DNP3 प्रोटोकॉल: आर्किटेक्चर, वर्किंग, फंक्शन कोड, डेटा फॉर्मेट और इसके अनुप्रयोग

DNP3 या डिस्ट्रिब्यूटेड नेटवर्क प्रोटोकॉल3 को 1992 में एक जापानी कॉर्पोरेशन द्वारा वितरित सिस्टम के बीच संचार के लिए एक प्रोटोकॉल स्थापित करने के लिए लॉन्च किया गया था। DNP3 नेटवर्क आधारित डिवाइस कंट्रोल प्रोटोकॉल है जो किसी डिवाइस और रिमोट इनपुट / ouput डिवाइस के बीच संचार के लिए उपयोग किया जाता है। यह प्रोटोकॉल मुख्य रूप से एक ऑब्जेक्ट ओरिएंटेड मॉडल पर निर्भर करता है जो डेटा बिट मैपिंग को कम करता है जो आमतौर पर अन्य कम ऑब्जेक्ट-ओरिएंटेड प्रोटोकॉल द्वारा आवश्यक होता है। यह मुख्य रूप से केंद्रीय मास्टर स्टेशनों के साथ-साथ वितरित दूरस्थ इकाइयों के बीच उपयोग किया जाता है जहां केंद्रीय मास्टर स्टेशन केवल मानव नेटवर्क प्रबंधक के साथ-साथ निगरानी प्रणाली के बीच एक इंटरफेस के रूप में काम करता है। वितरित रिमोट यूनिट दूर के क्षेत्रों में देखे और नियंत्रित किए जा रहे मास्टर स्टेशन और भौतिक उपकरण के बीच इंटरफेस है। इन दोनों के बीच डेटा का आदान-प्रदान सामान्य ऑब्जेक्ट लाइब्रेरी द्वारा किया जा सकता है। यह लेख के एक सिंहावलोकन पर चर्चा करता है DNP3 प्रोटोकॉल - अनुप्रयोगों के साथ काम करना।

DNP3 प्रोटोकॉल क्या है?

प्रक्रिया स्वचालन प्रणाली के भीतर विभिन्न घटकों के बीच उपयोग किए जाने वाले संचार प्रोटोकॉल के सेट को DNP3 प्रोटोकॉल के रूप में जाना जाता है। यह प्रोटोकॉल मुख्य रूप से विभिन्न प्रकार के डेटा अधिग्रहण और नियंत्रण उपकरणों के बीच संचार उद्देश्यों के लिए डिज़ाइन किया गया था। तो में स्काडा सिस्टम , यह प्रोटोकॉल एक आवश्यक भूमिका निभाता है जब इसका उपयोग आरटीयू, स्काडा और आईईडी द्वारा किया जाता है।

DNP3 प्रोटोकॉल आर्किटेक्चर और इसकी कार्यप्रणाली

DNP3 एक तीसरा संस्करण वितरित नेटवर्क प्रोटोकॉल है। इसमें एक अखंडता सर्वेक्षण और तीन मतदान स्तर हैं, जहां एक सर्वेक्षण में डेटा को हथियाने के लिए अखंडता सर्वेक्षण का उपयोग किया जाता है।

DNP3 नेटवर्क आर्किटेक्चर यूनिकास्ट, मल्टीड्रॉप और डेटा कनेक्टर/पदानुक्रमित आर्किटेक्चर हो सकता है।

यूनिकास्ट वास्तुकला: इसे वन-टू-वन आर्किटेक्चर के रूप में भी जाना जाता है, यहां मास्टर स्टेशन केवल एक बाहरी स्टेशन से संचार कर सकता है, जबकि मल्टीड्रॉप आर्किटेक्चर मास्टर स्टेशन एक से अधिक बाहरी उपकरणों के साथ संचार कर सकता है जिसका अर्थ है कि यह कई बाहरी उपकरणों के साथ संचार कर सकता है। डेटा कनेक्टर/पदानुक्रमित आर्किटेक्चर मल्टीड्रॉप और यूनिकास्ट आर्किटेक्चर का एक संयोजन है।

DNP3 संचार प्रोटोकॉल आमतौर पर विद्युत उपयोगिताओं, पानी और सीवेज, तेल और गैस, परिवहन और अन्य SCADA वातावरण के लिए उपयोग किया जाता है। यह आपको वास्तविक समय और ऐतिहासिक रूप से महत्वपूर्ण स्तरों को देखने की अनुमति देता है, जो तापमान, आर्द्रता, बैटरी स्तर, वोल्टेज, ईंधन स्तर आदि हो सकता है। यह आपको समस्याओं का पता लगाने और समस्याओं को जल्दी से ठीक करने की अनुमति देता है, और आप बाधाओं को भी खत्म कर सकते हैं और अक्षमताएं।

DNP3 प्रोटोकॉल की डिजाइनिंग OSI मॉडल की परतों जैसे डेटा लिंक, ट्रांसपोर्ट, एप्लिकेशन और यूजर लेयर के आधार पर की जा सकती है। इस प्रोटोकॉल में सीरियल के साथ-साथ ईथरनेट भौतिक मीडिया के ऊपर न्यूनतम एक या उससे अधिक बाहरी स्टेशनों के माध्यम से एकल मास्टर को जोड़ने का लचीलापन है।
अन्य संभावित आर्किटेक्चर में मुख्य रूप से सिंगल आउटस्टेशन और पीयर-टू-पीयर ऑपरेशंस के साथ विभिन्न मास्टर कनेक्शन शामिल हैं। आमतौर पर, मास्टर नियंत्रण कमांड शुरू करता है ताकि बाहरी से प्रबंधित किए जाने वाले उपकरणों से डेटा का अनुरोध या सक्रिय किया जा सके। यह बाहरी स्टेशन उपयुक्त सूचना प्रेषित करके मास्टर को प्रतिक्रिया देता है।

OSI मॉडल के आधार पर, DNP3 प्रोटोकॉल में चार लेयर डेटा लिंक, ट्रांसपोर्ट फंक्शन, एप्लिकेशन और यूजर लेयर शामिल हैं। यहां, सबसे नीचे डेटा लिंक लेयर एड्रेसिंग और एरर डिटेक्शन द्वारा फिजिकल लिंक को और अधिक विश्वसनीय बना देगा। ट्रांसपोर्ट फंक्शन केवल लिंक लेयर के फ्रेम को एप्लीकेशन लेयर के टुकड़ों में असेंबल करता है। यह परत संपूर्ण संदेश लेती है और निर्दिष्ट करती है कि उपरोक्त उपयोगकर्ता परत के लिए कौन सा डेटा पसंद किया जाता है। प्रत्येक संदेश में कई डेटा प्रकार हो सकते हैं जैसे एनालॉग, बाइनरी और काउंटर इनपुट और आउटपुट।

DNP3 प्रोटोकॉल कैसे काम करता है?

DNP3 प्रोटोकॉल केवल मास्टर स्टेशनों और दूरस्थ इकाइयों के बीच संचार की अनुमति देने के लिए 27 मौलिक फ़ंक्शन कोड का उपयोग करके काम करता है। ताकि कुछ फ़ंक्शन कोड मास्टर को रिमोट डिवाइस से जानकारी की स्थिति का अनुरोध करने और प्राप्त करने की अनुमति दें और अन्य फ़ंक्शन कोड मास्टर को रिमोट यूनिट कॉन्फ़िगरेशन को तय करने या सही करने की अनुमति देंगे।

दूरस्थ साइटों पर उपकरण या दूरस्थ इकाई को नियंत्रित करने के लिए कई फ़ंक्शन कोड मुख्य रूप से DNP3 मास्टर स्टेशन में उपयोग किए जाते हैं। DNP3 मास्टर स्टेशन DNP3 के रिमोट डिवाइस के लिए अधिकांश संचार जारी करता है। लेकिन, अवांछित संदेश (ओ/पी संदेश) रिमोट यूनिट के माध्यम से शुरू किया जाता है, और यह अलार्म उत्पन्न करता है। ताकि अलार्म बजने पर यह मैसेज मास्टर को अलर्ट कर दे।

फंक्शन कोड

DNP3 के फ़ंक्शन कोड में निम्नलिखित शामिल हैं।

DNP3 संदेश प्रारूप

DNP3 की संदेश प्रारूप संरचना नीचे दिखाई गई है। यदि हम इस संरचना की जांच करते हैं, तो हम देख सकते हैं कि संदेशों का आदान-प्रदान मास्टर्स और रिमोट के बीच होता है। सीरियल टेलीमेट्री प्रोटोकॉल (टीबीओएस) संचार के लिए एक बाइट का आदान-प्रदान करके बाइट-ओरिएंटेड है।

विस्तारित सीरियल टेलीमेट्री प्रोटोकॉल जैसे TABS पैकेट-उन्मुख होते हैं जिनमें बाइट्स के पैकेट होते हैं जिन्हें संचार के लिए आदान-प्रदान किया जाता है। इन पैकेटों में आमतौर पर हेडर, डेटा और चेकसम बाइट्स शामिल होते हैं। DNP3 प्रोटोकॉल पैकेट-उन्मुख है और पैकेट संरचना का उपयोग करता है जो निम्न आकृति में दिखाया गया है।

उपरोक्त संदेश प्रारूप आरेख में, DNP3 ASDU (एप्लिकेशन सेवा डेटा इकाई) चतुर सामग्री के समायोजन के लिए मूल्यवान है जिसे क्वालिफायर के साथ-साथ इंडेक्ससाइज फ़ील्ड दोनों के माध्यम से नियंत्रित किया जाता है। तो यह डिज़ाइन लचीले कॉन्फ़िगरेशन के भीतर एप्लिकेशन डेटा को सुलभ बना देगा।

अब आइए चर्चा करें कि विशेष रूप से स्तरित संचार मॉडल में डेटा का आदान-प्रदान कैसे किया जाता है।
उपरोक्त आरेख में एप्लिकेशन परत एक APDU (एप्लिकेशन प्रोटोकॉल डेटा यूनिट) बनाने के लिए एक APCI (एप्लिकेशन प्रोटोकॉल कंट्रोल) ब्लॉक द्वारा एक ASDU (एप्लिकेशन सर्विस डेटा यूनिट) और एक पैकेज्ड ऑब्जेक्ट को जोड़ती है।

ट्रांसपोर्ट लेयर एप्लिकेशन सर्विस डेटा यूनिट या APDU को अधिकतम 16 बाइट्स आकार के साथ अलग-अलग सेगमेंट में तोड़ देगा और उन्हें 8-बिट ट्रांसपोर्ट कंट्रोल हेडर और 16-बिट सेगमेंट CRC सेपरेटर द्वारा ट्रांसपोर्ट फ्रेम में पैकेज कर देगा।

लिंक परत को 4-लेयर मॉडल में मैप किया जाता है जिसे डीओडी (रक्षा विभाग) के माध्यम से डीओडी इंटरनेट लेयर के माध्यम से विकसित किया जाता है। यदि सीरियल ट्रांसपोर्ट का उपयोग किया जाता है, तो पैकेट असेंबली की जाती है और डिलीवरी के लिए ट्रांसपोर्ट मीडिया पर स्थित होती है।

यदि पैकेट को LAN या WAN पर प्रेषित किया जाता है, तो 3 DNP3 परतें पहली परत में लुढ़क जाती हैं। जो पैकेट असेंबल किया जाता है उसे टीसीपी (ट्रांसपोर्ट कंट्रोल प्रोटोकॉल) के भीतर ट्रांसपोर्ट लेयर के जरिए लपेटा जा सकता है जो इंटरनेट लेयर के जरिए आईपी (इंटरनेट प्रोटोकॉल) के भीतर लिपटा होता है। यूडीपी (उपयोगकर्ता डेटाग्राम प्रोटोकॉल) का भी उपयोग किया जा सकता है लेकिन पैक किए गए नेटवर्क के भीतर विश्वसनीय वितरण से जुड़े कुछ अतिरिक्त मुद्दों को प्रस्तुत करता है।

DNP3 डेटा प्रारूप

केंद्रीय स्टेशन और नियंत्रण इकाइयों के बीच से गुजरने वाले संदेश को नियंत्रित करने के लिए डीएनपी का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। DNP3 के डेटा प्रारूप में मुख्य रूप से दो खंड शीर्षलेख और डेटा अनुभाग शामिल हैं। इसके अलावा, हेडर को छह उपखंडों में विभाजित किया गया है।

डेटा फ्रेम का प्रारूप और प्रत्येक क्षेत्र का आवश्यक आकार उपरोक्त आकृति में दिखाया गया है। इस आरेख में, सिंक पहला क्षेत्र है जो 1 बाइट है और यह फ्रेम की शुरुआत को निर्दिष्ट करता है।
यह फ़ील्ड मान 0564 के लिए तय किया गया है, इसलिए एक बार सिंक फ़ील्ड स्थिति की जांच करके एक फ्रेम प्राप्त हो जाने पर मैपिंग कुशलता से की जा सकती है।

क्षेत्र की लंबाई पूरे फ्रेम की लंबाई प्रदान करती है ताकि आने वाले फ्रेम को पकड़ने के लिए गंतव्य पर एक विशेष बफर असाइन किया जा सके। तो दूसरा फ्रेम 'कंट्रोल फील्ड' है जो रिसीवर के अंत में आवश्यक नियंत्रण क्रिया का वर्णन करता है।

नियंत्रण क्षेत्र में क्रिया प्रकार के आधार पर हेक्स मान 41 अन्यथा 42 शामिल होगा। उसके बाद, गंतव्य और स्रोत पता फ़ील्ड इच्छित रिसीवर पते और भेजने वाला नोड प्रदान करेगा।
सीआरसी या चक्रीय अतिरेक जांच अंतिम क्षेत्र है जो फ्रेम त्रुटि को सत्यापित करने में मदद करेगा। प्रेषण के समय संदेश से एक चेक मान जुड़ा होता है जिसे प्राप्त करने वाले छोर पर क्रॉस-सत्यापित किया जाएगा। एक बार जब यह मान मेल खाता है, तो यह फ्रेम के भीतर त्रुटि की अनुपस्थिति को निर्दिष्ट करता है। डेटा का खंड 2 से 4 बाइट्स है, हालांकि संदेश पासिंग को नियंत्रित करने में इसकी कोई भूमिका नहीं है।

उपरोक्त आंकड़ा एक स्टेशन से दूसरे स्टेशन पर नियंत्रण से गंतव्य तक DNP3 के प्रारूप में प्रेषित नियंत्रण संदेश को दर्शाता है। गंतव्यों के लिए विभिन्न क्रियाओं के संचार के लिए, नियंत्रण क्षेत्र के साथ-साथ गंतव्य पता जैसे फ़ील्ड जबकि कुछ फ़ील्ड सभी संचारों के लिए नहीं बदलेंगे।

DNP3 मॉनिटरिंग सिस्टम का उदाहरण

DNP3 मास्टर और रिमोट मॉनिटरिंग सिस्टम आरेख नीचे दिखाया गया है। इस मॉडल का उपयोग DNP3 का उपयोग करके मास्टर और रिमोट जैसे दो उपकरणों के बीच डेटा स्थानांतरित करने के लिए किया जाता है।

DNP3 मास्टर और रिमोट मॉनिटरिंग सिस्टम आरेख नीचे दिखाया गया है। इस मॉडल का उपयोग DNP3 का उपयोग करके मास्टर और रिमोट जैसे दो उपकरणों के बीच डेटा स्थानांतरित करने के लिए किया जाता है। यहां मास्टर कंप्यूटर है और गुलाम या रिमोट बाहरी है। प्रेषित डेटा या तो स्थिर डेटा है, ईवेंट डेटा है और अवांछित ईवेंट डेटा स्वीकार करता है।

DNP3 प्रोटोकॉल आमतौर पर मास्टर (कंप्यूटर) और रिमोट (आउटस्टेशन) के बीच उपयोग किया जाता है। यहां, मास्टर का उपयोग मानव नेटवर्क प्रबंधक के साथ-साथ निगरानी प्रणाली के बीच एक इंटरफेस प्रदान करने के लिए किया जाता है। रिमोट मास्टर के साथ-साथ उस भौतिक उपकरण के बीच इंटरफेस प्रदान करता है जिसे नियंत्रित या मॉनिटर किया जा रहा है।

मास्टर और रिमोट दोनों डेटा एक्सचेंज के लिए एक सामान्य ऑब्जेक्ट लाइब्रेरी का उपयोग करते हैं। यहां डेटा है DNP3 प्रोटोकॉल एक पोलेड प्रोटोकॉल है जिसमें ऐसी क्षमताएं शामिल हैं जिन्हें सावधानीपूर्वक डिज़ाइन किया गया है। एक बार जब मास्टर स्टेशन रिमोट से जुड़ा होता है, तो एक अखंडता सर्वेक्षण किया जा सकता है जो डीएनपी 3 को संबोधित करने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है क्योंकि डेटा बिंदु के लिए वे सभी बफर किए गए मान लौटाते हैं और बिंदु के वर्तमान मूल्य को भी शामिल करते हैं।

आम तौर पर, DNP3 ड्राइवर नियमित रूप से अलग-अलग चुनाव कर सकते हैं जैसे कि एक इंटीग्रिटी पोल, एक क्लास 1, एक क्लास 2 और एक क्लास 3। इंटीग्रिटी पोल में, DNP3 केवल आउटस्टेशन से अपनी कक्षा 1, कक्षा 2 और कक्षा 3 को प्रसारित करने का अनुरोध करता है। घटना डेटा और कक्षा 0 कालानुक्रमिक क्रम के भीतर स्थिर डेटा। एक वफ़ादारी पोल का उपयोग आम तौर पर DNP3 मास्टर और स्लेव के डेटाबेस को सिंक्रनाइज़ करने के लिए किया जाता है और इस प्रकार धीमी मतदान दर आवंटित की जाती है। आमतौर पर, कक्षा 1, कक्षा 2 और कक्षा 3 के चुनावों का उपयोग उन घटनाओं के महत्व के आधार पर परिवर्तनशील दरों पर अलग-अलग वर्ग की घटनाओं को पुनर्प्राप्त करने के लिए किया जाता है, अधिक महत्वपूर्ण घटनाओं को उन वर्गों को सौंपा जाता है जिनकी मतदान दर तेज होती है।

DNP3 और IEC 61850 . के बीच अंतर

DNP3 और IEC 61850 के बीच अंतर में निम्नलिखित शामिल हैं।

DNP3 और मोडबस के बीच अंतर

DNP3 और मोडबस के बीच अंतर में निम्नलिखित शामिल हैं।

DNP3 पेशेवरों और विपक्ष

DNP3 प्रोटोको के लाभ मैं निम्नलिखित शामिल हैं।

• DNP3 एक खुला मानक प्रोटोकॉल है, इसलिए कोई भी डिज़ाइनर DNP3 उपकरण डिज़ाइन कर सकता है जो अन्य DNP3 उपकरणों के साथ अच्छी तरह से मेल खाता है।
• DNP3 एक बुद्धिमान और मजबूत प्रोटोकॉल के कारण कई क्षमताएं प्रदान करता है।
• यह एकल संदेशों के भीतर कई डेटा प्रकारों के माध्यम से अनुरोध और प्रतिक्रिया कर सकता है
• यह कई मास्टर और पीयर-टू-पीयर संचालन की अनुमति देता है
• यह मानक समय प्रारूप और समय तुल्यकालन का समर्थन करता है।
• सॉफ्टवेयर की लागत कम हो जाएगी।
• प्रोटोकॉल अनुवादकों के लिए कोई आवश्यकता नहीं है।
• कम रखरखाव और परीक्षण।

DNP3 प्रोटोकॉल के नुकसान में निम्नलिखित शामिल हैं।

DNP3 एक सीरियल RTU का उपयोग करता है और इसे ईथरनेट RTU (ERTU) के माध्यम से अपग्रेड करता है। यदि उस स्टेशन के लिए संचार चैनल बैंडविड्थ को भी बढ़ाया नहीं गया है, तो उपयोगकर्ता के पास एक धीमी लिंक होगी क्योंकि टीसीपी/आईपी के माध्यम से डीएनपी 3 को लपेटने में ओवरहेड लागू किया गया है।

DNP3 अनुप्रयोग

DNP3 अनुप्रयोग निम्नलिखित को शामिल कीजिए।

• DNP3 प्रक्रिया स्वचालन प्रणाली के भीतर विभिन्न उपकरणों को संचार करने की अनुमति देता है।
• विभिन्न उपयोगिता कंपनियां इस प्रोटोकॉल का व्यापक रूप से गैस, विद्युत और जल टेलीमेट्री सिस्टम के लिए उपयोग करती हैं।
• इसका उपयोग स्काडा संचार में किया जाता है।
• DNP3 संचार प्रोटोकॉल का उपयोग दूरस्थ और SCADA निगरानी प्रणालियों में किया जाता है।
• यह पूरे स्काडा वातावरण में लागू होता है जिसमें मास्टर से रिमोट और आरटीयू से आईईडी संचार और नेटवर्क अनुप्रयोगों में भी शामिल है।

इस प्रकार, यह सब के बारे में है DNP3 प्रोटोकॉल का अवलोकन - अनुप्रयोगों के साथ काम करना। DNP3 प्रोटोकॉल विनिर्देश मुख्य रूप से वस्तु मॉडल पर निर्भर करता है। तो यह मॉडल केवल डेटा बिट मैपिंग को कम करता है जो आमतौर पर अन्य कम ऑब्जेक्ट-ओरिएंटेड प्रोटोकॉल के साथ आवश्यक होता है। SCADA तकनीशियनों और इंजीनियरों के लिए, कुछ पूर्व-निर्धारित ऑब्जेक्ट होने से DNP3 अधिक आरामदायक डिज़ाइन और परिनियोजन ढांचा बन जाएगा। यहां आपके लिए एक प्रश्न है, प्रोटोकॉल क्या है?