MODBUS ve IEC 60870-5-104, endüstriyel otomasyon ve kontrol sistemlerinde yaygın olarak kullanılan iki farklı iletişim protokolüdür. Farklı özelliklere sahiptirler ve farklı amaçlar için kullanılırlar. Aralarında bazı temel farklar bulunmaktadır, bu temel farklılıkları bazı ana başlıklar altında ele alacağız.
MODBUS ile IEC 60870-5-104 Arasındaki Fonksiyonel Farklar
MODBUS basit bir istek-yanıt protokolüdür. Cihazların diğer cihazlardaki Register’ lara veri okumasına ve yazmasına olanak tanır. Master taraf bir okuma ve yazma talebi gönderir ve Slave taraf bu okuma ve yazma talebine cevap verir. Slave tarafın okuma ve yazma talebi kendisine ulaşmadan Master tarafa bilgi/yanıt vermesi mümkün değildir. MODBUS kapsamlı hata kontrolü veya karmaşık veri türleri sağlamaz, genellikle temel kontrol ve izleme görevleri için kullanılır. Mikrodev PLC, RTU ve SCADA ürünlerinin tamamında MODBUS Master/Slave desteği bulunmaktadır. Ayrıca Mikrodev PLC ve RTU ürünleri MODBUS Gateway modunda kullanılabilmektedir. MODBUS RTU ve MODBUS TCP arasında dönüştürücü görevi üstlenen bu çalışma modu ile seri MODBUS bağlantısı internet katmanlarına çıkarılabilmektedir. MODBUS Gateway modu en temel anlamda, MODBUS TCP ağındaki Master ünitelerin, MODBUS RTU ağındaki Slave ünitelere erişebilmesi için geçit oluşturmakta kullanılır. MODBUS TCP üzerinden gelen istek paketleri, MODBUS RTU paketine çevrilerek RTU ağına gönderir. MODBUS RTU ağından gelen cevabı da alıp, MODBUS TCP ağına gönderir. MODBUS TCP tarafında istek ve cevaplardaki, işlem (transaction) sayısının aynı olması gerekir, bunu sağlamak da yine Gateway olarak kullanılan Mikrodev PLC, RTU veya Gateway’ in görevidir. MODBUS Gateway olarak çalışabilen Mikrodev cihazları aşağıda sıralanan 2 yönde de hizmet verebilirler:
1- MODBUS TCP Master cihazdan MODBUS RTU Slave cihazlara
2- MODBUS RTU Master cihazdan MODBUS TCP Slave cihazlara
IEC 60870-5-104 haberleşme protokolünü MODBUS haberleşme protokolünden ayıran bazı fonksiyonel özellikler aşağıda alt başlıklar şeklinde açıklanmıştır:
-Spontaneous Event Transfer
IEC 60870-5-104 haberleşme protokolünde istek-yanıt mekanizması daha gelişmiş bir yapıya sahiptir. Master tarafın herhangi bir istekte bulunmasına gerek kalmadan Slave taraf kendisi ile ilgili bilgiyi Master tarafa ulaştırabilmektedir, bunu “Spontaneous Event Transfer” olarak isimlendirebiliriz.
DCS sistemlerinde yer alan Mikrodev RTU cihazlarında IEC60870-5-104 haberleşme protokolü altında kullanılacak olan “Değişimde Gönderim ve Periyodik Gönderim” özelliklerine ilişkin çeşitli konfigürasyonlar Telediagram Programlama Editörü’ nde yer alan Variable Address Table (Değişken Adres Tablosu) kısmından yapılabilmektedir. Seviye değişiminde, Yüzde değişiminde ve İntegral değişimde şeklinde 3 adet değişim metodu sunan Mikrodev RTU ürün grupları belirlenen eşik değerini geçen bir değişim yaşandığında veriyi Master tarafa yani ViewPLUS SCADA’ ya iletecektir.
-Periodic Data Transfer
Periyodik aralıklarla veri transferi imkanı sunabilen IEC60870-5-104 protokolünde Slave taraf belirlenen periyodik aralıklarla verileri Master tarafa iletebilmektedir. Mikrodev RTU ürün gruplarında periyodik gönderim sıklığı projenizde bulunan “IEC104 Slave Bloğu” üzerinde yer alan tetik girişine uygulanan yükselen kenarın sıklığına bağlı olarak ayarlanabilmektedir.
-General Interrogation
IEC 60870-5-104 haberleşme protokolünde Slave taraf MODBUS’ ta olduğu gibi isteğe karşı yanıt verebilmenin yanında daha gelişmiş bir sorgu mekanizması olan General Interrogation yapısı kullanılabilmektedir. Bu sorgu yapısında Master taraf Slave tarafın bütün adres ve değerlerine erişmek için talepte bulunur ve Slave taraf bütün adres değerlerine ait bilgiyi Master tarafa iletir. ViewPLUS SCADA’ da yapılacak konfigürasyonlar ile Mikrodev RTU ürün gruplarına General Interrogation sorgusu atılıp atılmayacağı ve bu sorgunun sıklığı belirlenebilmektedir.
IEC 60870-5-104 ve MODBUS’ ta Veri Yapısı
MODBUS, basit ve hafif bir veri yapısına sahiptir. İletilen veri, register (16 bit) veya coil (tek bit) değerleri gibi basit veri türlerini içerir.
IEC 60870-5-104 daha karmaşık ve özelleştirilebilir bir veri yapısına sahiptir, çeşitli veri tiplerini aşağıdaki gibi kategorize edebiliriz.
-Digital signals
-Analogue signals
-Counters
-Commands and settings
Ayrıca IEC 60870-5-104 haberleşme protokolünü MODBUS haberleşme protokolünden ayıran veri yapısına ait bazı özellikler aşağıda alt başlıklar şeklinde açıklanmıştır:
-Kalite Biti (Quality Bit):
IEC 60870-5-104 protokolüne ait tüm veri nesneleri veri türüne bağlı olarak değerin geçerli mi yoksa geçersiz mi olduğunu gösteren bir kalite biti içerir. Mikrodev RTU ürün gruplarında Quality Descriptor (QDS) bitleri ve buna bağlı olarak Quality Register Block Ayarları desteklenmektedir. Aşağıdaki tabloda Mikrodev RTU ürün gruplarında desteklenen Quality Bit türleri almaktadır. Mikrodev RTU ürünlerinde Quality Bit’ in kullanımı ile ilgili ayarlar değişken adres tablosu kısmından yapılabilmektedir.
-Zaman Etiketi (Timestamp):
IEC 60870-5-104 haberleşme protokolünü MODBUS haberleşme protokolünden ayıran en önemli özelliklerden birisi de, IEC 60870-5-104 veri yapısının Zaman Etiketi (Timestamp) içermesidir. Zaman etiketine sahip bir verinin avantajını şu şekilde açıklayabiliriz; örneğin bir tablonuz var ve her gün, o gün içinde meydana gelen olaylara karşılık gelen kayıtları bu tabloya ekliyorsunuz. Master ve Slave arasındaki bağlantı koptuğunda zaman etiketi sayesinde tablonun geçmişe yönelik doldurulabilmesi, geçmiş zaman dilimlerine ait verilerin işlenebilmesi veya üzerine yazılabilmesi anlamına gelir. Yani sonuç olarak IEC60870-5-104 haberleşme protokolü zaman etiketi içeren veri yapısı sayesinde geçmiş olay kaydını destekler. ViewPLUS SCADA, IEC60870-5-104 haberleşme protokolünün veri yapısında yer alan zaman etiketi yapısı sayesinde ViewPLUS SCADA ile Mikrodev RTU’ ları arasında herhangi bir sebepten ötürü bağlantı kopması durumunda, oluşan olay kaydını Database’ e geçmişe yönelik doldurulabilmesi, geçmiş zaman dilimlerine ait verileri işleyebilmekte ve üzerine yazılabilmektedir. Bu özellik sayesinde ViewPLUS SCADA daha mantıklı ve tutarlı raporlar oluşturabilmektedir. Zaman etiketi sayesinde geçmiş olay kaydı oluşturabilme özelliği “Backfilling” olarak isimlendirilebilir.
IEC 60870-5-104 ve MODBUS Haberleşme Protokollerinin Amaçları ve Uygulama Alanları
MODBUS, fabrikalar, depolar ve binalar gibi küçük ila orta ölçekli otomasyon sistemlerinde yaygın olarak kullanılır. MODBUS, seri haberleşme veya TCP/IP kullanan basit ve düşük maliyetli bir iletişim protokolüdür. Genellikle endüstriyel otomasyon uygulamalarında cihazların veri okuma ve yazma işlemleri için kullanılır.
IEC 60870-5-104, enerji iletim ve dağıtım sistemleri, su arıtma tesisleri ve trafik kontrol merkezleri gibi büyük ölçekli altyapıların kontrolü ve izlenmesi için idealdir, enerji otomasyonu ve telemetri sistemlerinde kullanılan daha karmaşık bir protokoldür. Elektrik şebekeleri ve enerji tesisleri gibi büyük ölçekli altyapıların uzaktan izlenmesi ve kontrol edilmesi için tasarlanmıştır.
Güvenlik ve Güvenilirlik
MODBUS, temel güvenlik önlemlerini içerir ancak daha geniş güvenlik özellikleri sunmaz. Veri güvenliği ve kimlik doğrulama eksiklikleri nedeniyle siber saldırılara karşı savunmasız olabilir. Sadece sorgu-cevap mekanizmasına bağlı olarak çalışan MODBUS haberleşme protokolünde veri kayıplarıyla beraber veri bütünlüğünü korumak, verileri anlamlandırmak
IEC 60870-5-104, daha fazla güvenlik ve güvenilirlik özelliği sunar. Veri bütünlüğünü ve güvenliğini sağlamak için daha fazla mekanizma içerir. Mikrodev marka RTU ve SCADA ürünlerinde bulunan “Backfilling” özelliği sayesinde bağlantı yokken oluşan veriler ve değişimler IEC 60870-5-104 Slave olarak çalışan Mikrodev RTU’ ların hafızasında tutularak bağlantı geri sağlandığında IEC 60870-5-104 Master olarak çalışan ViewPLUS SCADA’ ya iletilebilmektedir. ViewPLUS SCADA geçmiş olay kaydını mantıklı bir şekilde geçmişe yönelik doldurabilmekte ve geçmiş zaman dilimlerine ait verileri işleyebilmektedir. Bu sayede veri bütünlüğü korunarak daha mantıklı raporlama oluşturulabilmektedir.
Sonuç olarak, MODBUS ve IEC 60870-5-104, farklı endüstriyel uygulamalar için farklı gereksinimleri karşılayan iki farklı iletişim protokolüdür. MODBUS, daha basit, düşük maliyetli ve düşük güvenlik gereksinimlerine sahip uygulamalar için uygundur. Mikrodev RTU, PLC ve SCADA ürünlerinin tamamında MODBUS desteklenmektedir. IEC 60870-5-104, karmaşık ve güvenlik odaklı büyük ölçekli uygulamalar için geliştirilmiştir. Mikrodev DCS (Distributed Control Sytem) ürün grubunda desteklenen IEC 60870-5-104 haberleşme protokolüne ilişkin seçim, özel uygulama gereksinimlerinize ve güvenlik ihtiyaçlarınıza bağlı olarak yapılmalıdır.
