ДНП3 протокол: архитектура, рад, кодови функција, формат података и његове примене

ДНП3 или Дистрибутед Нетворк Протоцол3 покренула је 1992. године јапанска корпорација да успостави протокол за комуникацију између дистрибуираних система. ДНП3 је мрежни протокол за контролу уређаја који се користи за комуникацију између уређаја и удаљеног улазно/излазног уређаја. Овај протокол углавном зависи од објектно оријентисаног модела који смањује мапирање битова података које обично захтевају други мање објектно оријентисани протоколи. Углавном се користи између централних мастер станица као и дистрибуираних удаљених јединица где централна главна станица једноставно ради као интерфејс између менаџера људске мреже као и система за надзор. Дистрибуирана удаљена јединица је интерфејс између главне станице и физичког апарата који се посматра и контролише у удаљеним областима. Размену података између ова два може да обави заједничка библиотека објеката. Овај чланак говори о прегледу ДНП3 протокол – рад са апликацијама.

Шта је ДНП3 протокол?

Скуп комуникационих протокола који се користе између различитих компоненти унутар система за аутоматизацију процеса познат је као ДНП3 протокол. Овај протокол је углавном дизајниран за потребе комуникације између различитих врста опреме за прикупљање и контролу података. Дакле у СЦАДА системи , овај протокол игра суштинску улогу када га користе РТУ, СЦАДА и ИЕД уређаји.

Архитектура ДНП3 протокола и његов рад

ДНП3 је трећа верзија дистрибуираног мрежног протокола. Има једну анкету интегритета и три нивоа анкетирања, где се анкета интегритета користи за прикупљање података у једној анкети.

ДНП3 мрежна архитектура може бити уницаст, мултидроп и дата конектор/хијерархијске архитектуре.

Уницаст архитектура: позната је и као архитектура један-на-један, овде главна станица може да комуницира само са једном излазном станицом, док у мултидроп архитектура главна станица може да комуницира са више од једног излазног уређаја што значи да може да комуницира са више уређаја ван станице. Конектор података/хијерархијска архитектура је комбинација мултидроп и уницаст архитектуре.

ДНП3 комуникациони протокол се обично користи за електрична предузећа, воду и канализацију, нафту и гас, транспорт и друга СЦАДА окружења. Омогућава вам да видите важне нивое у реалном времену и историјски, а то могу бити температура, влажност, ниво батерије, напон, ниво горива, итд. Такође вам омогућава да откријете проблеме и брзо исправите проблеме, а такође можете елиминисати уска грла и неефикасности.

Дизајнирање ДНП3 протокола се може урадити на основу слојева ОСИ модела као што су дата линк, транспорт, апликацијски и кориснички слој. Овај протокол има флексибилност за повезивање једног мастера преко најмање једне или више излазних станица изнад серијских, као и Етхернет физичких медија.
Друге могуће архитектуре углавном се састоје од различитих мастер конекција са једном излазном станицом и пеер-то-пеер операцијама. Обично, мастер покреће контролне команде да захтева податке од или активира уређаје којима се управља преко ван станице. Ова излазна станица једноставно реагује на господара преносом одговарајућих информација.

Заснован на ОСИ моделу, ДНП3 протокол укључује четири слоја Дата Линк, Транспорт Фунцтион, Апплицатион & Усер Лаиер. Овде ће слој везе података на дну учинити физичку везу поузданијом адресирањем и откривањем грешака. Транспортна функција једноставно саставља оквире слоја везе у фрагменте слоја апликације. Овај слој преузима целу поруку и одређује који подаци су пожељнији од претходног корисничког слоја. Свака порука може имати неколико типова података као што су аналогни, бинарни и бројач улаза и излаза.

Како функционише ДНП3 протокол?

ДНП3 протокол једноставно функционише коришћењем 27 основних кодова функција за омогућавање комуникације између главних станица и удаљених јединица. Тако да ће неки кодови функција омогућити мастеру да затражи и добије информације о стању са удаљеног уређаја, а други кодови функција ће дозволити мастеру да одлучи или исправи конфигурацију удаљене јединице.

Неколико кодова функција се углавном користи у ДНП3 главној станици за контролу опреме или удаљене јединице на удаљеним локацијама. ДНП3 главна станица даје већину комуникације удаљеном уређају ДНП3. Али, нежељена порука (о/п порука) се покреће преко удаљене јединице и генерише аларм. Тако да ова порука даје упозорење мастеру када се појави аларм.

Функцијски кодови

Функцијски кодови ДНП3 укључују следеће.

ДНП3 формат поруке

Структура формата поруке ДНП3 је приказана испод. Ако испитамо ову структуру, можемо приметити да се поруке размењују између мастера и даљинских управљача. Протокол серијске телеметрије (ТБОС) је оријентисан на бајтове разменом једног бајта за комуникацију.

Проширени протоколи серијске телеметрије као што је ТАБС су оријентисани на пакете са пакетима бајтова који се размењују за комуникацију. Ови пакети обично укључују бајтове заглавља, података и контролне суме. ДНП3 протокол је пакетно оријентисан и користи структуру пакета која је приказана на следећој слици.

У горњем дијаграму формата поруке, ДНП3 АСДУ (апликациона сервисна јединица података) је драгоцена за прилагођавање паметног садржаја који се контролише и кроз квалификаторе и кроз поља индекСизе. Дакле, овај дизајн ће учинити да подаци апликације буду доступни у оквиру флексибилних конфигурација.

Хајде сада да разговарамо о томе како се подаци размењују, посебно у слојевитом комуникацијском моделу.
Апликациони слој у горњем дијаграму комбинује АСДУ (јединицу података за апликациону услугу) и упаковани објекат помоћу АПЦИ (контрола апликационог протокола) блока да би се направио АПДУ (јединица података апликационог протокола).

Транспортни слој ће разбити јединицу података услуге апликације или АПДУ на различите сегменте са максималном величином од 16 бајтова и паковаће их помоћу 8-битног заглавља контроле транспорта и 16-битних сегментних ЦРЦ сепаратора у транспортни оквир.

Слој везе је мапиран на 4-слојни модел који је развијен кроз ДоД (Департмент оф Дефенсе) кроз ДоД Интернет Лаиер изостављен. Ако се користи серијски транспорт, онда се склапање пакета врши и налази на транспортном медију за испоруку.

Ако се пакет преноси преко ЛАН или ВАН мреже, тада се 3 ДНП3 слоја умотају у први слој. Пакет који је састављен може се умотати у ТЦП (Протокол за контролу транспорта) преко транспортног слоја који је умотан у ИП (Интернет Протоцол) преко интернет слоја. УДП (Усер Датаграм Протоцол) се такође може користити, али представља неке додатне проблеме повезане са поузданом испоруком унутар препуних мрежа.

ДНП3 формат података

ДНП се у великој мери користи у контроли порука које пролазе између централне станице и контролних јединица. Формат података ДНП3 углавном укључује два одељка, заглавље и секције података. Даље, заглавље је подељено на шест подсекција.

Формат оквира података и потребна величина сваког поља приказани су на горњој слици. У овом дијаграму, Синц је прво поље које има 1 бајт и специфицира почетак оквира.
Ова вредност поља је фиксна на 0564, тако да када се оквир прими испитивањем положаја поља за синхронизацију, мапирање може да се уради ефикасно.

Дужина поља обезбеђује целу дужину оквира тако да се одређени бафер може доделити на одредишту за задржавање долазних оквира. Дакле, други оквир је „Контролно поље“ које описује контролну акцију која је потребна да се захтева на крају пријемника.

Контролно поље ће укључивати хексадецималну вредност 41, иначе 42 на основу типа акције. Након тога, поље одредишна и изворна адреса ће обезбедити предвиђене адресе примаоца и чвор за слање.
ЦРЦ или Цицлиц Редунданци Цхецк је последње поље које ће помоћи у верификацији грешке оквира. Вредност провере је повезана са поруком у време слања која ће бити унакрсно верификована на крају пријема. Када се ова вредност поклопи, онда она одређује непостојање грешке у оквиру. Одељак података је 2 до 4 бајта, али нема никакву улогу у контроли проласка порука.

Горња слика приказује контролну поруку која се преноси у формату ДНП3 од једне станице до друге попут контроле до одредишта. За комуникацију различитих акција до одредишта, поља као што су контролно поље као и адреса одредишта, док се нека поља неће мењати за све комуникације.

Пример ДНП3 система за праћење

Дијаграм главног ДНП3 и система за даљинско праћење је приказан испод. Овај модел се користи за пренос података између два уређаја као што су главни и даљински користећи ДНП3.

ДНП3 мастер и дијаграм система за даљинско праћење су приказани испод. Овај модел се користи за пренос података између два уређаја као што су главни и даљински користећи ДНП3. Овде је мастер рачунар, а подређени или даљински је излазна станица. Пренесени подаци су или статички подаци, подаци о догађајима и прихватају нежељене податке о догађајима.

Протокол ДНП3 се обично користи између главног (рачунара) и удаљеног (оутстатион). Овде се мастер користи да обезбеди интерфејс између менаџера људске мреже као и система за праћење. Даљински управљач обезбеђује интерфејс између главног и физичког уређаја који се контролише или надгледа.

И главни и даљински користе заједничку библиотеку објеката за размену података. Овде су подаци. ДНП3 протокол је анкетирани протокол који укључује могућности које су пажљиво дизајниране. Када се главна станица повеже са даљинским управљачем, онда се може извршити испитивање интегритета што је веома значајно за адресирање ДНП3 јер за тачку података враћају све бафероване вредности и такође садрже садашњу вредност тачке.

Генерално, ДНП3 драјвери могу рутински да обављају различите анкете попут анкете интегритета, класе 1, класе 2 и класе 3. У анкети интегритета, ДНП3 једноставно захтева од ван станице да пренесе своју класу 1, класу 2 и класу 3 подаци о догађајима и статички подаци класе 0 у хронолошком реду. Анкета интегритета се обично користи за синхронизацију база података ДНП3 мастер и славе и стога има тенденцију да се додељује спора стопа анкете. Типично, анкете класе 1, класе 2 и класе 3 се користе за опоравак појединачних догађаја у класи по променљивим стопама на основу важности тих догађаја, критичнији догађаји се додељују класама које имају бржу стопу анкетирања.

Разлика између ДНП3 и ИЕЦ 61850

Разлика између ДНП3 и ИЕЦ 61850 укључује следеће.

Разлика између ДНП3 и Модбус-а

Разлика између ДНП3 и Модбус-а укључује следеће.

ДНП3 за и против

Тхе предности ДНП3 протокола Укључујем следеће.

• ДНП3 је протокол отвореног стандарда, тако да сваки дизајнер може дизајнирати ДНП3 опрему која је добро усклађена са другом ДНП3 опремом.
• ДНП3 пружа многе могућности захваљујући интелигентном и робусном протоколу.
• Може да захтева и одговори преко неколико типова података у оквиру једне поруке
• Омогућава неколико мастер & пеер-то-пеер операција
• Подржава стандардни формат времена и временску синхронизацију.
• Трошкови софтвера ће бити смањени.
• Нема захтева за преводиоце протокола.
• Мање одржавања и тестирања.

Недостаци ДНП3 протокола укључују следеће.

ДНП3 користи серијски РТУ и надограђује га преко Етхернет РТУ (ЕРТУ). Ако пропусни опсег комуникационог канала до те станице такође није побољшан, тада ће корисник имати спорију везу због додатних трошкова имплементираних у омотавању ДНП3 кроз ТЦП/ИП.

ДНП3 апликације

Тхе ДНП3 апликације укључи следеће.

• ДНП3 омогућава комуникацију различитих уређаја унутар система за аутоматизацију процеса.
• Различите комуналне компаније широко користе овај протокол за системе телеметрије за гас, електричну енергију и воду.
• Користи се у СЦАДА комуникацијама.
• Комуникациони протокол ДНП3 се користи у даљинским и СЦАДА системима за надзор.
• Ово је применљиво у целом СЦАДА окружењу које укључује од главног до удаљеног и РТУ до ИЕД комуникације, као и у мрежним апликацијама.

Дакле, ради се о томе преглед ДНП3 протокола – рад са апликацијама. Тхе Спецификација ДНП3 протокола углавном зависи од модела објекта. Дакле, овај модел једноставно смањује мапирање битова података које је обично неопходно код других мање објектно оријентисаних протокола. За СЦАДА техничаре и инжењере, поседовање неких унапред дефинисаних објеката ће учинити ДНП3 удобнијим оквиром за дизајн и примену. Ево питања за вас, који је протокол?