DNP3

Das 1993 von GE-Harris Canada entwickelte DNP3 (Distributed Network Protocol) ist ein robustes Kommunikationsprotokoll, das für SCADA-Anwendungen (Supervisory Control and Data Acquisition) entwickelt wurde und Daten über serielle oder IP-Kommunikation überträgt. Es wurde ursprünglich als zuverlässige Kommunikationsmethode für Stromversorger entwickelt, ist aber auch in anderen SCADA-Anwendungen wie Wasser oder Abwasser, der Öl- und Gasindustrie und dem Transportbereich nützlich. Es wird von diesen Branchen wegen seiner Fähigkeit bevorzugt, Daten zuverlässig von entfernten Standorten zu übertragen, um kostspielige Besuche vor Ort zu reduzieren, Wartungsprobleme proaktiv anzugehen, die betriebliche Effizienz zu steigern und behördliche Berichte zu erstellen.

Wie andere offene Protokollstandards bietet DNP3 nahtlose Interoperabilität zwischen Geräten vieler Hersteller, darunter Computer oder Workstations, RTUs (Remote Terminal Units), SPS (Programmierbare Logiksteuerungen), HMIs (Human Machine Interfaces) oder intelligente Geräte, die häufig in Versorgungs-, Industrie- oder Fertigungsumgebungen zu finden sind. Die Verwendung desselben Protokolls in einer gesamten Einrichtung unterstützt eine effiziente, unterbrechungsfreie Kommunikation zwischen allen Geräten. Darüber hinaus ermöglicht die Vermeidung proprietärer Protokolle den Versorgungsunternehmen einen besseren Zugang zu technischem Support sowie eine breitere Auswahl an Geräten von qualifizierten Anbietern.

Wie funktioniert DNP3?

Wie einige andere industrielle Kommunikationsprotokolle ist DNP3 in einer Master / Slave-Beziehung angeordnet, in der Slave-Geräte als “Outstations” bezeichnet werden.” In der Regel ist ein Master-Gerät ein Computer, der sich im Kontrollzentrum eines Dienstprogramms befindet, während eine Außenstation ein Remote-Gerät ist (z., ein Messgerät, RTU, SPS, IED oder Computer) an einer Umspannstation oder einem anderen entfernten Ort. In dieser Hierarchie geben Master-Geräte Befehle an Außenstationsgeräte aus, z. B. zum Starten oder Stoppen eines Motors, zum Ändern eines Spannungspegels, zum Übertragen protokollierter Energiedaten oder zum Schließen eines Leistungsschalters. Mit DNP3 können Außenstationen unter bestimmten Umständen auch die Kommunikation mit Master-Geräten initiieren.

DNP3 ist objektorientiert und nutzt eine Bibliothek mit über 65.000 gängigen, vordefinierten Objekten als Basis der Kommunikation. Die Master- und Outstation-Geräte verwenden beide dieselbe Objektbibliothek, um Informationen zuverlässig auszutauschen. Objekte können nur gelesen, nur geschrieben oder beides sein.

Die Aufgabe der Außenstation besteht darin, Daten zu sammeln und dem Master zu antworten; Antworten fallen in eine von fünf Kategorien:

• Binäre Eingangswerte geben den Zustand eines Geräts an (z. B. EIN oder AUS).
• Analoge Eingangswerte stellen Größen dar, die von der Außenstation gemessen werden, z. B. Spannung, Strom, Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder andere Variablen.
• Der Zählereingang zählt inkrementell Werte wie kWh oder die Anzahl der Zyklen einer Pumpe. Die Funktion ähnelt einem Kilometerzähler, da sie einen Maximalwert erreicht, bevor sie auf Null zurückgesetzt wird.
• Steuerausgänge repräsentieren physikalische Ein/Aus- oder Auslösepunkte.
• Analogausgänge definieren physikalische Analoggrößen, die für Sollwerte verwendet werden können.

Hauptvorteile des DNP3-Protokolls

• Offenes Protokoll: DNP3 ist ein herstellerunabhängiges, offenes Protokoll, das die gleichzeitige Verwendung vieler verschiedener Geräte von einer Vielzahl von Anbietern innerhalb eines einzigen Systems ermöglicht. Benutzer können Lösungen basierend auf individuellen Anforderungen einfach skalieren und erweitern. Das Profildokument jedes Geräts beschreibt seine Konformität mit dem Standard und stellt die Interoperabilität sicher.
• Daten mit Zeitstempel: Kritische Daten werden ereignisprotokolliert oder ereignisbasiert und können lokal gespeichert werden, um sie später abzurufen oder Lücken zu schließen, die durch gestörte Kommunikation verursacht werden. Alle gesammelten Daten werden mit einem Zeitstempel versehen, um einen historischen Kontext bereitzustellen, und können verwendet werden, um genaue Berichte zu erstellen, für die vorausschauende Wartung, für die Durchführung von Root-Case-Analysen oder für Aufsichtsbehörden (wie die EPA) gespeichert werden.
• Unaufgeforderte Meldung: Im Gegensatz zu Protokollen, bei denen Slave-Geräte nach Informationen abgefragt werden müssen, ermöglicht DNP3 den Außenstellen, die Kommunikation mit Mastern zu initiieren. Beispielsweise kann eine Außenstation bei Gerätefehlfunktionen wichtige Informationen an den Master senden, sodass die Situation sofort behoben werden kann, was zu einer Effizienzsteigerung führt.
• Datenklassifizierung: Mit DNP3 können verschiedene Datentypen in “Klassen” unterteilt werden, die angeben, welche Arten von Informationen am kritischsten sind. Zum Beispiel würde eine gemeinsame Zustandsänderung als weniger kritisch angesehen als Alarmdaten, die auf einen Notfall vor Ort hinweisen. Die Prioritätszuweisung für jede Klasse wird vom Benutzer festgelegt, und die Benachrichtigungsrate kann angepasst werden, um die Auswirkungen auf die Netzwerkbandbreite zu verringern.

DNP3 ermöglicht den einfachen Zugriff auf historische und Echtzeitinformationen wie Spannung, Umgebungsbedingungen, Batteriestand und andere kritische Versorgungs- oder Einrichtungsdaten. Dies hilft dem Bediener, Probleme zu identifizieren und zu beheben, bevor sie unerwartete Ausfälle oder Gerätefehlfunktionen verursachen. Probleme können oft von einem einzigen (oft entfernten) Arbeitsplatz aus ohne kostspielige Besuche vor Ort oder persönliche Eingriffe identifiziert werden.