het gebruik van Open Standard communications for Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) is goed ingeburgerd in een groeiend aantal nutsbedrijven en industriesectoren over de hele wereld. Dit heeft aanzienlijke voordelen opgeleverd voor de invoering en exploitatie van het systeem.Dnp3 is een van de meest succesvolle SCADA open standaarden die wereldwijd worden toegepast. Met name de watersector heeft op grote schaal DNP3 voor SCADA-communicatie goedgekeurd. Ook het gebruik van DNP3 in de Gas-en oliesector wint terrein.
Concept van DNP3
DNP3 is een vaak verkeerd begrepen term die u wellicht hebt gehoord wanneer u het hebt over SCADA-en telemetriesystemen.
we hebben hier enige informatie opgenomen om te proberen DNP3 te demystificeren voor degenen die niet zo technisch onderlegd zijn met telemetriesystemen. DNP staat voor Distributed Network Protocol.
Ten eerste gaan we de analogie gebruiken van twee mensen die communiceren om te helpen begrijpen waar DNP3 past.
wanneer we met elkaar communiceren, kunnen we gebruik maken van een grote verscheidenheid van verschillende communicatiemedia, zoals een walkie talkie of 2-weg radio, een vaste telefoonlijn, een mobiele telefoonlijn of misschien via het internet met behulp van skype of iets dergelijks. Hoewel het medium dat we gebruiken kan veranderen, zal het nodig zijn voor ons om te communiceren in dezelfde taal, dat wil zeggen Engels.Wanneer we het hebben over communiceren rond onze SCADA-en telemetriesystemen, kunnen we ook verschillende communicatiemethoden gebruiken, zoals Ethernetkabel, radio en openbare telefoonsystemen, net als wanneer twee mensen communiceren.
in dit geval moeten we echter ook dezelfde taal gebruiken en de taal die we gewoonlijk gebruiken is DNP3.
dus, als iemand verwijst naar DNP3 ze verwijzen naar de taal apparaten en SCADA machines praten en niet het communicatiemedium dat ze gebruiken, zoals radio.
dit is een veel voorkomende misvatting voor mensen die technisch niet duidelijk zijn op DNP3 en dus hopelijk verheldert die analogie dingen.
DNP3
Dnp3 (Distributed Network Protocol) is een groep protocollen. Het speelt een belangrijke rol in SCADA-systemen, waar het wordt gebruikt tussen systeemcomponenten. Het protocol werd specifiek ontwikkeld zodat RTUs met elkaar kon praten
DNP3 is gebaseerd op een objectmodel dat de bit mapping van data aanzienlijk vermindert die traditioneel vereist is door andere minder objectgeoriënteerde protocollen. Het vermindert ook de grote ongelijkheid van status monitoring en controle paradigma ‘ s over het algemeen gevonden in protocollen die vrijwel geen vooraf gedefinieerde objecten.
puristen van deze alternatieve protocollen zouden erop staan dat elk gewenst object kan worden ‘gebouwd’ van bestaande objecten.
het hebben van enkele vooraf gedefinieerde objecten maakt DNP3 echter een iets comfortabeler ontwerp-en implementatiekader voor SCADA-ingenieurs en technici.
Dnp3 (Distributed Network Protocol) is een reeks communicatieprotocollen die worden gebruikt tussen componenten in procesautomatiseringssystemen. Het wordt voornamelijk gebruikt in nutsbedrijven zoals elektrische en waterbedrijven. Gebruik in andere industrieën is niet gebruikelijk.
het werd ontwikkeld voor communicatie tussen verschillende soorten apparatuur voor gegevensverzameling en-controle. Het speelt een cruciale rol in SCADAsystems, waar het wordt gebruikt door Scada Master Stations (aka Control Centers), Remote Terminal Units (RTUs), en Intelligent Electronic Devices (IED ‘ s). Het wordt voornamelijk gebruikt voor communicatie tussen een masterstation en RTUs of IED ‘ s.
ICCP, het Inter-Control Center Communications Protocol (een onderdeel van IEC 60870-6), wordt gebruikt voor Inter-master station communicatie.
Wat is DNP3?
DNP3 is een communicatieprotocol dat wordt gebruikt in SCADA / “remote monitoring” – systemen. Het is erg populair geworden omdat het”open” is. Elke fabrikant kan DNP3-apparatuur ontwikkelen die compatibel is met andere dnp3-apparatuur.
DNP3 maakt gebruik van een Master/Remote Model.
DNP3 wordt meestal gebruikt tussen centrale meesters en noten die wijd verspreid zijn. De master (denk “Operating Center”) verbindt de mens (jij) met het monitoringsysteem. De remote(denk “substation”) biedt de interface tussen de master en het (de) eigenlijke apparaat (en) dat (die) wordt (worden) gemonitord of gecontroleerd.
de master en de remote gebruiken beide een bibliotheek met gemeenschappelijke objecten om gegevens uit te wisselen. Het dnp3-protocol kan betrouwbaar worden gebruikt via media die onderhevig kunnen zijn aan lawaaierige interferentie.
DNP3 is een open, intelligent, robuust en efficiënt modern SCADA-protocol. Het kan
- aanvraag en reageren met meerdere typen gegevens in afzonderlijke berichten,
- segment berichten in meerdere frames te zorgen voor een uitstekende fout-detectie en herstel,
- zijn alleen de gewijzigde gegevens in response berichten,
- toewijzen van prioriteiten data-items en verzoek gegevens periodiek op basis van hun prioriteit,
- reageren zonder verzoek (ongevraagde),
- ondersteuning van de tijd synchronisatie en een standaard tijd-notatie,
- kunnen meerdere masters en peer-to-peer activiteiten,
- en laat de gebruiker gedefinieerde objecten, waaronder bestand transfer.
hoe communiceren DNP3-elementen?
DNP3 gebruikt 27 basisfunctiecodes om gegevens uit te wisselen tussen Masters (denk aan “controlecentrum”) en afstandsbedieningen (denk aan “pompwerf”). Sommige van deze functiecodes stellen een Master in staat om statusinformatie aan te vragen en te ontvangen van een Remote. Andere functiecodes stellen een Master in staat om de Instellingen van een Remote te wijzigen.
andere functiecodes zijn gedefinieerd voor een Dnp3-Master om de afstandsbediening of versnelling naast de afstandsbediening te bedienen. Er wordt één functiecode verstrekt om de afstandsbediening in staat te stellen met een ongevraagd bericht te reageren op bepaalde gebeurtenissen die zich in zijn gebied voordoen.
zoals u kunt zien, de meeste van de berichten worden uitgegeven door de dnp3 manager. Omdat het ongevraagde bericht kan worden geïnitieerd door een Remote, wordt het meestal gebruikt om alarmen te melden.
dit informeert de Dnp3-Master zodra een alarmconditie optreedt, in plaats van te wachten op het volgende verzoek.
de Dnp3-objectbibliotheek begrijpen.
het dnp3 framework bevat een bibliotheek van objecten die in veel SCADA-systemen worden gebruikt. Deze bibliotheek is gratis voor leden van de DNP-gebruikersgroep. Bezoek www.dnp.org voor meer. Deze standaardobjecten bevatten binaire ingangen. Deze zullen dingen rapporteren die twee staten hebben; stroom is aan of uit, een toegangspaneel is open of gesloten.
een ander gemeenschappelijk object is een analoge ingang die wordt gebruikt om dingen te rapporteren die een bereik van waarden hebben. De snelheid van de uitlaatventilator kan variëren van 40 tot 400 RPM. Hoofdvermogen kan variëren van 110 tot 128 VAC.
deze bibliotheek maakt het gemakkelijk voor de fabrikant om de Dnp3 Remote responder te ontwerpen om deze gemeenschappelijke objecten te gebruiken om te rapporteren aan upstream Masters. Het maakt het ook makkelijker voor Masters om de verzamelde gegevens van afstandsbedieningen te integreren en deze voor u te presenteren.
zonder dit kader van gemeenschappelijke objecten moeten fabrikanten hun eigen model ontwikkelen voor het rapporteren van de status en het leveren van controlecapaciteit. Deze modellen, vaak heel verschillend, moeten dan worden ‘gecompileerd’ in de meesters en omgezet in een soort gemeenschappelijke objecten voor efficiënt beheer.
een ander hulpmiddel dat vaak wordt gevonden in deze meer’ open ‘ frameworks is een eigen interface of vertaalmodule voor toegang tot en controle op de afstandsbediening.
objecten in de dnp3-bibliotheek zijn onderverdeeld in groepen en variaties. Bijvoorbeeld, de analoge Invoergroep heeft zes variaties om 16 of 32 bits integer of floating point waarden te bieden met of zonder een status bitmap.
de analoge Gebeurtenisgroep heeft acht variaties om 16-of 32-bits integer-of floating-point-waarden te leveren met een statusbitmap en met of zonder tijdstempel.
merk op dat de analoge Gebeurtenisgroep geen variaties zonder statusbitmap bevat.
Dnp3-gelaagde communicatie begrijpen
DNP3 gebruikt het gelaagde communicatiemodel:
- de applicatielaag combineert verschillende onderdelen. Ther is een application service data unit (ASDU). Dan is er het verpakte object. Een APCI-blok (application protocol control info) wordt toegevoegd om een APDU (application protocol data unit) te maken.
- de transportlaag breekt de APDU in segmenten met een maximale grootte van 16 bytes en combineert ze met een 8-bit transport control header en 16-bit segment CRC scheidingstekens in een transportFrame.
- de linklaag voegt een header toe aan de controle-en adresinformatie. Het pakket is nu klaar voor levering.
deze lagen kunnen worden toegewezen aan het vierlagenmodel dat is ontwikkeld door het Ministerie van Defensie (u herinnert zich misschien de oorsprong van DoD van het Internet), waarbij de DoD Internetlaag is weggelaten.
als het pakket via een LAN/WAN wordt verzonden, worden de drie DNP3-lagen opgerold in de applicatielaag.
het samengestelde pakket wordt verpakt in het Transport Control Protocol (TCP) door de transport layer, die op zijn beurt wordt verpakt in het Internet Protocol (IP) door de (enigszins voor de hand liggende) internet layer.
het User Datagram Protocol (UDP) kan ook worden gebruikt, maar geeft een aantal extra problemen met betrekking tot betrouwbare levering in overbelaste netwerken.
de vierde laag is de Netwerkinterfacelaag waar het geassembleerde pakket daadwerkelijk is gekoppeld aan een soort transportmedium (bijvoorbeeld twisted pair copper, RG58 co-axial of fiber).
hoewel dit meerlagige model een beetje verwarrend kan lijken, isoleert het effectief de taken van communicatie en helpt het uiteindelijk bij het ontwerpen en implementeren van een netwerk.
de lagen doorkruisen
om dit gelaagde model te laten zien, laten we eens kijken naar een enkele DNP3 Read request via een LAN. De Dnp3 Master wil de status van de macht van de afstandsbediening weten en bereidt een Leesaanvraag bericht voor dat object.
na alle drie dnp3-lagen te hebben doorlopen, wordt het bericht doorgegeven aan de TCP/UDP-transportlaag. De transportlaag voegt een gegevensblok toe dat de Hoofdpoort identificeert en de poort waar het verwacht dat het Dnp3-proces op afstand naar berichten luistert. Het pakket wordt dan doorgegeven aan de IP-laag.
hier wordt een gegevensblok toegevoegd dat de IP-en Mediatoegangadressen van de Master en de Remote bevat. Vervolgens wordt het volledige pakket doorgegeven aan de laag netwerkinterface.
de laag netwerkinterface controleert mediatoegang en beschikbaarheid. Het plaatst vervolgens het pakket op de media voor transmissie.
na het werken over bruggen en via routers (zoiets als “over the river and through the woods”) gebaseerd op de IP info, komt het pakket bij de Remote.
hier gaat het door dezelfde vier lagen in de tegenovergestelde volgorde als bij de Master. Eerst wordt het van de media getrokken door de laag netwerkinterface. Nadat is gecontroleerd of het pakket intact en geldig is, geeft de netwerkinterfacelaag het door aan de IP-laag.
de IP-laag controleert de Mediatoegang en het IP-adres en geeft het door aan de TCP/UDP-laag waar de doelpoort wordt gecontroleerd op verbonden toepassingen. Als een app luistert op de doelpoort, wordt het pakket doorgegeven aan de toepassingslaag. Als de luister-app het Dnp3-proces op afstand is, wordt het Leesverzoek doorgegeven.
het beweegt door de drie lagen om het verzoek te controleren en te zien welke informatie moet worden verzameld. De Remote response volgt dan hetzelfde pad in omgekeerde richting om de Master te bereiken.
een dnp3 bericht gaat door de protocollagen op zowel de manager als de agent. Elke laag richt zich op een specifieke communicatietaak.
steun voor het oplossen van problemen
het kennen van dit gelaagde model van DNP3 maakt het gemakkelijker om netwerkproblemen te vinden en op te lossen. Wanneer er een probleem is, kun je het eenvoudig traceren, naar het ene uiteinde, naar en naar het andere. LAN / WAN-link en statuslampjes tonen u naar de laag netwerkinterface. ICMP echo requests and responses (Pings) geven enige informatie over de goede werking van de IP-laag.
dnp3-verwerkingsindicatoren kunnen worden gebruikt om de passage van het dnp3-pakket door de TCP/UDP-laag en de werking van de applicatielaag te controleren.
elke stap kan onafhankelijk worden geverifieerd totdat alle stappen correct werken voor end-to-end communicatie.
voordelen van DNP3
DNP3 biedt Multiplexing, Datafragmentatie en meer.
DNP3 is een layer 2-protocol. Dit betekent dat het voorziet in:
- multiplexen.
- gegevensfragmentatie.
- Foutcontrole.
- linkbesturing.
- prioriteitssortering.
het biedt ook Layer 2 adresseringsdiensten voor gebruikersgegevens.Met DNP3 kunnen de verschillende apparaten in procesautomatiseringssystemen praten. Het dnp3-protocol wordt veel gebruikt voor elektrische, gas-en watertelemetrie door nutsbedrijven. Het is ook mogelijk voor DNP3 om op andere gebieden worden gebruikt, hoewel het niet zo gemeenschappelijk is.
SCADA Communications maakt gebruik van het DNP3-Protocol.
SCADA-systemen gebruiken het dnp3-protocol voor gebruik tussen systeemcomponenten. Het dnp3-protocol voorziet in communicatie tussen de SCADA system master, RTUs en Intelligent Electronic Devices (IED ‘ s).
DNP3 is ontwikkeld om te voldoen aan de behoefte aan een standaardprotocol waarmee SCADA-systeemcomponenten die door verschillende leveranciers zijn ontwikkeld, kunnen praten. Gebruikend IEC 60870-5 als basis, werd DNP3 gecreeerd als een open protocol voor gebruik in deze gevallen.
dit protocol was beschikbaar voor direct gebruik binnen SCADA-netwerken en voldeed aan de specificaties van Noord-Amerikaanse organisaties.
DNP3 biedt Communicatiebetrouwbaarheid voor nutsbedrijven.
DNP3 zorgt voor de betrouwbaarheid van communicatie binnen de ruwe omgevingen van nutsbedrijven. Het protocol is in staat om te voorkomen dat vervormd door EMI, legacysystem componenten, en slechte transmissie als gevolg van dnp3 communicatie formaat.
hoewel het protocol foutcontrole heeft, is DNP3 niet beveiligd. Dit is een belangrijke overweging bij SCADA planning.
Waarom is het zo populair ?
er zijn een paar redenen waarom DNP3 zo krachtig is en veel gebruikt wordt in telemetriesystemen:-
- het is een standaard en open. Dit betekent dat de” taal ” is direct beschikbaar en alle dnp3-apparaten communiceren met behulp van dezelfde taal. Vroege RTU ‘ s gecommuniceerd met behulp van propriëtaire protocollen, wat betekende dat de taal waarin ze gecommuniceerd was alleen bekend met andere producten die door dezelfde leverancier. Vandaag, veel apparaten zijn meertalig in die zin dat ze zullen communiceren met behulp van hun eigen protocol, maar ook communicatie met behulp van het dnp3-protocol, dit is gedaan door veel leveranciers om een geleidelijke upgrade van hun netwerk naar DNP3 in de tijd toe te staan.
- het is een routeringsprotocol. Dit is een bijzonder belangrijk en belangrijk kenmerk van het dnp3-protocol, omdat het via verschillende communicatienetwerken kan communiceren om de bestemming van het bericht te bereiken. Bijvoorbeeld, de SCADA machine kan worden aangesloten op een Ethernet-verbinding, maar de RTU kan op een radio-verbinding, DNP3 kan worden doorgeleid van de Ethernet-verbinding naar de Radio-verbinding via een tussenliggende RTU. Dit klinkt ingewikkeld, maar in eenvoudige termen zou het zijn alsof je praat over een telefoonverbinding met je vriend, en ze doorgeven van de boodschap aan iemand op een nabijgelegen walkie talkie. De kracht van DNP3 is dat dit heel gemakkelijk kan worden gedaan in de meeste moderne RTU ‘ s zonder de noodzaak voor complexe I/O mapping.
- het maakt goed gebruik van het communicatiekanaal. DNP3 is ontworpen om te kunnen werken op zowel high speed Ethernet-netwerken en slow speed radionetwerken en is zeer goed in “alleen communiceren wanneer dat nodig is”. Bijvoorbeeld, wanneer een pomp aan of uit schakelt zal DNP3 een bericht sturen door de SCADA op de hoogte te stellen van die ene wijziging. Vaste polling protocollen, zoals MODBUS zijn niet in staat om dit te bereiken als ze moeten voortdurend alle gegevens bij te werken door polling. Terug naar onze menselijke analogie, dit zou zijn alsof je voortdurend aan je vriend vraagt om je te vertellen wat het stoplicht laat zien.in een voorbeeld van het stemprotocol zou de vriend constant Groen, Groen, Groen, Groen zeggen dan Rood, Rood, Rood elke seconde of zo. Met DNP3, de vriend zou je alleen vertellen wanneer het licht verandert waardoor het verbruiken van veel minder bandbreedte.
- veel vrienden tegelijk. Wat dit punt nummer 3 hierboven betekent, is dat je gesprekken kunt voeren met veel vrienden in een keer en dit is inderdaad de kracht van DNP3, waardoor veel pompstations, onderstations of gasputten te communiceren op hetzelfde netwerk.