DNP3 современный коммуникационный протокол распределенных систем контроля и управления

Некоторые возможности:

• В большинстве систем распределенного контроля и управления, использующих протокол DNP3, не требуется написания дополнительных программ для реализации функций сбора, обработки, архивирования и передачи информации
• Легко настраивается в средах разработки: TelePACE, ISaGRAF, RealFLO и ClearSCADA
• DNP3 может работать в режимах Ведущий и Ведомый
• DNP3 обеспечивает передачу инициативных сообщений
• Протокол поддерживает работу с событиями типа: изменение состояния и события с меткой времени
• Обмен данными по сетям Ethernet и через интерфейсы RS232/RS485

В настоящее время, в связи с развитием и усложнением сетей сбора информации SCADA-систем, значительно выросла потребность в гибких протоколах передачи данных, которые бы обеспечивали все требования линий связи и при этом были легко конфигурируемыми. Эта задача успешно решается с помощью протокола DNP3.

Все программируемые логические контроллеры SCADAPack и вычислители расхода газов фирмы Control Microsystems поддерживают протокол DNP3.

Введение

Коммуникационный протокол DNP3 ( Distributed Network Protocol - Распределенный Сетевой Протокол) разработан для расширения возможностей взаимодействия между устройствами и системами управления в энергетической, нефтегазовой отраслях, в системах водоснабжения и системах безопасности. Это гибкий, открытый и многоуровневый протокол, который обеспечивает более высокую целостность передаваемых данных, чем обычные коммуникационные протоколы.
DNP3 можно применять на разных уровнях SCADA-систем, как для связи ПЛК с ПЭВМ, так и для связи между устройствами одного уровня в режиме «точка-точка».
Поддержкой и развитием протокола DNP3 занимается группа DNP3 User Group ( www.dnp.org).

Достоинства и возможности DNP3

Контроллеры SCADAPack успешно используются в разных приложениях во многих отраслях промышленности. Применение удобного для использования DNP3 интерфейса позволяет быстро встраивать контроллеры SCADAPack в разнообразные системы контроля и управления. Этому способствуют возможности протокола, которые включают:

• Отправку инициативных сообщений при изменении значений параметров
• Передачу информации с учетом Приоритетов
• Широковещательную рассылку сообщений
• Ведомые устройства могут посылать сообщения нескольким Ведущим устройствам
• Формирование событий с меткой времени
• Хранение данных – до 10.000 событий в контроллере SCADAPack100 и более 30.000 событий в контроллере SCADAPack32
• Расширенную адресацию ПЛК – до 65.535 ПЛК
• Возможность использовать при передаче сообщения большого размера
• Удаленное конфигурирование ПЛК
• Профили настройки DNP3 поставляются с оборудованием

Конфигурация

В программные среды разработки TelePACE, ISaGRAF встроен простой и понятный диалог конфигурирования протокола DNP3. Уровни приложений и данных, периоды опроса, режимы имитации и отображения адресного пространства, маршрутизация сообщений, а также настройка обработки каждой точки ввода/вывода - все настраивается с помощью этого интерфейса.
Большинство приложений DNP3 могут быть сконфигурированы при помощи этого диалога, исключая необходимость в дополнительном программировании.
Приложения TelePACE, ISaGRAF, RealFLO и Firmware Loader поддерживают DNP-соединения с контроллерами.
Используя DNP-соединение, можно загрузить фирменное ПО контроллера и прикладные программы, а также просмотреть их выполнение в режиме отладки.

Дополнительные функции DNP3

При необходимости можно использовать пользовательские логические функции DNP3. Эти функции позволяют приложениям ПЛК инициировать различные DNP-события, включая опросы классов данных, синхронизацию времени, и формирование инициативных ответных сообщений.
Другой комплект дополнительных функций позволяет ПЛК получить доступ к диагностической информации DNP, такой как: состояние соединения DNP, число событий по типу и классу данных, статистика обмена по портам и станциям.

Режим Ведущий - Master

Контроллеры SCADAPack32 и 32P могут работать в режиме Ведущего устройства DNP3 (DNP-master). DNP-master может инициировать запросы на получение статических данных (Class 0), событий (Class 1, 2, 3) и принимать инициативные сообщения от Ведомых устройств (DNP-slaves).
Стандартное DNP-приложение включает в себя контроллер DNP-master, регулярно опрашивающий несколько DNP-slaves контроллеров как это представлено на рисунке слева.

Во многих случаях DNP протокол необходим для маршрутизации сообщений.
Возможности Ведущего устройства, помимо маршрутизации сообщений, позволяют хранить/концентрировать данные с использованием режимов отображения (mapping) и имитации (mimic) . В режиме имитации DNP-master создает в своей памяти «образы» данных удаленных контроллеров для их последующего считывания ПК (SCADA-Host) или другим Ведущим устройством.

Этот режим удобно применять в условиях эпизодических соединений (например, по телефонным линиям).

Это позволяет DNP-мастеру при запросе отправлять SCADA-хосту данные удаленных контроллеров, считанные из «образа» Ведомого-контроллера. В приложениях, где требуется концентрация данных, DNP- master может отображать данные с удаленных объектов в собственные локальные регистры. Эта задача легко решается использованием режима отображения. Он позволяет локальным программам(TelePACE, ISaGRAF) в DNP-master и SCADA-Host, обращаться к данным удаленных контроллеров как к локальным данным DNP- master.

Режим Ведомый - Slave

Все ПЛК SCADAPack и вычислитель расхода газов поддерживают режим DNP3-Ведомый (DNP3-slave).
В режиме DNP3-slave, контроллер передает DNP-мастеру по запросам статические данные (Class 0)  и данные по событиям (Class 1, 2, 3). PLC может посылать инициативные сообщения и маршрутизировать сообщения других DNP-устройств.

Инициативные сообщения

Важной особенностью DNP3 является возможность PLC генерировать отправку незапрошенных (unsolicited) сообщений Ведущему ПЛК /ПК по собственной инициативе. Разбиение данных по уровню приоритета позволяет назначить правила передачи сообщений для каждого класса объектов (1, 2, 3 классы).
Правила передачи сообщений для классов объектов включают в себя:

• Разрешение/Запрет передачи инициативных сообщений
• Настройку интервала между сеансами передачи данных
• Настройку счетчика максимального количества событий в ПЛК, после накопления которых начинается передача данных

Классы объектов

Классификация объектов данных дает возможность осуществлять управление содержимым передаваемых сообщений и отправлять сообщения в соответствии с приоритетами данных, определенными пользователем. Класс данных присваивается независимо от уровня приоритета данных.
Классы объектов могут быть, к примеру, сконфигурированы со следующей структурой приоритетов:

• Class 1 – высший приоритет
• Class 2 – средний приоритет
• Class 3 – низкий приоритет

Class 0 является указанием мастеру для опроса всех объектов данных DNP. Это мгновенные текущие значения параметров.
Мастер опрашивает объекты данных Class 0 не часто и при перезапуске контроллеров DNP (Ведущих и Ведомых).

Ethernet и Последовательное соединение

DNP3 полностью поддерживается на всех коммуникационных RS232 и RS485 портах контроллера SCADAPack и Ethernet TCP/IP портах контроллеров SCADAPack 32, SCADAPack2, SCADAPack ES и SCADAPack ER.