De communicatieprotocollen die worden gebruikt in industriële besturingssystemen ICS variëren sterk tussen industrieën, regio's en leveranciers.
1 Elektriciteitsindustrie
1.1 IEC 60870-5
IEC 60870-5 is waarschijnlijk het meest populaire internationale protocol voor onderstationautomatisering. In de Verenigde Staten is het het functionele equivalent van DNP3, dat delen van IEC 60870-5 gebruikt om de basis te vormen voor de datalinklaag. Er zijn een aantal begeleidende standaarden ontwikkeld, waaronder de volgende:
IEC 60870-5-101: voor energiesystemen die verband houden met afstandsbediening en bescherming op afstand, een communicatietransportprotocol met bewakings- en besturingsfuncties. IEC 60870-5-103: een transportprotocol om interoperabiliteit tussen veiligheidsbeschermingsapparatuur en onderstationbesturingssysteemapparatuur te bereiken. IEC 60870-5-104: is een uitbreiding van IEC 60870-5-101. Omvat variaties op transport-, netwerk-, link- en fysieke laagdiensten, en suites voor connectiviteit met TCP/IP en andere transporten (ISDN, X.25 Frame Relay, etc.) IEC 60870-5 Typische communicatiemedia omvatten Ethernet en serieel, met typische poorten 2404/UDP en 2404/TCP.
1.2 Gedistribueerd netwerkprotocol 3.0 (DNP3)
DNP3 wordt veel gebruikt in Noord-Amerika, voornamelijk als vervanging voor de IEC 60870-5-protocolfamilie. Het is een serieel protocol dat begin jaren negentig is ontwikkeld, maar er bestaan tegenwoordig ook versies van de UDP/IP- en TCP/IP-varianten. Er zijn veel overeenkomsten tussen DNP3 en IEC 60870-5, aangezien verschillende leden van de IEC 60870-5-ontwikkelingscommissie tijdens het ontwikkelingsproces zijn vertrokken om te creëren wat later bekend zou worden als DNP3. Als gevolg hiervan lijken de dataverbindingen tussen DNP3 en IEC 60870-5 erg op elkaar in de data linklaag, maar de bovenste lagen van de protocollen zijn meer verschillend.
DNP3 wordt voornamelijk gebruikt in de Noord-Amerikaanse energiesector, maar het protocol is ook doorgedrongen in de water- en afvalwaterindustrie. Volgens een onderzoek van Newton-Evans Research gebruikte meer dan de helft van de Noord-Amerikaanse elektriciteitsbedrijven in 2008 UDP/IP- of TCP/IP-variantversies van het DNP3-protocol.
Onderzoekers ontwikkelen momenteel beveiligingsuitbreidingen voor DNP3 die naar verwachting link-encryptie en sleutelbeheerdiensten zullen bieden.
Typische communicatiemedia voor het DNP3-protocol zijn onder meer Ethernet en seriële verbindingen, en poorten die doorgaans door DNP3 worden gebruikt zijn 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP en 19999/TCP.
1.3 Foundation Fieldbus (FOUNDATION Fieldbus)
Het Foundation Fieldbus-protocol is het belangrijkste veldbusprotocol in verschillende industriële processen. Het wordt voornamelijk gebruikt voor proces-/fabrieksautomatisering en is ingezet in een verscheidenheid aan installaties, waaronder de besturing van elektriciteitscentrales/generatoren en de besturing van de productie van halfgeleiders. Veldbuscommunicatiemedia omvatten twisted pair en glasvezel. Typische poorten zijn 1089/UDP, 1089/TCP, 1090/UDP, 1090/TCP, 1091/UDP en 1091/TCP.
Een openbare lijst met door het veldbusprotocol-ondersteunde apparaten van de Foundation is beschikbaar op de website van de Fieldbus Foundation. Tot de leden van de Fieldbus Foundation behoren meer dan 350 toonaangevende leveranciers van besturingssystemen en instrumentatie, evenals een aantal eindgebruikers.
1.4 Intercontrol Center Communicatieprotocol (ICCP)
ICCP (IEC 60870-6/TASE.2) wordt gebruikt voor communicatie tussen controlecentra, voornamelijk in de energiesector. In de VS worden ICCP-netwerken vaak gebruikt voor de coördinatie van nutsbedrijven, meestal nutsbedrijven met transmissieactiviteiten, zoals transmissie, distributie en energiecentrales in verschillende regio's, waar het verbinden van serviceproviders in deze verschillende regio's kan worden gebruikt om de input en output van stroom tussen verschillende regio's te coördineren. ICCP maakt doorgaans gebruik van poort 102/TCP.
1.5 Modbus-protocol
Modbus is het populairste besturingsprotocol op alle gebieden vanwege het gebruiksgemak, de gratis downloadbaarheid en de -royaltyvrije implementatie.
Intelligente apparaten zoals PLC's en relais gebruiken vaak het Modbus-protocol of varianten daarvan om te communiceren met eenvoudige apparaten zoals externe RTU's. Naast het Modbus-standaardprotocol is Modbus + een van de meest voorkomende varianten. Een lijst met Modbus-leden (bedrijven en ontwikkelaars die behoren tot de Modbus Developers Group) is beschikbaar op de Modbus-website. Deze lijst bevat een korte beschrijving van de individuele leden en de door elk lid vervaardigde producten. Er wordt ook een lijst met Modbus-leveranciers, een lijst met Modbus-apparatuur en een lijst met bedrijven die Modbus-systeemintegratiediensten aanbieden aangeboden.
Er zijn een aantal Modbus-varianten, Modbus RTU is een open standaard, binair gecodeerd protocol dat communicatie via een seriële verbinding mogelijk maakt, Modbus ASCII is een open standaard, ASCII-gecodeerd protocol dat seriële verbindingen ondersteunt, en Modbus/TCP is een open standaard die de Modbus RTU-payload in een TCP-pakket inkapselt en een functiecode biedt voor de Modbus RTU lading. Modbus/TCP is een open standaard die de Modbus RTU-payload inkapselt in een TCP-pakket met enkele beperkingen op de functiecodes. Modbus/UDP varieert per leverancier, maar meestal wordt Modbus/TCP verzonden via UDP. Modbus + is een uitgebreide hoge-snelheidsversie (1 Mbps) die token-passing-technologie gebruikt voor toegangscontrole van transmissiemedia, maar Modbus + is een eigen Modicon-protocol. Enron (of Daniels) Modbus is het standaard Modbus-protocol met leveranciersextensies die 32-bits waarden behandelen als één register in plaats van twee. JBus is een versie van het Modbus-protocol met kleinere adresvariaties.
Typische communicatiemedia voor Modbus zijn onder meer Ethernet en seriële poorten (RS485 twee-draads is heel gebruikelijk). Modbus communiceert meestal via poort 502/TCP.
2 Olie- en gasindustrie
Er bestaan geen voor de hand liggende mainstream-eigen protocollen voor de olie- en gasindustrie. De industrie maakt gebruik van een verscheidenheid aan protocollen, zoals DNP3, IEC 60870-5 en Modbus. Hoofdstuk 1 gaat dieper in op deze protocollen. Een verscheidenheid aan veldbusprotocollen, zoals het Foundation fieldbusprotocol Feildbus, is ook in veel olie- en gasfaciliteiten te vinden.
Communicatie in de olie- en gasindustrie wordt vaak draadloos verzonden om stroom- en drukgegevens via RTU's en sensoren aan PLC's te verstrekken. PLC's besturen veiligheids- en beveiligingssystemen en putcontrolesystemen. enz.
2.1 DNP3 en IEC 60870-5
Een bespreking van DNP3 en IEC 60870-5 wordt gegeven in het onderdeel Energiesector van paragraaf 5.2. Een lijst met olie- en gasbedrijven die DNP3 en IEC 60870-5 gebruiken, is beschikbaar op de website van Triangle Microworks Inc., waar ook een witboek over de protocollen te vinden is.
Typische communicatiemedia zijn onder meer Ethernet en seriële verbindingen. DNP3 gebruikt doorgaans de poorten 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP en 19999/TCP, terwijl IEC 60870-5 doorgaans 2404/UDP en 2404/TCP gebruikt.
2.2 Modbus-protocol
Modbus is een populair besturingsprotocol in de olie- en gassector, zoals beschreven in de beschrijving van Modbus in paragraaf 5.2. Ook het Foundation Fieldbus-protocol is populair op petrochemisch gebied.
Typische communicatiemedia zijn onder meer Ethernet en seriële poorten (RS485 twee-draads is heel gebruikelijk.) Modbus werkt meestal op poort 502/TCP.
3 Waterzuiveringsindustrie
3.1 DNP3-protocol
Zoals beschreven in de beschrijving van DNP3 in paragraaf 5.2 is dit protocol ook populair in de waterbehandelingssector. Typische communicatiemedia zijn onder meer Ethernet en seriële verbindingen. DNP3 gebruikt doorgaans de poorten 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP en 19999/TCP.
3.2 Modbus-protocol
Zoals hierboven vermeld in de beschrijving van Modbus in het gedeelte over de energiesector, is Modbus het populairste besturingsprotocol in de waterbehandelingsindustrie. Typische communicatiemedia zijn onder meer Ethernet en seriële bussen. Modbus draait meestal op poort 502/TCP.
4 Veld gebouwautomatisering
Op het gebied van gebouwautomatisering is LonWorks (ook bekend als LonTalk of ANSI/CEA 709.1B) het dominante communicatieprotocol, gevolgd door DyNet en een aantal andere communicatieprotocollen. Typische communicatiemedia zijn onder meer elektriciteitskabels, twisted pair/Ethernet, glasvezel en RF. De belangrijkste communicatiepoorten zijn 2540/UDP, 2540/TCP, 2541/UDP en 2541/TCP.
4.1 LonWorks (LonTalk of ANSI/CEA 709.1-B)
Het Amerikaanse bedrijf Echelon heeft een netwerkplatform ontwikkeld op basis van het LonWorks-protocol, ook wel het LonWorks-platform genoemd. Het platform wordt in veel industrieën gebruikt, waaronder de productie van halfgeleiders, lichtregelsystemen, energiebeheersystemen, HVAC-systemen, beveiligingssystemen, domotica, controle van consumentenapparatuur, openbare straatverlichting/monitoring/controle en controle van tankstations. Typische toepassingen voor LonWorks worden gebruikt als een thermostaat die communiceert met pc's en PLC's via het LonTalk-protocol om het airconditioning- en ventilatiesysteem (HVAC) in een gebouw te coördineren. airconditioning- en ventilatiesystemen (HVAC).
ISO en IEC hebben de LonWorks-platformcompatibiliteitsstandaardnummers ISO/IEC 14908-1, -2, -3 en -4 (ANSI/CEA-852) toegekend. LonWorks maakt ook deel uit van IEEE 1473-L (treinnetwerken, locomotiefnetwerken) en verschillende andere toepassingsspecifieke toepassingsgebieden. China heeft LonWorks goedgekeurd als nationale controlestandaard (GB/Z 20177.1-2006) en als standaard voor gebouwen en slimme gemeenschappen (GB/T 20299.4-2006). De European Equipment Manufacturers Council heeft LonWorks ook aangenomen als onderdeel van zijn Control and Monitoring of Domestic Appliances - Application Interoperability Specification-standaard.
4.2 DyNet
DyNet is een eigen protocol ontwikkeld door Dynalite (nu eigendom van Philips Electronics). DyNet-apparaten bevatten hun eigen programmeerbare controllers en communiceren via een point{1}}to-point-model.
Typische communicatiemedia voor DyNet zijn de RS-485 seriële bus, RS-232 seriële bus, Ethernet en infrarood.
4.3 Andere protocollen
Er worden nog veel meer protocollen gebruikt voor gebouwautomatiseringssystemen. De meest populaire zijn INSTEON, X10, ZigBee, X-Wave en KNX/Konnex.
5 Veld procesautomatisering (productie).
Het veld van procesautomatisering wordt gedomineerd door veldbusprotocollen, waaronder PROFINET, het Foundation fieldbusprotocol Fieldbus en het Common Industrial Protocol CIP en zijn afgeleiden. IEC 61158 en IEC 61784 bevatten gedetailleerde beschrijvingen van elk van de belangrijkste veldbusprotocollen en hun varianten.
5.1 DF1-protocol
DF1 is een serieel communicatieprotocol gedefinieerd in delen D1 en F1 van het ANSI X3.28-protocol. Het protocol is oorspronkelijk ontwikkeld door Allen-Bradley (nu eigendom van Rockwell Automation) en wordt vaak gebruikt als middel om Programmable Controller Communication Commands (PCCC) naar Allen-Bradley PLC's te verzenden.
5.2 Foundation Fieldbus Protocol Veldbus
Het Foundation Fieldbus Protocol Fieldbus is geschikt voor basis- en geavanceerde modulerende besturingstoepassingen, evenals voor de meeste discrete besturingsscenario's die bij deze functies horen. Het Foundation Fieldbus-protocol Fieldbus heeft twee implementaties die met verschillende snelheden en op verschillende transmissiemedia draaien: H1 is de meest voorkomende implementatie, die doorgaans de veldapparatuur verbindt en werkt op 31,25 Kbps; HSE (High Speed Ethernet) verbindt de hostcomputer, de I/O-subsystemen, de gateway en de veldapparatuur en werkt met een snelheid van 100 Mbps. basis veldbusprotocol Veldbus is in IEC 61804 aangenomen als veldbusstandaard.
5.3 Procesveldbusprotocol Profibus
Profibus is ontwikkeld door de Duitse onderwijs- en onderzoeksafdeling BMBF. Het is verkrijgbaar in twee varianten, waarvan de meest voorkomende variant het Decentralized Peripheral (DP)-protocol is, dat doorgaans wordt gebruikt voor communicatie tussen gecentraliseerde controllers en sensoren/actuators, en de andere variant het Process Automation (PA)-protocol is, dat wordt gebruikt voor het procesbesturingssysteem PCS om meetapparatuur te bewaken en te besturen. De PA-variant is ontworpen en bedoeld voor gebruik in explosieve of gevaarlijke gebieden en maakt gebruik van een fysieke transmissieverbinding in conform IEC 61158-2.PA Hetzelfde basiscommunicatieprotocol als DP, maar PA werkt met een snelheid van 31,25 Kpbs. DP- en PA-netwerken kunnen via een koppelaar worden aangesloten, waarbij DP als backbone wordt gebruikt. profibus-veldbusprotocollen zijn opgenomen in de IEC 61158- en IEC 61784-normen.
5.4 Profinet IO-protocol
Het PROFINET-concept kent twee perspectieven: PROFINET CBA en PROFINET IO, die beide op hetzelfde bussysteem kunnen communiceren. Ze kunnen afzonderlijk of in combinatie worden bediend, en het PROFINET IO-subsysteem kan vanuit het andere perspectief worden gebruikt als PROFINET CBA-systeem. PROFINET IO is ontwikkeld voor real-time (RT) en isochrone (IRT) communicatie met gedistribueerde randapparatuur, met een cyclustijd van 10 milliseconden voor real-time communicatie RT, en een cyclustijd van 1 ms of minder voor isochrone communicatie IRT-drives. PROFINET CBA is geschikt voor component-gebaseerde communicatie via TCP/IP en voor realtime-communicatie in modulaire systeemtechniek. Beide communicatiecommunicatiemodi kunnen parallel worden gebruikt. de PROFINET CBA heeft een reactietijdbereik van 100 ms.
Het PROFINET-veldbusprotocol is opgenomen in de normen IEC 61158 en IEC 61784.
5.5 CC-Linkprotocol
CC-Link is een veldbusprotocol ontwikkeld door Mitsubishi Electric in Japan en op grote schaal toegepast door andere Japanse leveranciers. Momenteel bedraagt het totale aantal apparaten dat CC-Link gebruikt meer dan 6 miljoen, wat neerkomt op meer dan 1000 verschillende apparaten. Industrieel Ethernet dat gebruikmaakt van het CC-Link-protocol kan eenvoudig worden geïntegreerd met conventionele IT-netwerken.
Er zijn vier CC-linkformaten:
CC-Link CC-Link LT (lichtgewicht versie voor apparaten met lage communicatievereisten) CC-Link Safety (versie met hoge-betrouwbaarheid, voldoet aan IEC 61508 SIL3 en ISO 13849-1 Cat 4) CC-Link IE (Industrial Ethernet versie) Typische CC-Link-communicatiemedia omvatten twisted-pair en glasvezel. Typische CC-Link-communicatiemedia omvatten twisted pair-kabels en glasvezel. De CC-Link Partner Association biedt een lijst met partners.
5.6 Gemeenschappelijk Industrieel Protocol (CIP)
Het Common Industrial Protocol (CIP) probeert een uniforme communicatiearchitectuur te bieden voor de gehele productie-industrie. CIP is een uniform applicatielaagprotocol voor protocollen zoals EtherNet/IP, DeviceNet, CompoNet en ControlNet. CIP bestaat uit een complete set berichten en services die worden gebruikt om besturings-, veiligheids-, synchronisatie-, bewegings-, configuratie- en andere informatie voor productieautomatiseringstoepassingen te verzamelen. CIP bevat een reeks berichten en services voor het verzamelen van besturings-, veiligheids-, synchronisatie-, bewegings-, configuratie- en andere informatie uit toepassingen voor productieautomatisering. Het protocol wordt beheerd door de Open DeviceNet Vendors Association (ODVA).
5.7 ControlNet-protocol
ControlNet is een CIP-implementatie ontwikkeld door Allen-Bradley die ondersteuning-ingebouwd heeft voor volledig redundante verbindingskabels, en alle communicatie is strak gepland voor een hoge mate van determinisme.
De fysieke laag van ControlNet is RG-6-coaxkabel of glasvezel met behulp van BNC-connectoren. controlNet maakt gebruik van Manchester-codering met een bussnelheid van 5 Mbps. de linklaag werkt volgens een cyclus die de Network Update Time (NUT) wordt genoemd. elke NUT heeft twee fasen: de eerste fase is gereserveerd voor reguliere verkeerstransmissies om transmissiemogelijkheden te garanderen, en de tweede fase wordt gebruikt voor ongeplande verkeerstransmissies zonder enige garantie. elke gegarandeerde ongeplande verkeerstransmissie. De maximale framegrootte voor ControlNet is 510 bytes.
5.8 DeviceNet-protocol
DeviceNet is een andere CIP-implementatie ontwikkeld door Allen-Bradley.DeviceNet bevindt zich bovenop de fysieke laag van het Controller Area Network (CAN) en maakt gebruik van ControlNet-technologie, die minder duur en robuuster is dan het traditionele op RS-485 gebaseerde protocol.
De baudsnelheden van DeviceNet zijn 125 Kbps, 250 Kbps en 500 Kbps, en de lengte van de backbone is omgekeerd evenredig met de bussnelheid, dat wil zeggen respectievelijk 500 meter, 250 meter en 125 meter. De meeste implementaties gebruiken de master/slave-modus, maar point{9}}to-point-overdrachten kunnen ook worden gebruikt. Er bestaan meerdere masters naast elkaar op één logisch netwerk. DeviceNet is zorgvuldig ontworpen om stabiel te werken in complexe elektromagnetische omgevingen.
5.9 EtherNet/IP-protocol
EtherNet/IP is een implementatie van het CIP-protocol ontwikkeld door Rockwell Automation. De applicatielaag van het protocol is CIP. EtherNet/IP is een applicatielaagprotocol dat bovenop de standaard TCP/IP-stack is gebouwd en dat alle apparaten op het netwerk behandelt als een verenigde set van "objecten", waarbij gebruik wordt gemaakt van de bestaande Ethernet-infrastructuur aan de onderkant (ongeacht de snelheid). De gehele EtherNet/IP-stack kan worden geïmplementeerd in software op een processor voor algemene- doeleinden, zonder dat een ASIC of Field Programmable Gate Array (FPGA) nodig is. EtherNet/IP gebruikt 44818/TCP voor expliciete berichtenuitwisseling en 2222/UDP voor impliciete berichtenuitwisseling.
5.10 EtherCAT-protocol
EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) is een Ethernet-protocol voor besturingsautomatiseringstechnologie met een Ethertype van 0x88A4, dat IP routeerbaar maakt door framegegevens in UDP-pakketten in te voegen. etherCAT maakt geen gebruik van een per-cyclus-per-node-model. In plaats van één frame per knooppunt per cyclus (updatetijd) te verwerken, gebruikt EtherCAT een 'on-on- fly'-modus. In plaats van simpelweg Ethernet-frames van de apparaten te ontvangen, leest EtherCAT de gegevens die naar de apparaten worden verzonden terwijl deze er doorheen gaan, interpreteert en kopieert deze als procesgegevens op elk knooppunt, en voegt op dezelfde manier de invoergegevens in terwijl deze passeren. gegevens terwijl het datagram passeert. Met één frame kunnen veel knooppunten worden geadresseerd.
EtherCAT-netwerken kunnen worden geïntegreerd via gateways met CANopen, DeviceNet, PROFIBUS en andere protocollen. de EtherCAT Technology Group is een internationale organisatie van gebruikers en leveranciers; Sinds augustus 2009 bestaat het uit meer dan 1.100 bedrijven uit 47 landen. etherCAT is als veldbusprotocol opgenomen in IEC 61158 en IEC 61788, en in de protocollen IEC 61158 en IEC 61789. EtherCAT als veldbusprotocol is opgenomen in de normen IEC 61158 en IEC 61784. etherCAT gebruikt de poorten 34980/UDP en 34980/TCP voor routering tussen Ethernet LAN's.
5.11 EGD-protocol (wereldwijde Ethernet-gegevens)
Het Ethernet Global Data (EGD)-protocol is een communicatiemechanisme waarmee een CPU een deel van zijn interne geheugen kan delen met een of meer andere CPU's met een regelmatig geplande cyclussnelheid. Bepaalde GE Fanuc PLC's gebruiken het EGD-protocol.
5.12 FINS-protocol
FINS is een protocol ontwikkeld door Omron (een Japans besturingsbedrijf) en gebruikt in zijn nieuwere PLC's. Het werkt meestal op IP-systemen die poort 9600/UDP gebruiken.
5.13 Host Link-protocol
Host Link is een protocol dat Omron heeft ontwikkeld voor zijn oudere PLC-series. Veel nieuwere Omron-PLC's kunnen echter nog steeds communiceren via het HostLink-protocol. Het is een RS-232-busprotocol gebaseerd op ASCII-code.
5.14 SERCOS-protocol (serieel real-communicatiesysteem)
SERCOS stelt strenge realtime-eisen- en is met name geschikt voor bewegingscontrole op gebieden als het snijden en vormen van metaal, machineassemblage, verpakking, robotica, drukwerk en materiaalverwerking. Het protocol wordt beheerd door SERCOS International en de huidige versie is SERCOS III. SERCOS wordt gedetailleerd gedefinieerd in de IEC 61158- en IEC 61784-normen.
5.15 SRTP (Service Request Transfer Protocol)
SRTP is een protocol voor commando- en datacommunicatie naar de PLC via de pc. Het wordt door GE Fanuc PLC's gebruikt als communicatieprotocol op de applicatielaag.
5.16 Sinec H1-protocol
Sinec H1 is een door Siemens ontwikkeld transportlaagprotocol waarop verschillende applicatielaagprotocollen kunnen draaien. De grote bandbreedtekarakteristieken van dit protocol maken het ideaal voor de overdracht van grote datavolumes.