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在工业控制系统ICS中使用的通信协议在不同的行业、不同的区域和不同的供应商之间差别很大。
1电力行业
1.1IEC-5
IEC-5可能是国际上最流行的变电站自动化协议。在美国,它在功能上等同于DNP3,它使用IEC-5的部分来为数据链路层提供基础。已经制定了许多配套标准,包括以下内容:
IEC-5-:用于远程控制、远程保护相关的电力系统,是具有监视、控制功能的通信传输协议IEC-5-:实现安全保护装置和变电站控制系统设备之间互操作性的传输协议IEC-5-:是IEC-5-的扩展,包括传输、网络、链路和物理层服务的变化,以及与TCP/IP和其他传输(ISDN、X.25帧中继等)连接的套件IEC-5典型的通信介质包括以太网和串行,典型端口为/UDP和/TCP。
1.2分布式网络协议3.0(DNP3)
DNP3广泛应用于北美地区,主要用于替代IEC-5系列协议。它是在20世纪90年代早期开发的一种串行协议,但现在也存在UDP/IP和TCP/IP变体版本。DNP3和IEC-5之间存在许多相似之处,因为IEC-5开发委员会的几个成员在开发过程中离开,创建了后来的DNP3。因此,DNP3和IEC-5的数据链路层非常相似,但协议的上层差异性较大。
DNP3主要应用于北美电力行业,但该协议也渗透到自来水和污水处理行业。根据牛顿-埃文斯研究公司调查,年北美电力公司中有一半以上使用DNP3协议的UDP/IP或TCP/IP变体版本。
目前,研究者正在开发DNP3的安全扩展,预计这些扩展将提供链接加密和密钥管理服务。
DNP3协议典型的通信介质包括以太网和串行连接,DNP3通常使用端口有/UDP,/TCP,/UDP和/TCP。
1.3基金会现场总线(FOUNDATIONFieldbus)
基金会现场总线协议是不同工业进程中的主要现场总线协议。它主要用于过程/工厂自动化,已部署在各种装置中,包括发电厂/发电机控制和半导体制造的控制。Fieldbus的通信介质包括双绞线和光纤。典型端口包括/UDP,/TCP,/UDP,/TCP,/UDP和/TCP。
现场总线基金会网站上提供了基金会现场总线协议支持设备的公共列表。现场总线基金会的成员包括多家领先的控制系统和仪表供应商以及一些最终用户。
1.4控制中心间通信协议(ICCP)
ICCP(IEC-6/TASE.2)用于控制中心之间的通信,主要用于电力行业。在美国,ICCP网络经常被用于公用事业公司的协同--通常是具有传输业务的公用事业,如输电、配电和不同区域的发电厂,将这些不同区域的服务商连接在一起,可以以协调不同地区之间的电力输入和输出。ICCP通常使用端口/TCP。
1.5Modbus协议
由于其使用简单、可免费下载以及免版权费部署等特性,Modbus成为所有领域中最受欢迎的控制协议。
PLC和继电器等智能设备通常使用Modbus协议或者其变体与远程RTU等简单设备进行通信。除Modbus标准协议外,Modbus+是最普遍的一个变体。Modbus网站上提供了Modbus成员列表(属于Modbus开发人员组的公司和开发人员)。此列表包括各个成员以及每个成员制造的产品的简要说明。还提供了Modbus供应商列表、Modbus设备列表以及提供Modbus系统集成服务的公司列表。
现在有许多Modbus变体,ModbusRTU是一种开放标准、允许通过串行连接进行通信的二进制编码协议。ModbusASCII也是一种开放标准、支持串行连接的ASCII编码协议。Modbus/TCP是一种开放标准、它将ModbusRTU有效负载封装在TCP数据包中,并对功能码进行了一些限制。Modbus/UDP因供应商而异,但最常见的是通过UDP传输Modbus/TCP。Modbus+是一种扩展的高速(1Mbps)版本,它使用令牌传递技术进行传输介质访问控制,但Modbus+是Modicon的专有协议。Enron(或Daniels)Modbus是标准的Modbus协议,具有供应商扩展,将32位值视为一个寄存器而不是两个。JBus是具有较小的寻址变化的Modbus协议版本。
Modbus典型的通信介质包括以太网和串口(RS双线非常常见)。Modbus通常在端口/TCP上通信。
2石油和天然气行业
石油和天然气行业没有明显的主流专用协议。该行业使用各种协议,如DNP3,IEC-5和Modbus。第1节更深入地讨论了这些协议。多种现场总线协议,如基金会现场总线协议Feildbus,也能在许多石油和天然气设施中也能看到。
石油和天然气行业的通信经常通过无线进行传输,通过RTU和传感器为PLC提供流量和压力数据,PLC运行安全保护系统和油井控制系统等。
2.1DNP3和IEC-5
关于DNP3和IEC-5的讨论在5.2节的电力行业部分中已经给出。在TriangleMicroworksInc.网站上,列出了使用DNP3和IEC-5的石油和天然气公司的清单,在该网站还可以找到关于协议的白皮书。
典型的通信介质包括以太网和串行连接。DNP3通常使用端口/UDP,/TCP,/UDP和/TCP,而IEC-5通常使用/UDP和/TCP。
2.2Modbus协议
如第5.2节中对Modbus的描述所述,Modbus是石油和天然气领域的流行控制协议。另外基金会现场总线协议在石化领域也很受欢迎。
典型的通信介质包括以太网和串口(RS双线非常常见)。Modbus通常在端口/TCP上运行。
3水处理行业
3.1DNP3协议
如第5.2节中对DNP3的描述所述,该协议在水处理领域也很受欢迎。典型的通信介质包括以太网和串行连接。DNP3通常使用端口/UDP,/TCP,/UDP和/TCP。
3.2Modbus协议
在上文关于电力行业部分,对Modbus的描述中提到过,Modbus是水处理行业中比较流行控制协议。典型的通信介质包括以太网和串行总线。Modbus通常在端口/TCP上运行。
4建筑自动化领域
在建筑自动化领域,LonWorks(也称为LonTalk或ANSI/CEA.1B)是主流的通信协议,其次是DyNet,还有一些其他通信协议。典型的通信介质包括电力线载波、双绞线/以太网、光纤和RF。主要通信端口包括/UDP,/TCP,/UDP和/TCP。
4.1LonWorks(LonTalk,或ANSI/CEA.1-B)
美国埃施朗公司(Echelon)基于LonWorks协议了一个网络平台,也叫做LonWorks平台。该平台广泛应用于许多行业,包括半导体制造、照明控制系统、能源管理系统、HVAC系统、安防系统、家庭自动化、消费电器控制、公共街道照明/监控/控制和加油站控制。LonWorks的典型应用是用作恒温器,通过LonTalk协议与PC和PLC通信,来协调建筑物内部的空调和通风系统(HVAC)。
ISO和IEC已授予LonWorks平台兼容性标准号ISO/IEC-1,-2,-3和-4(ANSI/CEA-)。LonWorks还构成了IEEE-L(列车网络,Lo
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