.
2.1 DNP3 i IEC 60870-5
Rasprava o DNP3 i IEC 60870-5 dana je u odjeljku Energetska industrija odjeljka 5.2. Popis naftnih i plinskih tvrtki koje koriste DNP3 i IEC 60870-5 dostupan je na web stranici Triangle Microworks Inc., gdje se također može pronaći bijela knjiga o protokolima.
Tipični komunikacijski mediji uključuju Ethernet i serijske veze. DNP3 obično koristi portove 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP i 19999/TCP, dok IEC 60870-5 obično koristi 2404/UDP i 2404/TCP.
2.2 Modbus protokol
Modbus je popularan kontrolni protokol u sektoru nafte i plina kao što je opisano u opisu Modbusa u odjeljku 5.2. Protokol Foundation Fieldbus također je popularan u području petrokemije.
Tipični komunikacijski mediji uključuju Ethernet i serijske priključke (RS485 dvo-žični je vrlo čest.) Modbus obično radi na priključku 502/TCP.
3 Industrija obrade vode
3.1 DNP3 protokol
Kao što je opisano u opisu DNP3 u odjeljku 5.2, ovaj je protokol također popularan u sektoru obrade vode. Tipični komunikacijski mediji uključuju Ethernet i serijske veze. DNP3 obično koristi portove 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP i 19999/TCP.
3.2 Modbus protokol
Kao što je spomenuto gore u opisu Modbusa u odjeljku o energetskoj industriji, Modbus je popularniji protokol upravljanja u industriji obrade vode. Tipični komunikacijski mediji uključuju Ethernet i serijske sabirnice. Modbus obično radi na portu 502/TCP.
4 Područje automatizacije zgrada
U području automatizacije zgrada, LonWorks (također poznat kao LonTalk ili ANSI/CEA 709.1B) je dominantan komunikacijski protokol, a slijedi ga DyNet, te niz drugih komunikacijskih protokola. Tipični komunikacijski mediji uključuju prijenosnik dalekovoda, upredene parice/Ethernet, optička vlakna i RF. glavni komunikacijski portovi uključuju 2540/UDP, 2540/TCP, 2541/UDP i 2541/TCP.
4.1 LonWorks (LonTalk ili ANSI/CEA 709.1-B)
Američka tvrtka Echelon razvila je mrežnu platformu temeljenu na LonWorks protokolu, koja se naziva i LonWorks platforma. Platforma se koristi u mnogim industrijama uključujući proizvodnju poluvodiča, sustave upravljanja rasvjetom, sustave upravljanja energijom, HVAC sustave, sigurnosne sustave, kućnu automatizaciju, kontrolu potrošačkih uređaja, javnu uličnu rasvjetu/nadzor/kontrolu i kontrolu benzinskih postaja. Tipične aplikacije za LonWorks koriste se kao termostat koji komunicira s osobnim računalima i PLC-ovima preko LonTalk protokola za koordinaciju sustava klimatizacije i ventilacije (HVAC) unutar zgrade. sustavi klimatizacije i ventilacije (HVAC).
ISO i IEC su LonWorksu dodijelili brojeve standarda kompatibilnosti platforme ISO/IEC 14908-1, -2, -3 i -4 (ANSI/CEA-852). LonWorks također čini dio IEEE 1473-L (umrežavanje vlakova, umrežavanje lokomotiva), kao i nekoliko drugih područja primjene specifičnih za aplikaciju. Kina je odobrila LonWorks kao nacionalni kontrolni standard (GB/Z 20177.1-2006) i kao standard za zgrade i pametne zajednice (GB/T 20299.4-2006). Europsko vijeće proizvođača opreme također je prihvatilo LonWorks kao dio svojeg standarda za kontrolu i nadzor kućanskih aparata - specifikacija interoperabilnosti aplikacija.
4.2 DyNet
DyNet je vlasnički protokol koji je razvio Dynalite (sada u vlasništvu Philips Electronics). DyNet uređaji uključuju vlastite programibilne kontrolere i komuniciraju putem modela točka-to-točka.
Tipični komunikacijski mediji za DyNet uključuju RS-485 serijsku sabirnicu, RS-232 serijsku sabirnicu, Ethernet i infracrvenu vezu.
4.3 Ostali protokoli
Postoje mnogi drugi protokoli koji se koriste za sustave automatizacije zgrada. Najpopularniji su INSTEON, X10, ZigBee, X-Wave i KNX/Konnex.
5 Područje automatizacije procesa (proizvodnje).
Područjem automatizacije procesa dominiraju protokoli sabirnice polja, uključujući PROFINET, Foundation fieldbus protokol Fieldbus i Common Industrial Protocol CIP i njegove izvedenice. IEC 61158 i IEC 61784 sadrže detaljne opise svakog od glavnih protokola sabirnice polja i njihovih varijanti.
5.1 DF1 protokol
DF1 je serijski komunikacijski protokol definiran u dijelovima D1 i F1 ANSI X3.28 protokola. Protokol je izvorno razvio Allen-Bradley (sada u vlasništvu Rockwell Automation) i obično se koristi kao sredstvo za prijenos komunikacijskih naredbi programabilnog upravljača (PCCC) na Allen-Bradley PLC-ove.
5.2 Protokol Foundation Fieldbus Fieldbus
Protokol Foundation Fieldbus Fieldbus prikladan je za osnovne i napredne modulirajuće upravljačke aplikacije, kao i za većinu scenarija diskretnog upravljanja povezanih s ovim funkcijama. Protokol Foundation Fieldbus Fieldbus ima dvije implementacije koje rade različitim brzinama i na različitim prijenosnim medijima: H1 je najčešća implementacija, koja obično povezuje terenske uređaje i radi pri 31,25 Kbps; HSE (High Speed Ethernet) povezuje glavno računalo, I/O podsustave, gateway i terenske uređaje, a radi brzinom od 100 Mbps. Foundation fieldbus protokol Fieldbus je usvojen kao fieldbus standard u IEC 61804.
5.3 Protokol sabirnice polja procesa Profibus
Profibus je razvio njemački odjel za obrazovanje i istraživanje BMBF. Dostupan je u dvije varijante, od kojih je češća varijanta Decentralized Peripheral (DP) protokol, koji se obično koristi za komunikaciju između centraliziranih kontrolera i senzora/aktuatora, a druga varijanta je Process Automation (PA) protokol, koji se koristi za sustav kontrole procesa PCS za nadzor i kontrolu mjernih uređaja. PA varijanta je dizajnirana i namijenjena za upotrebu u eksplozivnim ili opasnim područjima i koristi fizičku prijenosnu vezu u u skladu s IEC 61158-2.PA Isti osnovni komunikacijski protokol kao DP, ali PA radi brzinom od 31,25 Kpbs. DP i PA mreže mogu se spojiti preko spojnice, a DP se koristi kao okosnica. Protokoli fieldbus profibus uključeni su u standarde IEC 61158 i IEC 61784.
5.4 Profinet IO protokol
PROFINET koncept ima dvije perspektive: PROFINET CBA i PROFINET IO, a oba mogu komunicirati na istom sustavu sabirnice. Njima se može upravljati pojedinačno ili u kombinaciji, a podsustav PROFINET IO može se koristiti kao PROFINET CBA sustav iz druge perspektive. PROFINET IO je razvijen za komunikaciju u stvarnom-vremenu (RT) i izokronu (IRT) s distribuiranim perifernim uređajima, s vremenom ciklusa od 10 milisekundi za komunikaciju u stvarnom-vremenu RT, i vremenom ciklusa od 1 ms ili manje za izokronu komunikaciju IRT pogona. PROFINET CBA prikladan je za-komunikaciju temeljenu na komponentama putem TCP/IP-a i za-komunikaciju u stvarnom-vremenu u inženjerstvu modularnog sustava. Oba komunikacijska načina komunikacije mogu se koristiti paralelno. PROFINET CBA ima raspon vremena reakcije od 100 ms.
Protokol sabirnice polja PROFINET uključen je u norme IEC 61158 i IEC 61784.
5.5 CC-Protokol veze
CC-Link je fieldbus protokol koji je razvio Mitsubishi Electric u Japanu i naširoko ga prihvaćaju drugi japanski dobavljači. Trenutačno ukupan broj uređaja koji koriste CC-Link premašuje 6 milijuna, pokrivajući više od 1000 različitih uređaja. Industrijski Ethernet koji koristi CC-Link protokol može se lako integrirati s konvencionalnim IT mrežama.
Postoje četiri CC-formata veze:
CC-Link CC-Link LT (lagana verzija za uređaje s niskim komunikacijskim zahtjevima) CC-Link Safety (verzija visoke-pouzdanosti, u skladu s IEC 61508 SIL3 i ISO 13849-1 Cat 4) CC-Link IE (Industrijski Ethernet verzija) Tipični CC-link komunikacijski mediji uključuju upredene-parice i optička vlakna. Tipični CC-Link komunikacijski mediji uključuju kabele s upredenim paricama i optička vlakna, CC-Link Partner Association nudi popis partnera.
5.6 Zajednički industrijski protokol (CIP)
Common Industrial Protocol (CIP) pokušava pružiti jedinstvenu komunikacijsku arhitekturu za cijelu proizvodnu industriju. CIP je jedinstveni protokol aplikacijskog sloja za protokole kao što su EtherNet/IP, DeviceNet, CompoNet i ControlNet. CIP se sastoji od kompletnog skupa poruka i usluga koje se koriste za prikupljanje informacija o kontroli, sigurnosti, sinkronizaciji, kretanju, konfiguraciji i drugim informacijama za automatizaciju proizvodnje aplikacije. CIP sadrži skup poruka i usluga za prikupljanje informacija o kontroli, sigurnosti, sinkronizaciji, kretanju, konfiguraciji i drugih informacija iz aplikacija za automatizaciju proizvodnje. Protokolom upravlja Open DeviceNet Vendors Association (ODVA).
5.7 ControlNet protokol
ControlNet je CIP implementacija koju je razvio Allen-Bradley koja ima ugrađenu-podršku za potpuno redundantne kabele veze, a sve su komunikacije strogo raspoređene za visok stupanj determinizma.
Fizički sloj ControlNet je ili RG-6 koaksijalni kabel ili optičko vlakno koje koristi BNC konektore. controlNet koristi Manchester kodiranje s brzinom sabirnice od 5 Mbps. sloj veze radi na ciklusu koji se naziva Vrijeme ažuriranja mreže (NUT). svaki NUT ima dvije faze, prva faza je rezervirana za redovne prijenose prometa kako bi se zajamčile mogućnosti prijenosa, a druga faza se koristi za neplanirane prijenose prometa bez ikakvih jamstava. svaki zajamčeni neplanirani prijenos prometa. Maksimalna veličina okvira za ControlNet je 510 bajtova.
5.8 DeviceNet protokol
DeviceNet je još jedna CIP implementacija koju je razvio Allen-Bradley. DeviceNet se nalazi na fizičkom sloju mreže kontrolera (CAN) i koristi tehnologiju ControlNet, koja je jeftinija i robusnija od tradicionalnog protokola temeljenog na RS-485.
Brzine prijenosa podataka DeviceNeta su 125 Kbps, 250 Kbps i 500 Kbps, a duljina okosnice je obrnuto proporcionalna brzini sabirnice, tj. 500 metara, 250 metara, odnosno 125 metara. Većina implementacija koristi glavni/podređeni način rada, no mogu se koristiti i prijenosi od točke-do-točke. Više mastera koegzistira na jednoj logičkoj mreži. DeviceNet je pažljivo dizajniran za stabilan rad u složenim elektromagnetskim okruženjima.
5.9 EtherNet/IP protokol
EtherNet/IP je implementacija CIP protokola koju je razvio Rockwell Automation. Aplikacijski sloj protokola je CIP. EtherNet/IP je protokol aplikacijskog sloja izgrađen na vrhu standardnog TCP/IP stoga, koji sve uređaje na mreži tretira kao objedinjeni skup "objekata", koristeći postojeću Ethernet infrastrukturu na dnu (bez obzira na brzinu). Cjelokupni EtherNet/IP skup može se implementirati u softver na-procesoru opće namjene bez potrebe za ASIC-om ili poljem programabilnim nizom vrata (FPGA). EtherNet/IP koristi 44818/TCP za eksplicitno slanje poruka i 2222/UDP za implicitno slanje poruka.
5.10 EtherCAT protokol
EtherCAT (Ethernet za tehnologiju automatizacije upravljanja) je Ethernet protokol za tehnologiju automatizacije upravljanja s Ethertypeom 0x88A4, koji čini IP usmjerljivim umetanjem okvirnih podataka u UDP pakete. etherCAT ne koristi model po-ciklusu-po-čvoru. Umjesto obrade jednog okvira po čvoru po ciklusu (vrijeme ažuriranja), EtherCAT koristi način rada "on-the-fly". Umjesto jednostavnog primanja Ethernet okvira od uređaja, EtherCAT čita podatke poslane uređajima dok prolaze kroz njih, tumači ih i kopira kao procesne podatke na svakom čvoru i na sličan način umeće ulazne podatke dok prolaze. podatke dok datagram prolazi. Mnogi čvorovi mogu se adresirati jednim okvirom.
EtherCAT mreže mogu se integrirati preko gatewaya s CANopen, DeviceNet, PROFIBUS i drugim protokolima. EtherCAT Technology Group je međunarodna organizacija korisnika i dobavljača; od kolovoza 2009. sastoji se od više od 1100 tvrtki iz 47 zemalja. etherCAT je uključen kao protokol sabirnice polja u IEC 61158 i IEC 61788, te u IEC 61158 i IEC 61789 protokole. EtherCAT kao fieldbus protokol uključen je u standarde IEC 61158 i IEC 61784. etherCAT koristi portove 34980/UDP i 34980/TCP za usmjeravanje između Ethernet LAN-ova.
5.11 EGD protokol (Ethernet globalni podaci)
Protokol Ethernet Global Data (EGD) komunikacijski je mehanizam koji omogućuje CPU-u da dijeli dio svoje interne memorije s jednim ili više drugih CPU-a prema redovitom rasporedu ciklusa. Određeni GE Fanuc PLC-ovi koriste EGD protokol.
5.12 FINS protokol
FINS je protokol koji je razvio Omron (japanska kontrolna tvrtka) i koristi se u svojim novijim PLC-ovima. Obično radi na sustavima s -omogućenom IP-om koristeći priključak 9600/UDP.
5.13 Host Link Protocol
Host Link je protokol koji je razvio Omron za svoju stariju PLC seriju, međutim, mnogi noviji Omron PLC-ovi još uvijek mogu komunicirati koristeći HostLink protokol. To je RS-232 protokol sabirnice koji se temelji na ASCII kodu.
5.14 SERCOS protokol (serijski-komunikacijski sustav u stvarnom vremenu)
SERCOS ima stroge-zahtjeve u stvarnom vremenu i posebno je prikladan za kontrolu pokreta u područjima kao što su rezanje i oblikovanje metala, sklapanje strojeva, pakiranje, robotika, ispis i rukovanje materijalima. Protokolom upravlja SERCOS International, a trenutna verzija je SERCOS III. SERCOS je detaljno definiran u normama IEC 61158 i IEC 61784.
5.15 SRTP (Service Request Transfer Protocol)
SRTP je protokol za komunikaciju naredbi i podataka s PLC-om preko osobnog računala. Koriste ga GE Fanuc PLC-ovi kao komunikacijski protokol aplikacijskog sloja.
5.16 Sinec H1 protokol
Sinec H1 je protokol prijenosnog sloja koji je razvio Siemens na kojem se mogu izvoditi različiti protokoli aplikacijskog sloja. Karakteristike velike propusnosti ovog protokola čine ga idealnim za prijenos velikih količina podataka.