az Open Standard communications for Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) használata világszerte egyre több közüzemi és ipari ágazatban megalapozott. Ez jelentős előnyökkel járt a rendszer kiépítésében és üzemeltetésében.
a DNP3 az egyik legsikeresebb SCADA nyílt szabvány, amelyet világszerte elfogadtak. Különösen a vízügyi ágazat széles körben elfogadta a DNP3-t a SCADA kommunikációhoz. A DNP3 használata a gáz-és Olajágazatban is egyre nagyobb teret nyer.
a DNP3 fogalma
a DNP3 egy gyakran félreértett kifejezés, amelyet hallhatott, amikor SCADA-ról és telemetriai rendszerekről beszélt.
van benne néhány információt itt, hogy megpróbálja demisztifikálni DNP3 azok számára, akik nem olyan technikailag hozzáértés telemetriai rendszerek. A DNP az elosztott hálózati protokoll rövidítése.
először két ember kommunikációjának analógiáját fogjuk használni annak érdekében, hogy megértsük, hol illeszkedik a DNP3.
amikor egymás között kommunikálunk, különféle kommunikációs médiumokat használhatunk, például walkie-talkie-t vagy 2 utas rádiót, vezetékes telefonvonalat, mobiltelefon-vonalat vagy esetleg az Interneten keresztül skype-ot vagy hasonlót használva. Míg az általunk használt közeg megváltozhat, szükség lesz arra, hogy ugyanazon a nyelven, azaz angolul kommunikáljunk.
amikor a SCADA és a telemetriai rendszereink közötti kommunikációról beszélünk, különböző kommunikációs módszereket is használhatunk, mint például Ethernet kábel, rádió és nyilvános telefonrendszerek, csakúgy, mint amikor két ember kommunikál.
ebben az esetben azonban ugyanazt a nyelvet kell használnunk, és a leggyakrabban használt nyelv a DNP3.
tehát, amikor valaki a DNP3-ra hivatkozik, akkor a nyelvi eszközökre és a SCADA gépekre utal, nem pedig az általuk használt kommunikációs médiumra, mint a rádió.
ez egy általános tévhit az emberek számára, akik technikailag nem egyértelműek a DNP3-on, így remélhetőleg ez az analógia tisztázza a dolgokat.
DNP3
a DNP3 (Distributed Network Protocol) protokollok egy csoportja. Fontos szerepet játszik a SCADA rendszerekben, ahol a rendszer összetevői között használják. A protokollt kifejezetten úgy fejlesztették ki, hogy az RTU-k beszélhessenek egymással
a DNP3 egy olyan objektummodellen alapul, amely nagymértékben csökkenti az adatok bitleképezését, amelyet hagyományosan más kevésbé objektumorientált protokollok igényelnek. Csökkenti továbbá a status monitoring és kontroll paradigmák széles körű eltéréseit, amelyek általában olyan protokollokban találhatók, amelyek gyakorlatilag nem tartalmaznak előre meghatározott objektumokat.
ezeknek az alternatív protokolloknak a Puristái ragaszkodnak ahhoz, hogy bármely szükséges objektum létező objektumokból ‘felépíthető’.
néhány előre definiált objektum miatt a DNP3 egy kissé kényelmesebb tervezési és telepítési keretrendszer a SCADA mérnökei és technikusai számára.
a DNP3 (Distributed Network Protocol) a folyamatautomatizálási rendszerek komponensei közötti kommunikációs protokollok összessége. Fő felhasználása olyan közművekben van, mint az elektromos és vízipari vállalatok. Más iparágakban a használat nem gyakori.
különböző típusú adatgyűjtő és vezérlő berendezések közötti kommunikációra fejlesztették ki. Döntő szerepet játszik a SCADAsystems – ben, ahol SCADA Főállomások (más néven Vezérlőközpontok), távoli Terminálegységek (RTU-k) és intelligens elektronikus eszközök (IED-k) használják. Elsősorban a fő állomás és az RTU-k vagy IED-k közötti kommunikációra használják.
az ICCP-t, az Inter-Control Center kommunikációs protokollt (az IEC 60870-6 része) használják a master állomások közötti kommunikációhoz.
mi a DNP3?
a DNP3 a SCADA / “távfelügyeleti” rendszerekben használt kommunikációs protokoll. Nagyon népszerűvé vált, mert “nyitott”. Bármely gyártó fejleszthet DNP3 berendezést, amely kompatibilis más DNP3 berendezésekkel.
a DNP3 Master/Remote modellt használ.
a DNP3-at általában a központi mesterek és a széles körben elterjedt jegyzetek között használják. A mester (úgy gondolja, hogy “Operációs Központ”) összekapcsolja az embert (te) és a megfigyelő rendszert. A távvezérlő(gondoljunk csak az “alállomásra”) biztosítja az interfészt a mester és a felügyelt vagy vezérelt tényleges eszköz (ek) között.
mind a master, mind a remote közös objektumok könyvtárát használja az adatok cseréjéhez. A DNP3 protokoll megbízhatóan használható olyan adathordozókon, amelyek zajos interferenciának lehetnek kitéve.
a DNP3 egy nyílt, intelligens, robusztus és hatékony modern SCADA protokoll. Ez lehet
- kérés és válasz több adattípusok egyetlen üzenet,
- szegmens üzeneteket több képkocka, hogy biztosítsa a kiváló hiba észlelése és helyreállítása,
- közé csak megváltozott adatok válaszüzenetek,
- hozzárendelése prioritások adatelemek és kérjen adatelemek rendszeresen alapján prioritást,
- válasz kérés nélkül (kéretlen),
- támogatja az időszinkronizálást és a szabványos időformátumot,
- lehetővé teszi a több mester és peer-to-peer műveletet,
- és lehetővé teszi a felhasználó által meghatározható objektumokat, beleértve a fájlt áthelyezés.
hogyan kommunikálnak a DNP3 elemek?
a DNP3 27 alapvető funkciókódot használ a mesterek (gondoljunk a “Vezérlőközpontra”) és a Távirányítók (gondoljunk a “szivattyútelepre”) közötti adatcserére. Néhány ilyen funkciókód lehetővé teszi a mester számára, hogy állapotinformációkat kérjen és fogadjon egy távirányítóról. Más funkciókódok lehetővé teszik a mester számára, hogy megváltoztassa a távvezérlő beállításait.
Egyéb funkciókódok vannak meghatározva a DNP3 mester számára a távvezérlő vagy a távvezérlő melletti fogaskerék vezérléséhez. Egy funkciókód van megadva, amely lehetővé teszi a távvezérlő számára, hogy kéretlen üzenettel válaszoljon a területén előforduló bizonyos eseményekre.
mint látható, a legtöbb üzenetet a DNP3 menedzser adja ki. Mivel a kéretlen üzenetet távvezérlő kezdeményezheti, általában riasztások bejelentésére használják.
ez értesíti a DNP3 mestert, amint riasztási állapot lép fel, ahelyett, hogy megvárná a következő kérést.
a DNP3 objektumkönyvtár megértése.
a DNP3 keretrendszer számos SCADA rendszerben használt objektumkönyvtárat tartalmaz. Ez a könyvtár ingyenes a DNP felhasználók csoportjának tagjai számára. Látogatás www.dnp.org többet. Ezek a standard objektumok bináris bemeneteket tartalmaznak. Ezek két állapotú dolgokat jelentenek; a tápellátás be van kapcsolva vagy ki van kapcsolva, a hozzáférési panel nyitva vagy zárva van.
egy másik gyakori objektum egy analóg bemenet, amelyet értéktartományú dolgok jelentésére használnak. A kipufogóventilátor sebessége bárhol lehet 40-400 fordulat / perc. Fő teljesítmény változhat 110-128 VAC.
ez a könyvtár megkönnyíti a gyártó számára, hogy megtervezze a DNP3 távoli válaszadót, hogy ezeket a közös objektumokat használja az upstream mestereknek történő jelentéshez. Ezenkívül megkönnyíti a mesterek számára a Távirányítókról gyűjtött adatok integrálását és bemutatását az Ön számára.
a közös objektumok keretrendszere nélkül a gyártóknak saját modellt kell kidolgozniuk az állapot jelentésére és az ellenőrzési képesség biztosítására. Ezeket a gyakran nagyon eltérő modelleket aztán’ össze kell állítani ‘ a mesterekké, és át kell alakítani valamiféle közös objektumokká a hatékony irányítás érdekében.
egy másik eszköz, amely gyakran megtalálható ezekben a nyíltabb keretrendszerekben, egy saját interfész vagy fordítási modul A távvezérlő eléréséhez és vezérléséhez.
a DNP3 könyvtár objektumai csoportokra és variációkra vannak osztva. Például az analóg bemeneti csoportnak hat változata van, amelyek 16 vagy 32 bites egész vagy lebegőpontos értékeket biztosítanak állapotbitképpel vagy anélkül.
az analóg Eseménycsoport nyolc variációval rendelkezik, amelyek 16 vagy 32 bites egész vagy lebegőpontos értékeket biztosítanak állapotbittérképpel, időbélyeggel vagy anélkül.
vegye figyelembe, hogy az analóg Eseménycsoport nem tartalmaz állapotbitkép nélküli variációkat.
megértése DNP3 réteges kommunikáció
DNP3 használja a réteges kommunikációs modell:
- az alkalmazási réteg több részből áll. Ez egy application service data unit (asdu). Aztán ott van a csomagolt tárgy. Egy alkalmazásprotokoll – vezérlő információ (APCI) blokk kerül hozzáadásra egy alkalmazásprotokoll-adategység (APDU) létrehozásához.
- a szállítási réteg az APDU-t legfeljebb 16 bájt méretű szegmensekre bontja, és egy 8 bites szállítási vezérlő fejléccel és 16 bites szegmens CRC elválasztókkal egyesíti egy transportFrame-be.
- a linkréteg fejlécet ad a vezérlőhöz és a címadatokhoz. A csomag készen áll a szállításra.
ezek a rétegek leképezhetők a Védelmi Minisztérium által kifejlesztett négyrétegű modellre (emlékeztethet az Internet DoD eredetére), a DoD internetes réteg elhagyásával.
ha a csomagot LAN/WAN-on keresztül küldi el, akkor a három DNP3 réteg felkerül az alkalmazási rétegbe.
az összeszerelt csomagot a szállítási réteg csomagolja a Transzportvezérlő protokollba (TCP), amelyet viszont az (kissé nyilvánvaló) internetes réteg csomagol az Internet protokollba (IP).
a felhasználói Datagram protokoll (UDP) is használható, de további problémákat vet fel a túlterhelt hálózatok megbízható kézbesítésével kapcsolatban.
a negyedik réteg a hálózati interfész réteg, ahol az összeszerelt csomag ténylegesen valamilyen szállítóeszközhöz kapcsolódik (például sodrott érpárú réz, RG58 koaxiális vagy szál).
bár ez a többrétegű modell kissé zavarosnak tűnhet, hatékonyan elkülöníti a kommunikációs feladatokat, és végső soron segíti a hálózat tervezését és megvalósítását.
a rétegek áthaladása
ennek a réteges modellnek a megjelenítéséhez nézzünk meg egyetlen DNP3 olvasási kérést LAN-on keresztül. A DNP3 mester tudni akarja a távvezérlő áramellátásának állapotát, és előkészíti az olvasási kérés üzenetet az objektumhoz.
miután áthaladt mindhárom DNP3 rétegen, az üzenet továbbításra kerül a TCP/UDP szállítási réteghez. A szállítási réteg hozzáad egy adatblokkot, amely azonosítja a fő portot és azt a portot, ahol elvárja, hogy a távoli DNP3 folyamat üzeneteket hallgasson. A csomag ezután átkerül az IP rétegbe.
itt egy adatblokk található, amely a mester és a távvezérlő IP-és média hozzáférési címét tartalmazza. Ezután a teljes csomagot átadják a hálózati interfész rétegnek.
a hálózati interfész réteg ellenőrzi a Média elérését és elérhetőségét. Ezután a csomagot az adathordozóra helyezi továbbítás céljából.
miután hidakon és routereken keresztül dolgozott (például “a folyón és az erdőn keresztül”) az IP információ alapján, a csomag megérkezik a távirányítóhoz.
itt ugyanazon a négy rétegen halad át az ellenkező sorrendben, mint a mesternél. Először a hálózati interfész réteg húzza le a médiát. Miután ellenőrizte, hogy a csomag sértetlen és érvényes-e, a hálózati interfész réteg átadja azt az IP rétegnek.
az IP-réteg ellenőrzi a Médiahozzáférést és az IP-címet, és továbbítja azt a TCP/UDP-rétegnek, ahol a célportot ellenőrzik a csatlakoztatott alkalmazások szempontjából. Ha egy alkalmazás a célporton hallgat, a csomag átkerül az Alkalmazásrétegbe. Ha a hallgatási alkalmazás a távoli DNP3 folyamat, akkor az olvasási kérés átadásra kerül.
a három rétegen keresztül ellenőrzi a kérést, és megnézi, hogy milyen információkat kell gyűjteni. A távoli válasz ezután ugyanazt az utat követi fordítva, hogy elérje a mestert.
a DNP3 üzenet áthalad a protokollrétegeken mind a kezelőnél, mind az ügynöknél. Minden réteg egy adott kommunikációs feladattal foglalkozik.
Segítség a hibaelhárításhoz
a DNP3 réteges modelljének ismerete megkönnyíti a hálózati problémák megtalálását és megoldását. Ha probléma merül fel, egyszerűen nyomon követheti azt, az egyik végén, a másikban és a másikban. A LAN / WAN kapcsolat és az állapotjelző lámpák megmutatják a hálózati interfész réteget. Az ICMP echo requests and responses (pingek) néhány információt nyújtanak az IP réteg megfelelő működéséről.
a DNP3 feldolgozási indikátorok segítségével ellenőrizhető a DNP3 csomag TCP/UDP rétegen keresztüli áthaladása és az alkalmazási réteg működése.
minden lépés függetlenül ellenőrizhető, amíg az összes lépés megfelelően működik a végpontok közötti kommunikációhoz.
a DNP3 előnyei
a DNP3 Multiplexelést, Adatfragmentációt és egyebeket biztosít.
a DNP3 egy 2.rétegű protokoll. Ez azt jelenti, hogy előírja:
- multiplexelés.
- adatok töredezettsége.
- Hibaellenőrzés.
- link vezérlés.
- elsőbbségi válogatás.
2.rétegű címzési szolgáltatásokat is nyújt a felhasználói adatokhoz.
a DNP3 lehetővé teszi a folyamatautomatizálási rendszerek különböző eszközeinek beszélgetését. A DNP3 protokollt széles körben használják az elektromos, gáz és víz telemetria területén a közüzemi vállalatok. Az is lehetséges, hogy a DNP3 más területeken is felhasználható, bár ez nem olyan gyakori.
a SCADA Communications DNP3 protokollt használ.
a SCADA rendszerek a DNP3 protokollt használják a rendszerkomponensek közötti használatra. A DNP3 protokoll biztosítja a kommunikációt a SCADA system master, RTU-k és az intelligens elektronikus eszközök (IED) között.
a DNP3-at úgy fejlesztették ki, hogy megfeleljen egy szabványos protokoll szükségességének, amely lehetővé tenné a különböző gyártók által kifejlesztett SCADA rendszerkomponensek beszélgetését. Az IEC 60870-5 alapként történő felhasználásával a DNP3 nyílt protokollként jött létre ezekben az esetekben.
ez a protokoll azonnali használatra volt elérhető a SCADA hálózatokon belül, és az észak-amerikai szervezetek specifikációinak megfelelően szolgált.
a DNP3 biztosítja a közművek kommunikációs megbízhatóságát.
a DNP3 biztosítja a kommunikáció megbízhatóságát a közművek zord környezetében. A protokoll képes elkerülni az EMI, a legacysystem komponensek torzulását, valamint a DNP3 kommunikációs formátuma miatt gyenge adatátvitelt.
bár a protokoll hibaellenőrzéssel rendelkezik, a DNP3 nem biztonságos. Ez fontos szempont a SCADA tervezése során.
miért olyan népszerű ?
van néhány oka annak, hogy a DNP3 olyan erős, és gyakran használják a telemetriai rendszerekben:-
- ez egy standard és nyitott. Ez azt jelenti, hogy a” nyelv ” könnyen elérhető, és minden DNP3 eszköz ugyanazon a nyelven kommunikál. A korai RTU saját protokollokkal kommunikált, ami azt jelentette, hogy az általuk kommunikált nyelv csak az ugyanazon gyártó által gyártott más termékek számára volt ismert. Ma, sok eszköz többnyelvű, mivel a saját protokolljuk segítségével kommunikálnak, de lehetővé teszik a kommunikációt a DNP3 protokoll használatával is, ezt sok gyártó megtette annak érdekében, hogy idővel fokozatosan frissítsék hálózatukat DNP3-ra.
- ez egy útválasztási protokoll. Ez különösen fontos és kulcsfontosságú jellemzője a DNP3 protokollnak, mivel különböző kommunikációs hálózatokon keresztül képes kommunikálni az üzenet céljának elérése érdekében. Például a SCADA gép csatlakoztatható Ethernet csatlakozáshoz, de az RTU rádiócsatlakozáson is lehet, A DNP3 képes az Ethernet csatlakozásról a Rádiókapcsolatra egy közbenső RTU-n keresztül vezetni. Ez bonyolultnak hangzik, de egyszerűen olyan lenne, mintha telefonon beszélne a barátjával, ők pedig továbbítanák az üzenetet valakinek egy közeli walkie-talkie-n. A DNP3 ereje az, hogy ez nagyon könnyen elvégezhető a legtöbb modern RTU-ban anélkül, hogy komplex I/O leképezésre lenne szükség.
- jól kihasználja a kommunikációs csatornát. A DNP3-at úgy tervezték, hogy képes legyen működni mind a nagy sebességű Ethernet hálózatokon, mind a lassú sebességű rádióhálózatokon, és nagyon jó “csak szükség esetén kommunikálni”. Például, amikor egy szivattyú be-vagy kikapcsolja a DNP3 üzenetet küld a SCADA értesítésével az adott változásról. A rögzített lekérdezési protokollok, mint például a MODBUS, nem tudják ezt elérni, mivel folyamatosan frissíteniük kell az összes adatot lekérdezéssel. Visszatérve az emberi analógiánkhoz, ez olyan lenne, mintha folyamatosan kérnéd a barátodat, hogy mondja el, mit mutat a közlekedési lámpa, egy közvélemény-kutatási protokoll példájában a barát folyamatosan zöldet mondana, zöld, zöld, zöld, majd piros, piros, piros másodpercenként. A DNP3-mal a barát csak akkor mondja meg, ha a fény megváltozik, mert sokkal kevesebb sávszélességet használ fel.
- sok barát egyszerre. A fenti 3. pont azt jelenti, hogy egyszerre sok baráttal beszélgethet, és ez valóban a DNP3 ereje, lehetővé téve számos szivattyúállomás, alállomás vagy gázkút kommunikációját ugyanazon a hálózaton.