Els protocols de comunicació utilitzats en el sistema de control industrial ICS varien molt entre les indústries, les regions i els venedors.
1 Indústria elèctrica
1.1 IEC 60870-5
IEC 60870-5 és probablement el protocol internacional més popular per a l'automatització de subestacions. Als Estats Units, és l'equivalent funcional de DNP3, que utilitza parts de l'IEC 60870-5 per proporcionar la base per a la capa d'enllaç de dades. S'han desenvolupat una sèrie d'estàndards complementaris, inclosos els següents:
IEC 60870-5-101: per a sistemes d'alimentació relacionats amb el control remot i la protecció remota, un protocol de transport de comunicacions amb funcions de vigilància i control IEC 60870-5-103: un protocol de transport per aconseguir la interoperabilitat entre els dispositius de protecció de seguretat i els equips del sistema de control de la subestació. Inclou variacions dels serveis de transport, xarxa, enllaç i capa física, i suites per a la connectivitat a TCP/IP i altres transports (RDSI, X.25 Frame Relay, etc.) IEC 60870-5 Els mitjans de comunicació típics inclouen Ethernet i sèrie, amb els ports típics 2404/UDP i 2404/TCP.
1.2 Protocol de xarxa distribuïda 3.0 (DNP3)
DNP3 s'utilitza àmpliament a Amèrica del Nord, principalment com a reemplaçament de la família de protocols IEC 60870-5. Es tracta d'un protocol en sèrie desenvolupat a principis dels anys 90, però actualment també existeixen versions de les variants UDP/IP i TCP/IP. Hi ha moltes similituds entre DNP3 i IEC 60870-5, ja que diversos membres del comitè de desenvolupament de l'IEC 60870-5 van abandonar durant el procés de desenvolupament per crear el que més tard es coneixeria com a enllaços de dades DNP3 i DNP3. 60870-5 són molt similars al capa d'enllaç de dades, però les capes superiors dels protocols són més diferents.
DNP3 s'utilitza principalment a la indústria energètica nord-americana, però el protocol també ha penetrat en la indústria de l'aigua i les aigües residuals. Segons una enquesta de Newton-Evans Research, més de la meitat de les empreses d'electricitat nord-americanes van utilitzar versions UDP/IP o variants TCP/IP del protocol DNP3 el 2008.
Actualment, els investigadors estan desenvolupant extensions de seguretat a DNP3 que s'espera que proporcionin serveis d'encriptació d'enllaços i gestió de claus.
Els mitjans de comunicació típics per al protocol DNP3 inclouen connexions Ethernet i sèrie, i els ports que normalment utilitza DNP3 són 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP i 19999/TCP.
1.3 Foundation Fieldbus (FOUNDATION Fieldbus)
El protocol Foundation Fieldbus és el principal protocol de fieldbus en diferents processos industrials. S'utilitza principalment per a l'automatització de processos/fàbrica i s'ha desplegat en una varietat d'instal·lacions, com ara el control de central/generador i el control de la fabricació de semiconductors. Els mitjans de comunicació de bus de camp inclouen parells trenats i fibra òptica. Els ports típics inclouen 1089/UDP, 1089/TCP, 1090/UDP, 1090/TCP, 1091/UDP i 1091/TCP.
Hi ha disponible una llista pública dels dispositius compatibles amb el protocol de bus de camp de la Fundació-al lloc web de la Fundació Fieldbus. Els membres de la Fieldbus Foundation inclouen més de 350 proveïdors líders de sistemes de control i instrumentació, així com diversos usuaris finals.
1.4 Protocol de comunicació del centre d'intercontrol (ICCP)
ICCP (IEC 60870-6/TASE.2) s'utilitza per a la comunicació entre centres de control, principalment a la indústria elèctrica. Als EUA, les xarxes ICCP s'utilitzen sovint per a la coordinació d'empreses de serveis públics, normalment serveis públics amb operacions de transmissió, com ara transmissió, distribució i centrals elèctriques en diferents regions, on els proveïdors de serveis de connexió d'aquestes diferents regions es poden utilitzar per coordinar l'entrada i sortida d'energia entre diferents regions. ICCP normalment utilitza el port 102/TCP.
1.5 Protocol Modbus
Modbus és el protocol de control més popular en tots els camps a causa de la seva senzillesa d'ús, la seva baixada gratuïta i el desplegament-lliure de drets d'autor.
Els dispositius intel·ligents com els PLC i els relés sovint utilitzen el protocol Modbus o les seves variants per comunicar-se amb dispositius senzills com les RTU remotes. A més del protocol estàndard Modbus, Modbus + és una de les variants més freqüents. Al lloc web de Modbus hi ha disponible una llista de membres de Modbus (empreses i desenvolupadors que pertanyen al grup de desenvolupadors de Modbus). Aquesta llista inclou una breu descripció dels membres individuals i dels productes fabricats per cada membre. També es proporciona una llista de proveïdors Modbus, una llista d'equips Modbus i una llista d'empreses que ofereixen serveis d'integració de sistemes Modbus.
Hi ha diverses variants de Modbus, Modbus RTU és un protocol obert codificat binari que permet la comunicació mitjançant una connexió en sèrie, Modbus ASCII és un protocol obert codificat ASCII que admet connexions en sèrie i Modbus/TCP és un estàndard obert que encapsula la càrrega útil de Modbus RTU en un paquet TCP i proporciona un codi de funció per al Modbus RTU. càrrega útil. Modbus/TCP és un estàndard obert que encapsula la càrrega útil de Modbus RTU en un paquet TCP amb algunes limitacions en els codis de funció. Modbus/UDP varia segons el proveïdor, però més habitualment Modbus/TCP es transmet a través d'UDP. Modbus + és una versió estesa d'alta-velocitat (1 Mbps) que utilitza tecnologia de pas de testimonis de transmissió per a mitjans de transmissió. control, però Modbus + és un protocol propietari de Modicon. Enron (o Daniels) Modbus és el protocol Modbus estàndard amb extensions de proveïdor que tracten els valors de 32 bits com un registre en lloc de dos. JBus és una versió del protocol Modbus amb variacions d'adreçament més petites.
Els mitjans de comunicació típics per a Modbus inclouen Ethernet i ports sèrie (és molt comú RS485 de dos-fills). Modbus normalment es comunica al port 502/TCP.
2 Indústria del petroli i del gas
No hi ha protocols patentats per a la indústria del petroli i del gas. La indústria utilitza una varietat de protocols com DNP3, IEC 60870-5 i Modbus. La secció 1 tracta aquests protocols amb més profunditat. També es poden trobar diversos protocols de bus de camp, com ara el protocol de bus de camp de la Fundació Feildbus, a moltes instal·lacions de petroli i gas.
Les comunicacions a la indústria del petroli i el gas sovint es transmeten sense fil per proporcionar dades de flux i pressió als PLC mitjançant RTU i sensors. Els PLC executen sistemes de seguretat i protecció i sistemes de control de pous. etc.
2.1 DNP3 i IEC 60870-5
Una discussió sobre DNP3 i IEC 60870-5 es proporciona a la secció de la indústria elèctrica de la secció 5.2. Una llista de companyies de petroli i gas que utilitzen DNP3 i IEC 60870-5 està disponible al lloc web de Triangle Microworks Inc., on també es pot trobar un llibre blanc sobre els protocols.
Els mitjans de comunicació típics inclouen connexions Ethernet i sèrie. DNP3 normalment utilitza els ports 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP i 19999/TCP, mentre que l'IEC 60870-5 normalment utilitza 2404/UDP i 2404/TCP.
2.2 Protocol Modbus
Modbus és un protocol de control popular en el sector del petroli i el gas, tal com es descriu a la descripció de Modbus a la secció 5.2. També el protocol Foundation Fieldbus és popular en l'àmbit petroquímic.
Els mitjans de comunicació típics inclouen ports Ethernet i sèrie (RS485 de dos-fils és molt comú). Modbus sol funcionar al port 502/TCP.
3 Indústria de tractament d'aigües
3.1 Protocol DNP3
Tal com es descriu a la descripció de DNP3 a la secció 5.2, aquest protocol també és popular al sector del tractament d'aigües. Els mitjans de comunicació típics inclouen connexions Ethernet i sèrie. DNP3 normalment utilitza els ports 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP i 19999/TCP.
3.2 Protocol Modbus
Com s'ha esmentat anteriorment a la descripció de Modbus a la secció sobre la indústria energètica, Modbus és el protocol de control més popular a la indústria del tractament d'aigua. Els mitjans de comunicació típics inclouen Ethernet i busos sèrie. Modbus s'executa normalment al port 502/TCP.
4 Àmbit d'automatització d'edificis
En l'àmbit de l'automatització d'edificis, LonWorks (també conegut com LonTalk o ANSI/CEA 709.1B) és el protocol de comunicació dominant, seguit de DyNet i una sèrie d'altres protocols de comunicació. Els mitjans de comunicació típics inclouen portador de línia elèctrica, parell trenat/Ethernet, fibra òptica i RF. Els ports de comunicació principals inclouen 2540/UDP, 2540/TCP, 2541/UDP i 2541/TCP.
4.1 LonWorks (LonTalk o ANSI/CEA 709.1-B)
L'empresa nord-americana Echelon ha desenvolupat una plataforma de xarxa basada en el protocol LonWorks, també anomenada plataforma LonWorks. La plataforma s'utilitza en moltes indústries, com ara la fabricació de semiconductors, sistemes de control d'il·luminació, sistemes de gestió d'energia, sistemes de climatització, sistemes de seguretat, domòtica, control d'electrodomèstics de consum, enllumenat/vigilància/control públic i control de gasolineres. un edifici. sistemes de climatització i ventilació (HVAC).
ISO i IEC han atorgat a LonWorks els números estàndard de compatibilitat de plataformes ISO/IEC 14908-1, -2, -3 i -4 (ANSI/CEA-852). LonWorks també forma part de IEEE 1473-L (xarxes de trens, xarxes de locomotores), així com altres àrees d'aplicació específiques. La Xina ha aprovat LonWorks com a estàndard de control nacional (GB/Z 20177.1-2006) i com a estàndard per a edificis i comunitats intel·ligents (GB/T 20299.4-2006). El Consell Europeu de Fabricants d'Equipments també ha adoptat LonWorks com a part del seu estàndard Control i monitorització d'electrodomèstics - Especificació d'interoperabilitat d'aplicacions.
4.2 DyNet
DyNet és un protocol propietari desenvolupat per Dynalite (ara propietat de Philips Electronics). Els dispositius DyNet inclouen els seus propis controladors programables i es comuniquen mitjançant un model punt-a-.
Els mitjans de comunicació típics per a DyNet inclouen bus sèrie RS-485, bus sèrie RS-232, Ethernet i infrarojos.
4.3 Altres protocols
Hi ha molts altres protocols utilitzats per als sistemes d'automatització d'edificis. Els més populars són INSTEON, X10, ZigBee, X-Wave i KNX/Konnex.
5 Camp de l'automatització de processos (fabricació).
El camp de l'automatització de processos està dominat pels protocols de bus de camp, inclosos PROFINET, el protocol de bus de camp Foundation Fieldbus i el protocol industrial comú CIP i els seus derivats. IEC 61158 i IEC 61784 contenen descripcions detallades de cadascun dels principals protocols de bus de camp i les seves variants.
5.1 Protocol DF1
DF1 és un protocol de comunicació sèrie definit a les parts D1 i F1 del protocol ANSI X3.28. El protocol va ser desenvolupat originalment per Allen-Bradley (ara propietat de Rockwell Automation) i s'utilitza habitualment com a mitjà per transmetre ordres de comunicació de controladors programables (PCCC) als PLC Allen-Bradley.
5.2 Protocol Foundation Fieldbus Fieldbus
El Fieldbus Protocol Fieldbus de Foundation és adequat per a aplicacions de control de modulació bàsiques i avançades, així com per a la majoria dels escenaris de control discret associats a aquestes funcions. El protocol Foundation Fieldbus Fieldbus té dues implementacions que funcionen a diferents velocitats i en diferents mitjans de transmissió: H1 és la implementació més comuna, que normalment connecta els dispositius de camp i funciona a 31,25 Kbps; HSE (Ethernet d'alta velocitat) connecta l'ordinador amfitrió, els subsistemes d'E/S, la passarel·la i els dispositius de camp, i funciona a una velocitat de 100 Mbps. protocol de bus de camp de base El bus de camp s'ha adoptat com a estàndard de bus de camp a IEC 61804.
5.3 Protocol de bus de camp de procés Profibus
Profibus va ser desenvolupat pel departament d'educació i investigació alemany BMBF. Està disponible en dues variants, de les quals la variant més comuna és el protocol perifèric descentralitzat (DP), que s'utilitza normalment per a la comunicació entre controladors centralitzats i sensors/actuadors, i l'altra variant és el protocol d'automatització de processos (PA), que s'utilitza per al sistema de control de processos PCS per supervisar i controlar dispositius de mesura. d'acord amb IEC 61158-2.PA Mateix protocol de comunicació bàsic que DP, però PA funciona a una velocitat de 31,25 Kpbs. Les xarxes DP i PA es poden connectar mitjançant un acoblador, amb DP utilitzat com a columna vertebral. Els protocols de bus de camp profibus s'inclouen als estàndards IEC 61158 i IEC 61784.
5.4 Protocol Profinet IO
El concepte PROFINET té dues perspectives: PROFINET CBA i PROFINET IO, ambdues poden comunicar-se en el mateix sistema de bus. Es poden operar individualment o en combinació, i el subsistema PROFINET IO es pot utilitzar com a sistema PROFINET CBA des d'una altra perspectiva. PROFINET IO es va desenvolupar per a la comunicació en temps real (RT) i isòcrona (IRT) amb dispositius perifèrics distribuïts, amb un temps de cicle de 10 mil·lisegons per a una comunicació en temps real{{4}ms o un temps de cicle de RT, Unitats IRT de comunicació isòcrona. PROFINET CBA és adequat per a la comunicació basada en components-via TCP/IP i per a la comunicació en temps real-en enginyeria de sistemes modulars. Els dos modes de comunicació de comunicació es poden utilitzar en paral·lel. el PROFINET CBA té un rang de temps de reacció de 100 ms.
El protocol de bus de camp PROFINET s'inclou als estàndards IEC 61158 i IEC 61784.
5.5 CC-Protocol d'enllaç
CC-Link és un protocol de bus de camp desenvolupat per Mitsubishi Electric al Japó i àmpliament adoptat per altres proveïdors japonesos. Actualment, el nombre total de dispositius que utilitzen CC-Link supera els 6 milions i cobreix més de 1.000 dispositius diferents. L'Ethernet industrial que utilitza el protocol CC-Link es pot integrar fàcilment amb les xarxes informàtiques convencionals.
Hi ha quatre formats d'enllaç CC-:
CC-Link CC-Link LT (versió lleugera per a dispositius amb requisits de comunicació baixos) CC-Link Safety (versió d'alta-fiabilitat, compatible amb IEC 61508 SIL3 i ISO 13849-1 Cat 4) CC-Link IE (Industrial Versió Ethernet) Els mitjans de comunicació CC-Link típics inclouen parells-torçats i fibra òptica. Els mitjans de comunicació CC-Link típics inclouen cables de parell trenat i fibra òptica, l'Associació de socis de CC-Link ofereix una llista de socis.
5.6 Protocol industrial comú (CIP)
El protocol industrial comú (CIP) intenta proporcionar una arquitectura de comunicacions unificades per a tota la indústria manufacturera. CIP és un protocol de capa d'aplicació unificada per a protocols com EtherNet/IP, DeviceNet, CompoNet i ControlNet. CIP conté un conjunt de missatges i serveis per recollir control, seguretat, sincronització, moviment, configuració i altra informació d'aplicacions d'automatització de la fabricació. El protocol està gestionat per l'Open DeviceNet Vendors Association (ODVA).
5.7 Protocol ControlNet
ControlNet és una implementació CIP desenvolupada per Allen-Bradley que ha incorporat-suport per a cables d'enllaç totalment redundants, i totes les comunicacions estan ben programades per a un alt grau de determinisme.
La capa física ControlNet és un cable coaxial RG-6 o fibra òptica mitjançant connectors BNC. controlNet utilitza la codificació de Manchester amb una velocitat de bus de 5 Mbps. la capa d'enllaç funciona en un cicle anomenat Temps d'actualització de la xarxa (NUT). cada NUT té dues fases, la primera fase es reserva per a transmissions de trànsit regular per garantir oportunitats de transmissió, i la segona fase s'utilitza per a transmissions de trànsit no programades sense cap garantia. qualsevol transmissió de trànsit no programada garantida. La mida màxima de trama per a ControlNet és de 510 bytes.
5.8 Protocol DeviceNet
DeviceNet és una altra implementació CIP desenvolupada per Allen-Bradley. DeviceNet es troba a la part superior de la capa física Controller Area Network (CAN) i utilitza la tecnologia ControlNet, que és menys costosa i més robusta que el protocol tradicional basat en RS-485.
Les velocitats en baudios de DeviceNet són de 125 Kbps, 250 Kbps i 500 Kbps, i la longitud de la columna vertebral és inversament proporcional a la velocitat del bus, és a dir, 500 metres, 250 metres i 125 metres, respectivament. La majoria de desplegaments utilitzen el mode mestre/esclau, però també es poden utilitzar transferències punt{9}}a-. Diversos mestres coexisteixen en una única xarxa lògica. DeviceNet ha estat dissenyat acuradament per funcionar de manera estable en entorns electromagnètics complexos.
5.9 Protocol EtherNet/IP
EtherNet/IP és una implementació del protocol CIP desenvolupat per Rockwell Automation. La capa d'aplicació del protocol és CIP. EtherNet/IP és un protocol de capa d'aplicació construït a la part superior de la pila TCP/IP estàndard, que tracta tots els dispositius de la xarxa com un conjunt unificat d'"objectes", utilitzant la infraestructura Ethernet existent a la part inferior (independentment de la velocitat). Tota la pila EtherNet/IP es pot implementar en programari en un processador-de propòsit general sense necessitat d'un ASIC o Field Programmable Gate Array (FPGA). EtherNet/IP utilitza 44818/TCP per a missatgeria explícita i 2222/UDP per a missatgeria implícita.
5.10 Protocol EtherCAT
EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) és un protocol Ethernet per a tecnologia d'automatització de control amb un Ethertype de 0x88A4, que fa que IP sigui encaminable mitjançant la inserció de dades de trama en paquets UDP. etherCAT no utilitza un model per-cicle-per-node. En lloc de processar un fotograma per node per cicle (temps d'actualització), l'EtherCAT utilitza un mode "sobre la marxa". En lloc de simplement rebre trames Ethernet dels dispositius, EtherCAT llegeix les dades enviades als dispositius a mesura que els travessa, les interpreta i copia com a dades de procés a cada node i, de manera similar, insereix les dades d'entrada a mesura que les travessen. dades a mesura que passa el datagrama. Molts nodes es poden adreçar amb una sola trama.
Les xarxes EtherCAT es poden integrar mitjançant passarel·les amb CANopen, DeviceNet, PROFIBUS i altres protocols. el Grup Tecnològic EtherCAT és una organització internacional d'usuaris i proveïdors; a l'agost de 2009, consta de més de 1.100 empreses de 47 països. etherCAT s'inclou com a protocol de bus de camp en IEC 61158 i IEC 61788, i en els protocols IEC 61158 i IEC 61789. EtherCAT com a protocol de bus de camp s'inclou als estàndards IEC 61158 i IEC 61784. etherCAT utilitza els ports 34980/UDP i 34980/TCP per a l'encaminament entre LAN Ethernet.
5.11 Protocol EGD (Ethernet Global Data)
El protocol Ethernet Global Data (EGD) és un mecanisme de comunicació que permet a una CPU compartir una part de la seva memòria interna amb una o més CPU a una velocitat de cicle programada regularment. Alguns PLC de GE Fanuc utilitzen el protocol EGD.
5.12 Protocol FINS
FINS és un protocol desenvolupat per Omron (una empresa de control japonesa) i utilitzat en els seus PLC més nous. Normalment s'executa en sistemes amb IP-habilitats mitjançant el port 9600/UDP.
5.13 Protocol d'enllaç d'amfitrió
Host Link és un protocol desenvolupat per Omron per a la seva sèrie de PLC més antiga, però, molts PLC Omron més nous encara poden comunicar-se mitjançant el protocol HostLink. És un protocol de bus RS-232 basat en codi ASCII.
5.14 Protocol SERCOS (Sistema de comunicació en -sèrie en temps real)
SERCOS té requisits estrictes en temps real-i és especialment adequat per al control de moviment en àrees com ara el tall i la conformació de metalls, el muntatge de màquines, l'embalatge, la robòtica, la impressió i la manipulació de materials. El protocol està gestionat per SERCOS International i la versió actual és SERCOS III. SERCOS es defineix detalladament a les normes IEC 61158 i IEC 61784.
5.15 SRTP (Protocol de transferència de sol·licitud de servei)
SRTP és un protocol per a la comunicació d'ordres i dades al PLC a través del PC. Els PLC de GE Fanuc l'utilitzen com a protocol de comunicació de la capa d'aplicació.
5.16 Protocol Sinec H1
Sinec H1 és un protocol de capa de transport desenvolupat per Siemens sobre el qual es poden executar diferents protocols de capa d'aplicació. Les característiques de gran ample de banda d'aquest protocol el fan ideal per a la transmissió de grans volums de dades.