Los protocolos de comunicación utilizados en el sistema de control industrial ICS varían mucho entre industrias, regiones y proveedores.
1 Industria eléctrica
1.1 CEI 60870-5
IEC 60870-5 es probablemente el protocolo internacional más popular para la automatización de subestaciones. En Estados Unidos, es el equivalente funcional de DNP3, que utiliza partes de IEC 60870-5 para proporcionar la base para la capa de enlace de datos. Se han desarrollado una serie de estándares complementarios, incluidos los siguientes:
IEC 60870-5-101: para sistemas de energía relacionados con control remoto y protección remota, un protocolo de transporte de comunicación con funciones de monitoreo y control IEC 60870-5-103: un protocolo de transporte para lograr la interoperabilidad entre dispositivos de protección de seguridad y equipos del sistema de control de subestaciones IEC 60870-5-104: es una extensión de IEC 60870-5-101. Incluye variaciones en servicios de transporte, red, enlace y capa física, y suites para conectividad a TCP/IP y otros transportes (ISDN, X.25 Frame Relay, etc.) IEC 60870-5 Los medios de comunicación típicos incluyen Ethernet y serie, siendo los puertos típicos 2404/UDP y 2404/TCP.
1.2 Protocolo de red distribuida 3.0 (DNP3)
DNP3 se utiliza ampliamente en Norteamérica, principalmente como reemplazo de la familia de protocolos IEC 60870-5. Es un protocolo en serie desarrollado a principios de la década de 1990, pero hoy en día también existen versiones de las variantes UDP/IP y TCP/IP. Hay muchas similitudes entre DNP3 e IEC 60870-5, ya que varios miembros del comité de desarrollo de IEC 60870-5 abandonaron el proceso de desarrollo para crear lo que más tarde se conocería como DNP3. Como resultado, los enlaces de datos entre DNP3 e IEC 60870-5 son muy similares en los datos. capa de enlace, pero las capas superiores de los protocolos son más diferentes.
DNP3 se utiliza principalmente en la industria energética de América del Norte, pero el protocolo también ha penetrado en la industria del agua y las aguas residuales. Según una encuesta realizada por Newton-Evans Research, más de la mitad de las empresas eléctricas de América del Norte utilizaron versiones variantes UDP/IP o TCP/IP del protocolo DNP3 en 2008.
Actualmente, los investigadores están desarrollando extensiones de seguridad para DNP3 que se espera que proporcionen servicios de cifrado de enlaces y gestión de claves.
Los medios de comunicación típicos para el protocolo DNP3 incluyen conexiones Ethernet y serie, y los puertos que normalmente utiliza DNP3 son 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP y 19999/TCP.
1.3 Fundación Fieldbus (FOUNDATION Fieldbus)
El protocolo Foundation Fieldbus es el principal protocolo de bus de campo en diferentes procesos industriales. Se utiliza principalmente para la automatización de procesos/fábricas y se ha implementado en una variedad de instalaciones, incluido el control de plantas de energía/generadores y el control de la fabricación de semiconductores. Los medios de comunicación de bus de campo incluyen par trenzado y fibra óptica. Los puertos típicos incluyen 1089/UDP, 1089/TCP, 1090/UDP, 1090/TCP, 1091/UDP y 1091/TCP.
Una lista pública de los dispositivos compatibles con el protocolo fieldbus-de Foundation está disponible en el sitio web de Fieldbus Foundation. Los miembros de la Fieldbus Foundation incluyen más de 350 proveedores líderes de instrumentación y sistemas de control, así como varios usuarios finales.
1.4 Protocolo de comunicación entre centros de control (ICCP)
ICCP (IEC 60870-6/TASE.2) se utiliza para la comunicación entre centros de control, principalmente en la industria energética. En los EE. UU., las redes ICCP se utilizan a menudo para la coordinación de empresas de servicios públicos, generalmente empresas de servicios públicos con operaciones de transmisión, como transmisión, distribución y plantas de energía en diferentes regiones, donde se pueden usar proveedores de servicios de conexión en estas diferentes regiones para coordinar la entrada y salida de energía entre diferentes regiones. ICCP generalmente usa el puerto 102/TCP.
1.5 Protocolo Modbus
Modbus es el protocolo de control más popular en todos los campos debido a su simplicidad de uso, su capacidad de descarga gratuita y su implementación libre de regalías-.
Los dispositivos inteligentes como PLC y relés suelen utilizar el protocolo Modbus o sus variantes para comunicarse con dispositivos simples como RTU remotas. Además del protocolo estándar Modbus, Modbus + es una de las variantes más frecuentes. Una lista de miembros de Modbus (empresas y desarrolladores que pertenecen al Modbus Developers Group) está disponible en el sitio web de Modbus. Esta lista incluye una breve descripción de los miembros individuales y los productos fabricados por cada miembro. También se proporciona una lista de proveedores de Modbus, una lista de equipos Modbus y una lista de empresas que ofrecen servicios de integración de sistemas Modbus.
Hay varias variantes de Modbus, Modbus RTU es un protocolo codificado binario de estándar abierto que permite la comunicación a través de una conexión en serie, Modbus ASCII es un protocolo codificado en ASCII de estándar abierto que admite conexiones en serie y Modbus/TCP es un estándar abierto que encapsula la carga útil de Modbus RTU en un paquete TCP y proporciona un código de función para la carga útil de Modbus RTU. Modbus/TCP es un estándar abierto que encapsula la carga útil de Modbus RTU en un paquete TCP con algunas limitaciones en los códigos de función. Modbus/UDP varía según el proveedor, pero lo más común es que Modbus/TCP se transmita a través de UDP. Modbus + es una versión extendida de alta-velocidad (1 Mbps) que utiliza tecnología de paso de token para el control de acceso a los medios de transmisión, pero Modbus+ es un protocolo propietario de Modicon. Enron (o Daniels) Modbus es el protocolo Modbus estándar con extensiones de proveedores que tratan los valores de 32 bits como un registro en lugar de dos. JBus es una versión del protocolo Modbus con variaciones de direccionamiento más pequeñas.
Los medios de comunicación típicos para Modbus incluyen Ethernet y puertos serie (RS485 de dos-cables es muy común). Modbus generalmente se comunica a través del puerto 502/TCP.
2 Industria del petróleo y el gas
No existen protocolos propietarios obvios para la industria del petróleo y el gas. La industria utiliza una variedad de protocolos como DNP3, IEC 60870-5 y Modbus. La Sección 1 analiza estos protocolos con más profundidad. También se puede encontrar una variedad de protocolos de bus de campo, como el protocolo Foundation Fieldbus Feildbus, en muchas instalaciones de petróleo y gas.
Las comunicaciones en la industria del petróleo y el gas a menudo se transmiten de forma inalámbrica para proporcionar datos de flujo y presión a los PLC a través de RTU y sensores. Los PLC ejecutan sistemas de seguridad y protección y sistemas de control de pozos. etc.
2.1 DNP3 e IEC 60870-5
En la sección Industria eléctrica de la Sección 5.2 se ofrece una discusión sobre DNP3 e IEC 60870-5. Una lista de compañías de petróleo y gas que utilizan DNP3 e IEC 60870-5 está disponible en el sitio web de Triangle Microworks Inc., donde también se puede encontrar un documento técnico sobre los protocolos.
Los medios de comunicación típicos incluyen conexiones Ethernet y serie. DNP3 normalmente usa los puertos 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP y 19999/TCP, mientras que IEC 60870-5 normalmente usa 2404/UDP y 2404/TCP.
2.2 Protocolo Modbus
Modbus es un protocolo de control popular en el sector del petróleo y el gas, como se describe en la descripción de Modbus en la Sección 5.2. El protocolo Foundation Fieldbus también es popular en el campo petroquímico.
Los medios de comunicación típicos incluyen Ethernet y puertos serie (RS485 de dos-cables es muy común). Modbus generalmente se ejecuta en el puerto 502/TCP.
3 Industria de tratamiento de agua
3.1 Protocolo DNP3
Como se describe en la descripción de DNP3 en la Sección 5.2, este protocolo también es popular en el sector de tratamiento de agua. Los medios de comunicación típicos incluyen conexiones Ethernet y serie. DNP3 normalmente utiliza los puertos 20000/UDP, 20000/TCP, 19999/UDP y 19999/TCP.
3.2 Protocolo Modbus
Como se mencionó anteriormente en la descripción de Modbus en la sección sobre la industria energética, Modbus es el protocolo de control más popular en la industria del tratamiento de agua. Los medios de comunicación típicos incluyen Ethernet y buses serie. Modbus normalmente se ejecuta en el puerto 502/TCP.
4 Campo de automatización de edificios
En el campo de la automatización de edificios, LonWorks (también conocido como LonTalk o ANSI/CEA 709.1B) es el protocolo de comunicación dominante, seguido de DyNet y varios otros protocolos de comunicación. Los medios de comunicación típicos incluyen portadores de línea eléctrica, par trenzado/Ethernet, fibra óptica y RF. Los principales puertos de comunicación incluyen 2540/UDP, 2540/TCP, 2541/UDP y 2541/TCP.
4.1 LonWorks (LonTalk o ANSI/CEA 709.1-B)
La empresa estadounidense Echelon ha desarrollado una plataforma de red basada en el protocolo LonWorks, también llamada plataforma LonWorks. La plataforma se utiliza en muchas industrias, incluida la fabricación de semiconductores, sistemas de control de iluminación, sistemas de gestión de energía, sistemas HVAC, sistemas de seguridad, automatización del hogar, control de electrodomésticos, control/monitoreo/alumbrado público y control de gasolineras. Las aplicaciones típicas de LonWorks se utilizan como un termostato que se comunica con PC y PLC a través del protocolo LonTalk para coordinar el sistema de aire acondicionado y ventilación (HVAC) dentro de un edificio. Sistemas de aire acondicionado y ventilación (HVAC).
ISO e IEC han otorgado a LonWorks los números de estándar de compatibilidad de plataforma ISO/IEC 14908-1, -2, -3 y -4 (ANSI/CEA-852). LonWorks también forma parte de IEEE 1473-L (redes de trenes, redes de locomotoras), así como varias otras áreas de aplicación específicas. China ha aprobado LonWorks como estándar de control nacional (GB/Z 20177.1-2006) y como estándar para edificios y comunidades inteligentes (GB/T 20299.4-2006). El Consejo Europeo de Fabricantes de Equipos también ha adoptado LonWorks como parte de su estándar de Control y Monitoreo de Electrodomésticos - Especificación de Interoperabilidad de Aplicaciones.
4.2 DyNet
DyNet es un protocolo propietario desarrollado por Dynalite (ahora propiedad de Philips Electronics). Los dispositivos DyNet incluyen sus propios controladores programables y se comunican a través de un modelo punto-a-.
Los medios de comunicación típicos para DyNet incluyen bus serie RS-485, bus serie RS-232, Ethernet e infrarrojos.
4.3 Otros protocolos
Hay muchos otros protocolos utilizados para sistemas de automatización de edificios. Los más populares incluyen INSTEON, X10, ZigBee, X-Wave y KNX/Konnex.
5 Campo de automatización de procesos (fabricación)
El campo de la automatización de procesos está dominado por los protocolos de bus de campo, incluidos PROFINET, el protocolo Foundation Fieldbus Fieldbus y el protocolo industrial común CIP y sus derivados. IEC 61158 e IEC 61784 contienen descripciones detalladas de cada uno de los principales protocolos de bus de campo y sus variantes.
5.1 Protocolo DF1
DF1 es un protocolo de comunicación serie definido en las partes D1 y F1 del protocolo ANSI X3.28. El protocolo fue desarrollado originalmente por Allen-Bradley (ahora propiedad de Rockwell Automation) y se utiliza comúnmente como medio para transmitir comandos de comunicación de controladores programables (PCCC) a los PLC de Allen-Bradley.
5.2 Protocolo Foundation Fieldbus Fieldbus
El Foundation Fieldbus Protocol Fieldbus es adecuado para aplicaciones de control de modulación básicas y avanzadas, así como para la mayoría de los escenarios de control discreto asociados con estas funciones. El protocolo Foundation Fieldbus Fieldbus tiene dos implementaciones que se ejecutan a diferentes velocidades y en diferentes medios de transmisión: H1 es la implementación más común, que normalmente conecta los dispositivos de campo y funciona a 31,25 Kbps; HSE (Ethernet de alta velocidad) conecta la computadora host, los subsistemas de E/S, la puerta de enlace y los dispositivos de campo, y opera a una velocidad de 100 Mbps. Protocolo básico de bus de campo Fieldbus se ha adoptado como estándar de bus de campo en IEC 61804.
5.3 Protocolo de bus de campo de proceso Profibus
Profibus fue desarrollado por el departamento alemán de educación e investigación BMBF. Está disponible en dos variantes, de las cuales la variante más común es el protocolo Periférico Descentralizado (DP), que normalmente se usa para la comunicación entre controladores centralizados y sensores/actuadores, y la otra variante es el protocolo de Automatización de Procesos (PA), que se usa para que el sistema de control de procesos PCS monitoree y controle los dispositivos de medición. La variante PA está diseñada y destinada para su uso en áreas explosivas o peligrosas y utiliza un enlace de transmisión física en de acuerdo con IEC 61158-2.PA El mismo protocolo de comunicación básico que DP, pero PA opera a una velocidad de 31,25 Kpbs. Las redes DP y PA se pueden conectar mediante un acoplador, utilizando DP como columna vertebral. Los protocolos de bus de campo profibus están incluidos en las normas IEC 61158 e IEC 61784.
5.4 Protocolo Profinet IO
El concepto PROFINET tiene dos perspectivas: PROFINET CBA y PROFINET IO, los cuales pueden comunicarse en el mismo sistema de bus. Se pueden operar individualmente o en combinación, y el subsistema PROFINET IO se puede usar como un sistema PROFINET CBA desde otra perspectiva. PROFINET IO fue desarrollado para comunicación en tiempo real-RT) e isócrona (IRT) con dispositivos periféricos distribuidos, con un tiempo de ciclo de 10 milisegundos para comunicación RT en tiempo real-y un tiempo de ciclo de 1 ms. o menos para variadores IRT de comunicación isócrona. PROFINET CBA es adecuado para la comunicación basada en componentes-a través de TCP/IP y para la comunicación en tiempo real-en la ingeniería de sistemas modulares. Ambos modos de comunicación se pueden utilizar en paralelo. PROFINET CBA tiene un rango de tiempo de reacción de 100 ms.
El protocolo de bus de campo PROFINET está incluido en las normas IEC 61158 e IEC 61784.
5,5 CC-Protocolo de enlace
CC-Link es un protocolo de bus de campo desarrollado por Mitsubishi Electric en Japón y ampliamente adoptado por otros proveedores japoneses. Actualmente, el número total de dispositivos que utilizan CC-Link supera los 6 millones, abarcando más de 1000 dispositivos diferentes. Ethernet industrial que utiliza el protocolo CC-Link se puede integrar fácilmente con redes de TI convencionales.
Hay cuatro formatos de enlace CC-:
CC-Link CC-Link LT (versión liviana para dispositivos con bajos requisitos de comunicación) CC-Link Safety (versión de alta-confiabilidad, compatible con IEC 61508 SIL3 e ISO 13849-1 Cat 4) CC-Link IE (versión Ethernet industrial) Los medios de comunicación CC-Link típicos incluyen par trenzado-y fibra óptica. Los medios de comunicación típicos de CC-Link incluyen cables de par trenzado y fibra óptica; la Asociación de socios de CC-Link proporciona una lista de socios.
5.6 Protocolo Industrial Común (CIP)
El Protocolo Industrial Común (CIP) intenta proporcionar una arquitectura de comunicaciones unificadas para toda la industria manufacturera. CIP es un protocolo de capa de aplicación unificada para protocolos como EtherNet/IP, DeviceNet, CompoNet y ControlNet. CIP consta de un conjunto completo de mensajes y servicios utilizados para recopilar información de control, seguridad, sincronización, movimiento, configuración y otra información para aplicaciones de automatización de fabricación. CIP contiene un conjunto de mensajes y servicios para recopilar información de control, seguridad, sincronización, movimiento, configuración y otra información de aplicaciones de automatización de fabricación. El protocolo está gestionado por la Open DeviceNet Vendors Association (ODVA).
5.7 Protocolo ControlNet
ControlNet es una implementación CIP desarrollada por Allen-Bradley que tiene soporte integrado-para cables de enlace totalmente redundantes y todas las comunicaciones están estrictamente programadas para un alto grado de determinismo.
La capa física de ControlNet es un cable coaxial RG-6 o fibra óptica que utiliza conectores BNC. controlNet utiliza codificación Manchester con una velocidad de bus de 5 Mbps. la capa de enlace opera en un ciclo llamado Tiempo de actualización de la red (NUT). Cada NUT tiene dos fases, la primera fase está reservada para transmisiones de tráfico regulares para garantizar oportunidades de transmisión, y la segunda fase se utiliza para transmisiones de tráfico no programadas sin garantías. cualquier transmisión de tráfico no programada garantizada. El tamaño máximo de trama para ControlNet es 510 bytes.
5.8 Protocolo DeviceNet
DeviceNet es otra implementación CIP desarrollada por Allen-Bradley. DeviceNet se ubica en la parte superior de la capa física de la red de área del controlador (CAN) y utiliza tecnología ControlNet, que es menos costosa y más sólida que el protocolo tradicional basado en RS-485.
Las velocidades en baudios de DeviceNet son 125 Kbps, 250 Kbps y 500 Kbps, y la longitud de la red troncal es inversamente proporcional a la velocidad del bus, es decir, 500 metros, 250 metros y 125 metros, respectivamente. La mayoría de las implementaciones utilizan el modo maestro/esclavo, pero también se pueden utilizar transferencias punto-a-puntos. Múltiples maestros coexisten en una única red lógica. DeviceNet ha sido cuidadosamente diseñado para funcionar de manera estable en entornos electromagnéticos complejos.
5.9 Protocolo Ethernet/IP
EtherNet/IP es una implementación del protocolo CIP desarrollado por Rockwell Automation. La capa de aplicación del protocolo es CIP. EtherNet/IP es un protocolo de capa de aplicación construido sobre la pila TCP/IP estándar, que trata todos los dispositivos de la red como un conjunto unificado de "objetos", utilizando la infraestructura Ethernet existente en la parte inferior (independientemente de la velocidad). Toda la pila EtherNet/IP se puede implementar en software en un procesador de propósito general-sin la necesidad de un ASIC o un Field Programmable Gate Array (FPGA). EtherNet/IP utiliza 44818/TCP para mensajes explícitos y 2222/UDP para mensajes implícitos.
5.10 Protocolo EtherCAT
EtherCAT (Ethernet para tecnología de automatización de control) es un protocolo Ethernet para tecnología de automatización de control con un tipo de Ethertype de 0x88A4, que hace que IP sea enrutable insertando datos de trama en paquetes UDP. etherCAT no utiliza un modelo por-ciclo-por-nodo. En lugar de procesar una trama por nodo por ciclo (tiempo de actualización), EtherCAT utiliza un modo "sobre la marcha". En lugar de simplemente recibir tramas Ethernet de los dispositivos, EtherCAT lee los datos enviados a los dispositivos a medida que pasa a través de ellos, los interpreta y copia como datos de proceso en cada nodo y, de manera similar, inserta los datos de entrada a medida que pasa. datos a medida que pasa el datagrama. Se pueden abordar muchos nodos con una sola trama.
Las redes EtherCAT se pueden integrar a través de puertas de enlace con CANopen, DeviceNet, PROFIBUS y otros protocolos. el EtherCAT Technology Group es una organización internacional de usuarios y proveedores; En agosto de 2009, estaba formada por más de 1.100 empresas de 47 países. etherCAT está incluido como protocolo de bus de campo en IEC 61158 e IEC 61788, y en los protocolos IEC 61158 e IEC 61789. EtherCAT como protocolo de bus de campo está incluido en las normas IEC 61158 e IEC 61784. etherCAT utiliza los puertos 34980/UDP y 34980/TCP para el enrutamiento entre LAN Ethernet.
5.11 Protocolo EGD (datos globales Ethernet)
El protocolo Ethernet Global Data (EGD) es un mecanismo de comunicación que permite a una CPU compartir una parte de su memoria interna con una o más CPU a una velocidad de ciclo programada regularmente. Ciertos PLC de GE Fanuc utilizan el protocolo EGD.
5.12 Protocolo FINS
FINS es un protocolo desarrollado por Omron (una empresa de control japonesa) y utilizado en sus PLC más nuevos. Por lo general, se ejecuta en sistemas habilitados para IP-utilizando el puerto 9600/UDP.
5.13 Protocolo de enlace de host
Host Link es un protocolo desarrollado por Omron para su serie de PLC más antigua; sin embargo, muchos PLC de Omron más nuevos aún pueden comunicarse mediante el protocolo HostLink. Es un protocolo de bus RS-232 basado en código ASCII.
5.14 Protocolo SERCOS (Sistema de comunicación serie-en tiempo real)
SERCOS tiene estrictos requisitos-en tiempo real y es especialmente adecuado para el control de movimiento en áreas como corte y conformado de metales, ensamblaje de máquinas, embalaje, robótica, impresión y manipulación de materiales. El protocolo está gestionado por SERCOS Internacional y la versión actual es SERCOS III. SERCOS está definido detalladamente en las normas IEC 61158 e IEC 61784.
5.15 SRTP (Protocolo de transferencia de solicitud de servicio)
SRTP es un protocolo para la comunicación de comandos y datos al PLC a través de la PC. Los PLC de GE Fanuc lo utilizan como protocolo de comunicación de capa de aplicación.
5.16 Protocolo Sinec H1
Sinec H1 es un protocolo de capa de transporte desarrollado por Siemens en el que se pueden ejecutar diferentes protocolos de capa de aplicación. Las características de gran ancho de banda de este protocolo lo hacen ideal para la transmisión de grandes volúmenes de datos.