کشف پروتکل‌های ارتباطی صنعتی: DNP3، Modbus TCP و IEC104

پروتکل‌های ارتباطی در سیستم‌های اتوماسیون: کلیدهای ارتباطی برای کارایی و اطمینان

کشف پروتکل‌های ارتباطی صنعتی: در سیستم‌های اتوماسیون، ارتباطات میان دستگاه‌ها و سیستم‌ها حیاتی هستند. این ارتباطات معمولاً از طریق پروتکل‌های خاصی انجام می‌شوند که به ارتباطات صنعتی کارآمد و متمرکز تبدیل شده‌اند. پروتکل‌های صنعتی  DNP3، Modbus TCP  و  IEC 104  از مهم‌ترین پروتکل‌های مورد استفاده در این زمینه هستند. در این مقاله از داتیس، با ویژگی‌ها و کاربردهای این پروتکل‌ها آشنا خواهید شد و می‌توانید با اطمینان نسبت به خرید ابزار دقیق اقدام کنید.

  پروتکل DNP3 

پروتکل  DNP3  (شبکه‌های توزیع گسترده 3) یک مجموعه پروتکل ارتباطی است که در سیستم‌های اتوماسیون به کار می‌رود. این پروتکل برای ارتباط بین تجهیزات مختلف کنترل و جمع‌آوری داده طراحی شده است و نقش مهمی در سیستم‌های  SCADA  دارد. پروتکل DNP3 به شما امکان می‌دهد تا بیش از 65 هزار دستگاه را به یک لینک آدرس‌دهی متصل کنید و ارتباط بین دستگاه‌هایی با تولیدکنندگان مختلف برقرار نمایید، بدون نیاز به پروتکل‌های اضافی و با کاهش هزینه‌های کلی.

به طور ساده، پروتکل DNP3 برای انتقال دیتا بین نقاط مختلف با استفاده از سریال RS232،  RS485و IP  (لایه 3 ارتباط) به کار می‌رود. هدف این پروتکل بهینه‌سازی انتقال اطلاعات و فرمان‌های کنترلی از یک  Master  به  Slave  است. این پروتکل برای انتقال دیتاهای سنگین و حجیم طراحی نشده و بیشتر در کاربردهای ساده‌تری مانند  SCADA  استفاده می‌شود.

ویژگی‌های پروتکل DNP3

در ادامه به برخی از مهم‌ترین ویژگی‌های پروتکل  DNP3 می‌پردازیم:

– انعطاف‌پذیری:  پروتکل DNP3 می‌تواند با طیف گسترده‌ای از تجهیزات مانند RTUها (واحدهای ترمینال از راه دور)، IEDها  (دستگاه‌های الکترونیکی هوشمند) و PLCها (کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی) ارتباط برقرار کند.

– قابلیت اطمینان:  این پروتکل از مکانیزم‌های مختلفی مانند checksumها و retransmissions  برای تضمین تحویل قابل‌اعتماد داده‌ها استفاده می‌کند.

– امنیت:  پروتکل DNP3 از رمزنگاری و احراز هویت برای محافظت از داده‌ها در برابر دسترسی غیرمجاز بهره می‌گیرد.

– پایداری در شبکه‌های نامطمئن:  این پروتکل برای استفاده در شبکه‌های نامطمئن طراحی شده و از ویژگی‌هایی مانند بازیابی اتصال و حفظ داده‌ها در صورت قطع اتصال استفاده می‌کند.

– سادگی:  پروتکل DNP3 نسبت به سایر پروتکل‌های **SCADA** مانند **IEC 60870-5** ساده‌تر بوده و پیاده‌سازی آن آسان‌تر است.

این پروتکل‌ها به بهبود کارایی و اطمینان سیستم‌های اتوماسیون کمک می‌کنند و از اجزای حیاتی در دنیای ارتباطات صنعتی به شمار می‌روند. با شناخت دقیق این پروتکل‌ها می‌توانید بهترین انتخاب‌ها را برای سیستم‌های خود داشته باشید.

کاربردهای پروتکل DNP3

پروتکل  DNP3  به عنوان یک پروتکل ارتباطی صنعتی، در صنایع مختلف برای کنترل، نظارت و انتقال داده‌ها کاربرد گسترده‌ای دارد. برخی از کاربردهای اصلی آن عبارت‌اند از:

–  صنایع برق:  DNP3 در صنایع برق برای کنترل و نظارت بر تجهیزات مختلفی مانند ترانسفورماتورها، کنتورهای برق، سوئیچ‌های برق و سایر تجهیزات استفاده می‌شود. همچنین، این پروتکل در شبکه‌های توزیع و ایستگاه‌های تولید برق به کار می‌رود.

–  صنعت آب و فاضلاب:  در صنایع آب و فاضلاب، DNP3 برای کنترل و نظارت بر تجهیزات مانند پمپ‌ها، مخازن آب، سیستم‌های تصفیه آب و فاضلاب و سیستم‌های توزیع آب استفاده می‌شود.

–  صنایع نفت و گاز:  DNP3 در صنایع نفت و گاز برای کنترل و نظارت بر تجهیزات مختلف مانند ایستگاه‌های گاز، پالایشگاه‌ها، خطوط لوله و دیگر تجهیزات ابزار دقیق به کار می‌رود.

– صنایع فرآیندی:  در صنایعی مانند صنایع شیمیایی، فولاد، خودروسازی و سایر صنایع فرآیندی که نیاز به کنترل فرآیندهای تولیدی دارند، DNP3 می‌تواند برای کنترل و نظارت بر تجهیزات و فرآیندهای مختلف استفاده شود.

به‌طورکلی، DNP3 در صنایعی که نیاز به کنترل دقیق، نظارت و ارتباطات پایدار دارند، به کار می‌رود و به عنوان یک پروتکل قابل‌اعتماد و امن برای انتقال داده‌ها شناخته می‌شود.

امنیت در پروتکل DNP3

پروتکل DNP3 در ابتدا برای محیط‌های صنعتی ایزوله طراحی شده بود که امنیت در آن‌ها به اندازه امروز ضروری نبود. با افزایش وابستگی به شبکه‌های صنعتی و اتصال آن‌ها به اینترنت، امنیت DNP3 به یک دغدغه مهم تبدیل شده است. برخی از ویژگی‌ها و مکانیسم‌های امنیتی در DNP3 عبارت‌اند از:

–  رمزنگاری داده:  از رمزنگاری برای محافظت از داده‌های ارسالی استفاده می‌شود. این رمزنگاری بر اساس استانداردهای قوی انجام می‌شود تا داده‌ها در طول انتقال از مخاطرات احتمالی محافظت شوند.

–  احراز هویت و اجازه دسترسی:  DNP3 قابلیت احراز هویت دستگاه‌ها و کاربران را فراهم می‌کند و مکانیسم‌هایی برای تعیین سطوح دسترسی و محدود کردن آن به داده‌ها و عملیات مختلف در نظر گرفته شده است.

–  امضاء داده‌ها:  این پروتکل از امضاء داده‌ها برای اطمینان از اصالت و انکارناپذیری آن‌ها استفاده می‌کند. این امضاء‌ها به عنوان ابزاری برای تشخیص تغییرات غیرمجاز در داده‌ها به کار می‌روند.

–  مدیریت رخدادها و گزارش‌دهی امنیتی:  DNP3 دارای قابلیت مدیریت و ثبت رخدادهای امنیتی است که به مدیران شبکه امکان مشاهده و تحلیل فعالیت‌های مرتبط با امنیت را می‌دهد.

پروتکل Modbus TCP 

پروتکل  Modbus TCP  یکی از نسخه‌های پروتکل Modbus است که برای انتقال داده‌ها بین دستگاه‌های مختلف در شبکه‌های  TCP/IP  استفاده می‌شود. Modbus یک پروتکل صنعتی است که برای ارتباط با تجهیزات مختلف مانند  PLCs  (کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی)،  RTUs  (واحدهای ترمینال از راه دور)، سنسورها و دیگر دستگاه‌های الکترونیکی کاربرد دارد.

ویژگی‌های پروتکل Modbus TCP

پروتکل Modbus TCP ویژگی‌های مختلفی دارد که آن را برای کاربردهای صنعتی مفید و مورد استفاده قرار می‌دهد. برخی از این ویژگی‌ها عبارت‌اند از:

–  استفاده از TCP/IP:  این پروتکل از TCP/IP برای ارتباطات شبکه استفاده می‌کند که امکان ارسال و دریافت داده‌ها بین دستگاه‌های مختلف را فراهم می‌سازد.

– پشتیبانی از شبکه‌های Ethernet:  معمولاً این پروتکل بر روی شبکه‌های Ethernet اجرا می‌شود که قابلیت انتقال داده‌های بزرگ و سریع را فراهم می‌کند.

–  امنیت:  Modbus TCP می‌تواند از ویژگی‌های امنیتی از جمله رمزنگاری اطلاعات استفاده کند که اطمینان از امنیت ارتباطات شبکه را ایجاد می‌کند.

–  سادگی و قابلیت استفاده:  با استفاده از TCP/IP و معماری ساده‌اش، این پروتکل سادگی در پیاده‌سازی و استفاده را فراهم می‌کند.

کاربردهای پروتکل Modbus TCP

پروتکل Modbus TCP در بسیاری از صنایع و کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرد و به عنوان یکی از پروتکل‌های محبوب ارتباطی در صنایع اتوماسیون صنعتی شناخته می‌شود. برخی از کاربردهای اصلی آن عبارت‌اند از:

–  کنترل صنعتی و اتوماسیون:  Modbus TCP برای ارتباط با تجهیزات صنعتی مختلف به کار می‌رود.

–  نظارت و مانیتورینگ:  این پروتکل برای نظارت بر عملکرد تجهیزات و سیستم‌ها استفاده می‌شود.

–  ادغام با سیستم‌های SCADA: Modbus TCP به راحتی با سیستم‌های SCADA ادغام می‌شود و داده‌های مورد نیاز را منتقل می‌کند.

–  مانیتورینگ و کنترل سیستم‌های انرژی:  این پروتکل در سیستم‌های مدیریت انرژی برای نظارت و کنترل استفاده می‌شود.

–  اتوماسیون ساخت:  Modbus TCP در فرآیندهای تولید و ساخت برای اتوماسیون و کنترل تجهیزات استفاده می‌شود.

امنیت در پروتکل Modbus TCP

امنیت در پروتکل Modbus TCP بسیار حیاتی است، زیرا این پروتکل برای ارتباط بین دستگاه‌های مختلف در صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد و حفاظت از داده‌ها و سیستم‌ها در برابر حملات مخرب اهمیت بالایی دارد. برخی از رویکردها و مکانیزم‌های امنیتی برای تضمین امنیت در Modbus TCP عبارت‌اند از:

–  استفاده از ارتباط امن (SSL/TLS:  برای افزایش امنیت، می‌توان از پروتکل‌های امنیتی مانند SSL یا TLS برای رمزنگاری داده‌ها و ایجاد ارتباط امن بین دستگاه‌ها استفاده کرد.

–  مکانیزم‌های تایید صحت داده‌ها:  برای اطمینان از صحت داده‌ها، می‌توان از مکانیزم‌های تایید صحت داده‌ها مانند CRC یا HMAC بهره گرفت.

–  به‌روزرسانی مداوم:  بررسی و به‌روزرسانی مداوم سیستم‌ها و نرم‌افزارها به منظور برطرف کردن آسیب‌پذیری‌ها و افزایش امنیت از اهمیت بسیاری برخوردار است.

تفاوت پروتکل‌های ارتباطی Modbus و Modbus TCP

تفاوت اصلی بین پروتکل Modbus  و  Modbus TCP  در لایه ارتباطی استفاده‌شده برای انتقال داده‌ها است. اگرچه هر دو پروتکل از Modbus برای ارتباط با تجهیزات صنعتی استفاده می‌کنند، اما Modbus TCP از لایه  TCP/IP  برای ارتباطات شبکه استفاده می‌کند، در حالی که Modbus از لایه‌های فیزیکی و لایه مدل  OSI  بهره می‌برد. این تفاوت در لایه ارتباطی باعث می‌شود که Modbus TCP برای ارتباطات شبکه‌ای مدرن و انتقال داده‌های سریع‌تر مناسب‌تر باشد.

پروتکل IEC104 

پروتکل IEC104، که به‌طور کامل IEC 60870-5-104 نامیده می‌شود، یک استاندارد ارتباطی است که برای انتقال داده‌ها و کنترل تجهیزات در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی (SCADA) استفاده می‌شود. این پروتکل به‌عنوان یکی از پروتکل‌های ارتباطی محبوب در صنایع برق، آب، گاز و سایر صنایع صنعتی شناخته می‌شود.

ویژگی‌های پروتکل IEC104

پروتکل IEC104 دارای ویژگی‌های متعددی است که آن را به یک استاندارد موثر برای ارتباط در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی تبدیل کرده است. برخی از ویژگی‌های اصلی این پروتکل عبارت‌اند از:

پشتیبانی از معماری مستقر: این پروتکل برای استفاده در محیط‌های اتوماسیون صنعتی و محیط‌های پرترافیک طراحی شده و می‌تواند در بسترهای با زیرساخت‌های مختلف استفاده شود.

ارسال داده‌های زمان واقعی: پروتکل IEC104 جهت انتقال داده‌های زمان واقعی مانند ولتاژ، جریان، دما و داده‌های دیگر که نیازمند پاسخ در زمان واقعی هستند، طراحی شده است.

پشتیبانی از انتقال داده‌های چندگانه: این پروتکل امکان انتقال داده‌های چندگانه (Multiple Data Sets) را فراهم می‌کند که به کاربران اجازه می‌دهد اطلاعات متفاوتی را همزمان ارسال و دریافت کنند.

کاربردهای پروتکل IEC104

پروتکل IEC104 کاربردهای گسترده‌ای در صنایع و بخش‌های مختلف دارد. برخی از کاربردهای این پروتکل شامل موارد زیر است:

کنترل تولید و توزیع برق: استفاده در شبکه‌های برق برای نظارت و کنترل تجهیزات مختلف.

مانیتورینگ و کنترل سیستم‌های آب و فاضلاب: نظارت بر پمپ‌ها، مخازن آب و سیستم‌های تصفیه.

کنترل سیستم‌های گاز و نفت: نظارت بر خطوط لوله، ایستگاه‌های تقویت فشار و سایر تجهیزات.

مدیریت ترافیک و حمل و نقل: کنترل سیستم‌های حمل و نقل و ترافیک برای بهبود کارایی.

مدیریت ساختمان‌ها و تجهیزات تهویه: استفاده در سیستم‌های مدیریت ساختمان برای کنترل تهویه و دیگر تجهیزات.

امنیت در پروتکل IEC104

امنیت در پروتکل IEC104 یکی از موارد ضروری است که باید در استفاده از این پروتکل در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی مدنظر قرار گیرد. این پروتکل برای ارتباط و کنترل در محیط‌های حساسی مورد استفاده قرار می‌گیرد و هرگونه تخلف یا دستکاری در این ارتباط می‌تواند پیامدهای جدی ایجاد کند. برای افزایش امنیت در پروتکل IEC104، موارد زیر باید مدنظر قرار گیرند:

رمزنگاری داده‌ها: برای محافظت از داده‌های ارسالی و جلوگیری از دسترسی غیرمجاز.

احراز هویت و دسترسی محدود: تعیین سطوح دسترسی و احراز هویت کاربران و دستگاه‌ها.

مدیریت رخدادها و لاگ‌ها: ثبت و تحلیل رخدادهای امنیتی برای شناسایی و پاسخ به تهدیدات.

مکانیزم‌های تایید صحت داده‌ها: اطمینان از صحت و عدم تغییر داده‌های ارسالی.

جمع ‌بندی

پروتکل‌های ارتباطی در سیستم‌های اتوماسیون، زبان مشترکی را برای تبادل اطلاعات بین دستگاه‌ها و اجزای مختلف سیستم فراهم می‌کنند. بدون این پروتکل‌ها، سیستم‌های اتوماسیون قادر به برقراری ارتباط و همکاری با یکدیگر نخواهند بود. در این مقاله به آشنایی با پروتکل‌های DNP3, Modbus TCP, IEC104 پرداخته شد. شما با مطالعه این مطلب می‌توانید بهترین پروتکل را برای سیستم خودتان انتخاب کنید. از اینکه تا انتهای این مقاله همراه ما بودید، صمیمانه سپاسگزاریم.

اگر به مقالات مرتبط با ابزار دقیق علاقه مندید میتوانید در قسمت مقالات سایت، مقالات دیگر را نیز بررسی کنید.