آموزشی

توصیف و تجزیه و تحلیل پروتکل IEC104 (پارت اول)

پروتکل IEC104
پروتکل IEC104پروتکل IEC 60870-5-104 (که با اسم مستعار پروتکل IEC104 نیز شناخته می شود) قسمتی از تجهیزات تله کنترل IEC وسیستم های استاندارد IEC 60870-5می باشد که یک پروفایل ارتباطی را  ارائه می دهد تا بتوان پیام های تله کنترلی پایه را  بین دوسیستم مجزا در مهندسی برق و اتوماسیون سیستم های قدرت ارسال کرد.تله کنترل (به انگلیسیTelecontrol) به معنای انتقال supervisory data ودرخواست های data acquisition برای کنترل شبکه های انتقال قدرت است.پروتکل IEC104 ،دسترسی شبکه بهIEC 60870-5-101 (که با اسم مستعارپروتکل IEC104 نیز شناخته می شود) را با استفاده از پروفایل transport استاندارد ارائه کرده و فراهم می کنند.به عبارتی ساده ،پروتکل IEC104 پیام های پروتکل IEC104 را به عنوان داده های نرم افزاری (L7) از طریق TCP,پورت 2404 تحویل می دهد.پروتکل IEC104 ارتباط بین ایستگاه کنترل ویک ایستگاه فرعی را از طریق شبکه ی TCP/IP استاندارد فعال می کند به طوری که این ارتباط براساس مدل client-server هست.در این مقاله قصد داریم یک مرور اجمالی از پروتکل IEC104 را برای شما عزیزان ارائه دهیم ومدل ارتباطی این پروتکل را توصیف کنیم.بخش اصلی این مقاله توصیف پروتکل پروتکل IEC104  به ویژه فرمت های APCI و ASDU هست.همانند دیگر پروتکل های مانیتورینگ ،پروتکل IEC104 ،فرمت ASDU را که شامل اطلاعات اشیاء و المان های که بخش های اصلی IEC 104 را تشکیل می دهند را انتقال می دهد.این مقاله بخشی از پروژه ی تحقیقاتی IRONSTONE1 است که بر روی نظارت امنیتی از شبکه های IoT تمرکز دارد.

ارتباط IEC 60870-5

معرفی استاندارد IEC 60870-5 کمسیون بین المللی الکترومکانیکی (IEC) استانداردهای IEC 60870 برای تله کنترل و کنترل از راه دور( supervisory control و data acquisition) در برنامه های مهندسی برق وسیستم های اتوماسیون صنعتی واتوماسیون تعریف می کند.IEC 60870-5 شامل بخش های زیر تحت عنوان سیستم ها وتجهیزات تله کنترل ویا کنترل از راه دور( Telecontrol Equipment and Systems) می باشد –  این پروتکل شالمل 5 قسمت مختلف می باشد که در ادامه همه قسمت ها را باذکر اسم آنها به صورت اجمالی تعریف می کنیم.5 قسمت  پروتکل های انتقال IEC 60870-5 عبارتند از:
  • الف- IEC 60870-5-1 فرمت های انتقال فریم:این پروتکل عملیات لایه های فیزیکی وارتباط داده را توصیف می کند به طوری که این پروتکل انتخاب چهار نوع داده های پیوند داده FT1.1, FT1.2, FT2 و FT3را با طول ثابت ومتغییر را فراهم می کند.
  • ب-IEC 60870-5-2 Link Transmission Procedures: این پروتکل توصیف اولیه خدمات و روش های انتقال که به دو صورت انتقال نامتعادل و انتقال متعادل است می باشد. همچنین توصیف می کند که آیا انتقال می تواند تنها توسط ایستگاه اصلی یا هر ایستگاه آغاز شود.
  • ج-IEC 60870-5-3 ساختار کلی داده های برنامه:این پروتکل ساختار کلی داده ها را در سطح برنامه، قوانین برای ایجاد واحد داده های برنامه کاربردی و غیره را مشخص می کند.
  • د-IEC 60870-5-4 تعریف و کدگذاری عناصر اطلاعات برنامه:این پروتکل ،تعریف عناصر اطلاعات را فراهم می کند و مجموعه ای از عناصر اطلاعاتی مورد استفاده در برنامه های کاربردی کنترل از راه دور را تعریف می کند. این  قسمت شامل عناصر عمومی مانند عدد صحیح با علامت و یا بدون علامت، اعداد ثابت یا شناور، رشته های بیت ریز و عناصر زمان می باشد.
  • خ-IEC 60870-5-5 توابع کاربردی پایه:این توابع بالاترین سطح پروتکل انتقال را شرح می دهد که شامل اولیه سازی ایستگاه، روش های دستیابی به داده ها، هماهنگ سازی ساعت، انتقال دستورات، شمارش توتالزر و انتقال فایل ها ست.
IEC همچنین استانداردهای همراهی را برای وظایف تله کنترلی پایه، انتقال مجموع کل، تبادل داده ها و دسترسی به شبکه ایجاد کردکه عبارتند از:
  1.  توسعه ی پروتکل های  IEC 60870-5-101 و IEC 60870-5-104 (با استفاده از IEC 62351) به پروتکل امنیتی IEC TS 60870-5-7
  2.  پروتکل های انتقال(IEC 60870-5-101 (1995 – استانداردهای هماهنگ برای وظایف تله کنترل اولیه
  3. پروتکل های انتقال  (IEC 60870-5-102 (1996 -استاندارد هماهنگ برای انتقال کل تلفیقی در سیستم های برق
  4. پروتکل های انتقال (IEC 60870-5-103 (1997- استاندارد همسان برای رابط اطلاعاتی تجهیزات حفاظت
  5. پروتکل های انتقال ( IEC 60870-5-104 (2000- دسترسی به شبکه برای IEC 60870-5-101 با استفاده از پروفایل های ترنسپورت استاندارد
  6. پروتکل انتقال IEC TS 60870-5-601 :موارد آزمون سازگاری برای استانداردهای IEC 60870-5-101
  7. IEC TS 60870-5-604 موارد آزمون همبستگی  استاندارد IEC 60870-5-104
پشته پروتکل IEC 60870-5 مبتنی بر مدل مرجع کاهش یافته به نام (Advanced Performance Architecture (EPA است که شامل سه لایه مدل ISO OSI: لایه کاربردی (L7)، لایه لینک (L2) و لایه فیزیکی (L1) است . 
معماری عملکرد پیشرفته (EPA)
توابع کاربردی انتخاب شده از IEC 60870-5-5فرآیند کاربر
انتخاب عناصر اطلاعات برنامه IEC 60870-5-4لایه کاربرد (L7)
رویس داده های خدماتی انتخاب شده از IEC 60870-5-3
IEC 60870-5-2 روشهای انتقال لینک انتخاب شدهلایه لینک (L2)
فریم های منتخب IEC 60870-5-1
انتخاب ITU-Tلایه فیزیکی (L1)
 
  • لایه فیزیکی مشخصات سخت افزاری مربوط به رابط های IEC 60870-5-101 / IEC 60870-5-104 را تعریف می کندکه شامل تعریف رابط های ارتباطی  (V.24 / V.28 FSK، V.24 / V.28 مودم، X.24 / X.27 همزمان)، تنظیمات شبکه (نقطه به نقطه، چند نقطه به نقطه، ستاره چند نقطه ای، خط چند نقطه ای، چند نقطه ای) می باشد.
  • لایه داده ها  فرمت های فریم ها (FT1.2 با طول ثابت یا متغیر)، ترتیب بیت اطلاعات (با شروع از LSB و پایان دادن به MSB) و روش های انتقال (حالت متعادل یا عدم توازن، ایستگاه اصلی یا ثانویه، ارسال / پاسخ دادن، ارسال / تأیید، درخواست / پاسخ خدمات، پیاده سازی اولیه) را مشخص می کند .
  • لایه برنامه عناصر اطلاعات را برای ساخت داده های برنامه و سرویس های ارتباطی تعریف می کند. این ساختار پیام کلی، ساختار ASDU ، آدرس پیام و مسیریابی، عناصر اطلاعات و مجموعه ای از ASDU ها را تعریف می کند.

انتقال:

IEC 60870-5-101 مشخصات ارتباطی را برای ارسال پیام های مخابراتی پایه ای بین یک ایستگاه کنترل مرکزی (ایستگاه مرکزی، ایستگاه کنترل شده) و ایستگاه های کنترل از راه دور (سوئیچ، ایستگاه کنترل) فراهم می کند که از مدارهای مداوم دائمی مرتبط بین ایستگاه مرکزی و ایستگاه های فردی استفاده می کنند.مشخصات IEC 104 شامل لایه کاربردی IEC 60870-5-101 و توابع ترنسپورت ارائه شده توسط یک TCP / IP (پروتکل انتقال کنترل / پروتکل اینترنت) می باشد.IEC 101 این اجازه را به شما می دهد تا دو روش انتقال دیگر را داشته باشد:
  • انتقال نامتقارن – ایستگاه کنترل ترافیک داده ها را با انتخاب ایستگاه های کنترل شده به ترتیب کنترل می کند. این همه انتقال پیام را آغاز می کند در حالی که ایستگاه های کنترل شده تنها به این پیام ها پاسخ می دهند. خدمات زیر پشتیبانی می شوند:                                                                                                                                                                         o ارسال / پاسخ نهایی – برای پیام های جهانی و برای دستورات نقطه مرکزی o ارسال / تأیید – برای دستورات کنترل و دستورات تنظیم نقطه o درخواست / پاسخ – برای داده های polling از ایستگاه های کنترل شده
  • انتقال متعادل – در این حالت، هر ایستگاه می تواند انتقال پیام را آغاز کند. انتقال متعادل به نقطه به نقطه و چند پیکربندی نقطه به نقطه محدود می شود. خدمات پشتیبانی شده عبارتند از: o ارسال / تأیید o ارسال / عدم پاسخ – این می تواند تنها توسط یک ایستگاه کنترل با یک آدرس broadcast در یک پیکربندی چند نقطه به نقطه آغاز شود.
شکل زیر توپولوژي روتر IEC 104 متصل به سیستم های   SCADA monitoring 104  با استفاده از پروتکل IEC 104 در TCP / IP و سنسورهاي IEC 101 از طريق Modbus RTU با روتررا نشان می دهد.  

ارتباطات

یک مفهوم مهم در درک آدرس تحت IEC 60870-5 ،تفاوت بین مسیرهای کنترل و نظارت است. این یک فرض است که سیستم کلی یک ساختار سلسله مراتبی دارد که شامل کنترل مرکزی است. تحت پروتکل، هر ایستگاه یا ایستگاه کنترل یا ایستگاه کنترل شده است.ارتباطات IEC 101/104 بین ایستگاه کنترل شده و کنترل کننده مبادله می شود. 
  • ایستگاه کنترل شده توسط ایستگاه اصلی (RTU) تحت نظارت یا فرمان قرار می گیرد  این ایستگاههارا با  نام های outstation، ایستگاه از راه دور، RTU، 101-Slave یا 104-Server نامیده می شود.
  • ایستگاه کنترل کننده یک ایستگاهی است که در آن کنترل ایستگاه ها انجام می شود (SCADA) و به طور معمول، این یک کامپیوتر با سیستم SCADA است و همچنین می تواند یک RTU32 نیز  باشد.
 IEC 101/104 چند حالت جهت را تعریف می کند:
  • جهت مانیتور، جهت انتقال از ایستگاه کنترل (RTU) به ایستگاه کنترل (PC) است.
  • جهت هدایت یک جهت انتقال از ایستگاه کنترل است.
  • جهت معکوس ، جهتی است که ایستگاه نظارت در حال ارسال دستورات است و ایستگاه کنترل داده ها را در جهت مانیتور ارسال می کند.

Application data objects

IEC 60870-5 دارای اطلاعاتی در مورد مجموعه ای از اشیاء اطلاعاتی است که برای هر دو برنامه SCADA عمومی و مخصوصا برای برنامه های کاربردی سیستم الکتریکی مناسب است. هر نوع داده ای دارای شماره شناسایی  منحصر به فرد است .فقط یک نوع داده در هر یک از داده های یک سرویس داده خدمات (ASDU) گنجانده می شود. انواع اشیائ اطلاعاتی با جهت (نظارت و کنترل جهت) و نوع اطلاعات (اطلاعات پردازش، اطلاعات سیستم، پارامتر، انتقال فایل) طبقه بندی می شوند.

 

نوشته های مرتبط

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *