utilizarea comunicațiilor standard deschise pentru controlul supravegherii și achiziția de date (SCADA) este bine stabilită într-un număr tot mai mare de sectoare de utilități și Industrie din întreaga lume. Acest lucru a oferit beneficii semnificative în implementarea și funcționarea sistemului.
DNP3 este unul dintre cele mai de succes standarde deschise SCADA adoptate pe tot globul. În special sectorul apei au adoptat DNP3 pentru comunicații SCADA pe scară largă. Utilizarea DNP3 în sectoarele gazelor și petrolului a câștigat, de asemenea, teren.
conceptul de DNP3
DNP3 este un termen frecvent înțeles greșit pe care este posibil să fi auzit la care se face referire atunci când vorbim despre sistemele SCADA și telemetrie.
am inclus câteva informații aici pentru a încerca să demistificăm DNP3 pentru cei care nu sunt la fel de pricepuți din punct de vedere tehnic cu sistemele de telemetrie. DNP înseamnă protocol de rețea distribuit.
în primul rând, vom folosi analogia a doi oameni care comunică pentru a înțelege unde se potrivește DNP3.
când comunicăm între noi, putem folosi o mare varietate de medii de comunicații diferite, cum ar fi un walkie talkie sau un radio cu 2 căi, o linie telefonică fixă, o linie telefonică mobilă sau poate prin Internet folosind skype sau altele similare. În timp ce mediul pe care îl folosim se poate schimba, va fi necesar să comunicăm folosind aceeași limbă, adică engleza.
când vorbim despre comunicarea în jurul sistemelor noastre SCADA și telemetrie, putem folosi, de asemenea, diferite metode de comunicații, cum ar fi cablu Ethernet, radio și sisteme de telefonie publică, la fel ca atunci când doi oameni comunică.
în acest caz, deși trebuie să folosim aceeași limbă și limba pe care o folosim în mod obișnuit este DNP3.
Deci, când cineva se referă la DNP3 se referă la dispozitivele de limbă și mașinile SCADA vorbesc și nu la mediul de comunicații pe care îl folosesc, cum ar fi radioul.
aceasta este o concepție greșită comună pentru oameni nu punct de vedere tehnic clar pe DNP3 și așa sperăm că analogie clarifică lucrurile.
DNP3
DNP3 (protocol de rețea distribuită) este un grup de protocoale. Acesta joacă un rol important în sistemele SCADA, unde este utilizat între componentele sistemului. Protocolul a fost dezvoltat special pentru ca RTU-urile să poată vorbi între ele
DNP3 se bazează pe un model de obiect care reduce foarte mult maparea de biți a datelor care este în mod tradițional cerută de alte protocoale mai puțin orientate pe obiecte. De asemenea, reduce disparitatea largă a paradigmelor de monitorizare și control al stării găsite în general în protocoalele care nu oferă practic obiecte predefinite.
puriștii acestor protocoale alternative ar insista că orice obiect necesar poate fi ‘construit’ din obiecte existente.
având unele obiecte predefinite, deși, face DNP3 un design ceva mai confortabil și cadru de implementare pentru ingineri și tehnicieni SCADA.
DNP3 (protocol de rețea distribuită) este un set de protocoale de comunicații utilizate între componente în sistemele de automatizare a proceselor. Utilizarea sa principală este în utilități precum companiile electrice și de apă. Utilizarea în alte industrii nu este obișnuită.
a fost dezvoltat pentru comunicații între diferite tipuri de echipamente de achiziție și control de date. Acesta joacă un rol crucial în SCADAsystems, unde este utilizat de stațiile Master SCADA (aka centre de Control), unități terminale la distanță (RTU) și dispozitive electronice inteligente (ied). Este utilizat în principal pentru comunicațiile între o stație principală și RTU sau IEDs.
ICCP, Protocolul de comunicații Inter-Control Center (o parte din IEC 60870-6), este utilizat pentru comunicațiile între stații.
ce este DNP3?
DNP3 este un protocol de comunicații utilizat în sistemele SCADA / „monitorizare la distanță”. A devenit foarte popular pentru că este „deschis”. Orice producător poate dezvolta echipamente DNP3 compatibile cu alte echipamente DNP3.
DNP3 utilizează un Model Master/Remote.
DNP3 este utilizat în mod obișnuit între maeștrii centrali șiremote care sunt răspândite pe scară largă. Maestrul (gândiți-vă „Centrul de Operare”) leagă omul (dvs.) și sistemul de monitorizare. Telecomanda(gândiți-vă „Sub station”) oferă interfața dintre master și dispozitivul (dispozitivele) real (e) monitorizate sau controlate.
master și remote ambele folosesc o bibliotecă de obiecte comune pentru a face schimb de date. Protocolul DNP3 poate fi utilizat în mod fiabil pe suporturi care pot fi supuse unor interferențe zgomotoase.
DNP3 este un protocol SCADA modern deschis, inteligent, robust și eficient. Se poate
- cerere și să răspundă cu mai multe tipuri de date în mesaje unice,
- mesaje segment în mai multe cadre pentru a asigura detectarea erorilor excelente și de recuperare,
- includ numai datele modificate în mesajele de răspuns,
- atribui priorități la elementele de date și elemente de date cerere periodic pe baza priorității lor,
- răspunde 4867>
- sincronizare de timp de sprijin și un format de timp standard,
- permite mai multe Masters și operațiuni peer-to-peer,
- și permite utilizatorului obiecte definibile, inclusiv fișier transfer.
cum comunică elementele DNP3?
DNP3 utilizează 27 de coduri de funcții de bază pentru a face schimb de date între maeștri (gândiți-vă la „Centrul de Control”) și telecomenzi (gândiți-vă la „Curtea pompei”). Unele dintre aceste coduri de funcții permit unui Master să solicite și să primească informații de stare de la o telecomandă. Alte coduri de funcții permit unui Master să modifice setările unei telecomenzi.
alte coduri de funcții sunt definite pentru un maestru DNP3 pentru a controla telecomanda – sau uneltele de lângă telecomandă. Un cod de funcție este furnizat pentru a permite telecomenzii să răspundă cu un mesaj nesolicitat la anumite evenimente care apar în zona sa.
după cum puteți vedea, majoritatea mesajelor sunt emise de managerul DNP3. Deoarece mesajul nesolicitat poate fi inițiat de o telecomandă, acesta este de obicei utilizat pentru a raporta alarmele.
aceasta notifică comandantul DNP3 imediat ce apare o stare de alarmă, în loc să aștepte următoarea solicitare.
înțelegerea bibliotecii de obiecte DNP3.
cadrul DNP3 include o bibliotecă de obiecte care sunt utilizate în multe sisteme SCADA. Această bibliotecă este gratuită pentru membrii grupului de utilizatori DNP. Vizitați www.dnp.org pentru mai mult. Aceste obiecte standard includ intrări binare. Acestea vor raporta lucruri care au două stări; alimentarea este pornită sau oprită, un panou de acces este deschis sau închis.
un alt obiect comun este o intrare analogică care este utilizată pentru a raporta lucruri care au o gamă de valori. Viteza ventilatorului de evacuare poate fi oriunde de la 40 la 400 RPM. Puterea principală poate varia de la 110 la 128 VAC.
această bibliotecă îl face ușor pentru producător pentru a proiecta DNP3 remote responder pentru a utiliza aceste obiecte comune pentru a raporta la masterat în amonte. De asemenea, face mai ușor pentru maeștri să integreze datele colectate de la telecomenzi și să le prezinte pentru dvs.
fără acest cadru de obiecte comune, producătorii trebuie să-și dezvolte propriul model pentru raportarea stării și furnizarea capacității de control. Aceste modele, adesea foarte diferite, trebuie apoi ‘compilate’ în Maeștri și transformate într-un fel de obiecte comune pentru un management eficient.
un alt instrument găsit adesea în aceste cadre mai deschise este o interfață proprietară sau un modul de traducere pentru a accesa și controla telecomanda.
obiectele din biblioteca DNP3 sunt împărțite în grupuri și variații. De exemplu, grupul de intrare analogică are șase variații pentru a furniza valori întregi de 16 sau 32 de biți sau în virgulă mobilă cu sau fără un bitmap de stare.
grupul de evenimente analogice are opt variații pentru a furniza valori întregi sau în virgulă mobilă pe 16 sau 32 de biți cu un bitmap de stare și cu sau fără un marcaj de timp.
rețineți că grupul de evenimente analogice nu include variații fără o bitmap de stare.
înțelegerea DNP3 comunicare stratificat
DNP3 utilizează modelul de comunicare stratificat:
- stratul de aplicație combină mai multe părți. Este o unitate de date a serviciului de aplicații (ASDU). Apoi, există obiectul ambalate. Se adaugă un bloc application protocol control info (APCI) pentru a crea o unitate de date application protocol (APDU).
- stratul de transport sparge APDU în segmente cu o dimensiune maximă de 16 octeți și le combină cu un antet de control al transportului pe 8 biți și separatoare CRC pe 16 biți într-un cadru de transport.
- stratul de legătură adaugă un antet informațiilor de control și adresă. Pachetul este acum gata de livrare.
aceste straturi pot fi mapate la modelul cu patru straturi dezvoltat de Departamentul Apărării (vă puteți aminti originile DoD ale Internetului) cu stratul de Internet DoD omis.
dacă pachetul va fi trimis printr-o rețea LAN/WAN, cele trei straturi DNP3 sunt înfășurate în stratul de aplicație.
pachetul asamblat este înfășurat în Protocolul de control al transportului (TCP) de stratul de transport, care la rândul său este înfășurat în Protocolul Internet (IP) de stratul de internet (oarecum evident).
protocolul Datagramului utilizatorului (UDP) poate fi de asemenea utilizat, dar prezintă câteva probleme suplimentare legate de livrarea fiabilă în rețelele aglomerate.
al patrulea strat este stratul de interfață de rețea în care pachetul asamblat este de fapt interfațat cu un fel de suport de transport (de exemplu, cupru pereche răsucită, RG58 coaxial sau fibră).
în timp ce acest model multi-strat poate părea un pic confuz, izolează în mod eficient sarcinile de comunicare și, în cele din urmă, ajută la proiectarea și implementarea unei rețele.
traversarea straturilor
pentru a afișa acest model stratificat, să ne uităm la o singură solicitare de citire DNP3 pe o rețea LAN. Comandantul DNP3 dorește să cunoască starea puterii telecomenzii și pregătește un mesaj de solicitare de citire pentru acel obiect.
după trecerea prin toate cele trei straturi DNP3, mesajul este transmis la stratul de transport TCP/UDP. Stratul de transport adaugă un bloc de date care identifică portul principal și portul în care se așteaptă ca procesul DNP3 la distanță să asculte mesajele. Pachetul este apoi trecut la stratul IP.
aici, se adaugă un bloc de date care deține adresele de acces IP și Media ale comandantului și telecomenzii. Apoi, pachetul complet este trecut la nivelul interfeței de rețea.
stratul de interfață de rețea verifică accesul și disponibilitatea media. Apoi plasează pachetul pe suport pentru transmisie.
după ce și-a făcut drum peste poduri și prin routere (ceva de genul „peste râu și prin pădure”) pe baza informațiilor IP, pachetul ajunge la telecomandă.
aici, trece prin aceleași patru straturi în ordine opusă așa cum a făcut-o la maestru. În primul rând, este scos de pe suportul media de stratul de interfață de rețea. După verificarea faptului că pachetul este intact și valid, stratul de interfață de rețea îl transmite stratului IP.
stratul IP verifică accesul Media și adresa IP și le transmite stratului TCP/UDP unde portul țintă este verificat pentru aplicații conectate. Dacă o aplicație Ascultă la portul țintă, pachetul este trecut la nivelul aplicației. Dacă aplicația ascultare este procesul DNP3 la distanță, cererea de citire este trecut.
se deplasează prin cele trei straturi pentru a verifica cererea și a vedea ce informații trebuie colectate. Răspunsul de la distanță urmează apoi aceeași cale în sens invers pentru a ajunge la maestru.
un mesaj DNP3 trece prin straturile de protocol atât la manager, cât și la agent. Fiecare strat se adresează unei sarcini specifice de comunicare.
un ajutor pentru depanare
cunoașterea acestui model stratificat de DNP3 facilitează găsirea și remedierea problemelor de rețea. Atunci când există o problemă, puteți urmări pur și simplu în jos, dintr-un capăt, în, și în sus celălalt. LAN / WAN link și luminile de stare oferă vă arată stratul de interfață de rețea. Cererile și răspunsurile ICMP echo (Ping) oferă câteva informații cu privire la funcționarea corectă a stratului IP.
indicatorii de procesare DNP3 pot fi utilizați pentru a verifica trecerea pachetului DNP3 prin stratul TCP/UDP și funcționarea stratului de aplicație.
fiecare pas poate fi verificat independent până când toți pașii funcționează corect pentru comunicarea end-to-end.
beneficiile DNP3
DNP3 oferă multiplexare, fragmentarea datelor și multe altele.
DNP3 este un protocol de nivel 2. Aceasta înseamnă că prevede:
- multiplexare.
- fragmentarea datelor.
- verificarea erorilor.
- controlul legăturii.
- sortare prioritară.
oferă, de asemenea, servicii de adresare layer 2 pentru datele utilizatorului.
DNP3 permite diferitelor dispozitive din sistemele de automatizare a proceselor să vorbească. Protocolul DNP3 este utilizat pe scară largă pentru telemetria electrică, a gazelor și a apei de către companiile de utilități. De asemenea, este posibil ca DNP3 să fie utilizat în alte zone, deși nu este la fel de comun.
scada Communications utilizează protocolul DNP3.
sistemele SCADA utilizează protocolul DNP3 pentru utilizarea între componentele sistemului. Protocolul DNP3 prevede comunicarea între sistemul SCADA master, RTU și dispozitivele electronice inteligente (ied).
DNP3 a fost dezvoltat pentru a satisface nevoia unui protocol standard care să permită componentelor sistemului SCADA dezvoltate de diferiți furnizori să vorbească. Folosind IEC 60870-5 ca bază, DNP3 a fost creat ca un protocol deschis pentru utilizare în aceste cazuri.
acest protocol a fost disponibil pentru utilizare promptă în cadrul rețelelor SCADA și a fost furnizat specificațiilor stabilite de organizațiile nord-americane.
DNP3 oferă fiabilitate de comunicații pentru utilități.
DNP3 asigură fiabilitatea comunicațiilor în mediile dure ale utilităților. Protocolul este capabil să evite distorsionarea componentelor EMI, legacysystem și transmisia slabă datorită formatului de comunicații DNP3.
deși protocolul are verificarea erorilor, DNP3 nu este securizat. Acesta este un aspect important în timpul planificării SCADA.
de ce este atât de popular ?
există câteva motive pentru care DNP3 este atât de puternic și utilizat în mod obișnuit în sistemele de telemetrie:-
- este un standard și deschis. Aceasta înseamnă că „limba” este ușor disponibilă și toate dispozitivele DNP3 comunică folosind aceeași limbă. RTU a comunicat timpuriu folosind protocoale proprietare, ceea ce însemna că limba în care comunicau era cunoscută doar altor produse produse de același furnizor. Astăzi, multe dispozitive sunt multilingve prin faptul că vor comunica folosind protocolul lor proprietar, dar vor permite și comunicații folosind protocolul DNP3, acest lucru a fost făcut de mulți furnizori pentru a permite o actualizare treptată a rețelei lor la DNP3 în timp.
- este un protocol de rutare. Aceasta este o caracteristică deosebit de importantă și cheie a protocolului DNP3 prin faptul că poate comunica prin diferite rețele de comunicații pentru a ajunge la destinația mesajului. De exemplu, mașina SCADA poate fi conectată la o conexiune Ethernet, dar RTU poate fi pe o conexiune radio, DNP3 poate fi direcționat de la conexiunea Ethernet la conexiunea Radio printr-un RTU intermediar. Acest lucru sună complex, dar în termeni simpli ar fi ca și cum ai vorbi printr-o conexiune telefonică cu prietenul tău și le transmite mesajul cuiva pe un walkie talkie din apropiere. Puterea DNP3 este că acest lucru se poate face foarte ușor în majoritatea RTU-urilor moderne, fără a fi nevoie de cartografiere i/O complexă.
- se face o bună utilizare a canalului de comunicații. DNP3 a fost proiectat pentru a putea funcționa atât pe rețele Ethernet de mare viteză, cât și pe rețele radio de viteză lentă și este foarte bun la „comunicarea numai atunci când este necesar”. De exemplu, atunci când o pompă se aprinde sau se oprește DNP3 va trimite un mesaj prin notificarea SCADA de care o schimbare. Protocoalele de votare fixe, cum ar fi MODBUS, nu pot realiza acest lucru, deoarece trebuie să actualizeze constant toate datele prin votare. Înapoi la analogia noastră umană, ar fi ca și cum ai cere continuu prietenului tău să-ți spună ce arată semaforul, într-un exemplu de protocol de votare, prietenul ar spune în mod constant verde, verde, verde, apoi roșu, roșu, roșu în fiecare secundă. Cu DNP3, prietenul ar spune doar atunci când lumina se schimbă acestea folosind până lățime de bandă mult mai puțin.
- mulți prieteni deodată. Ceea ce înseamnă acest punct numărul 3 de mai sus este că puteți purta conversații cu mulți prieteni simultan și aceasta este într-adevăr puterea DNP3, permițând multor stații de pompare, stații sau puțuri de gaz să comunice în aceeași rețea.