IEC104协议 – Bobo-Gir@ffe

基本概述

一种电力自动化系统中常用的通信协议
基于TCP/IP 协议
用于监视和控制电力系统中的各种设备（发电机，变电站等）

client和server

基于TCP/IP所以，也是client/Server 模式

受控制站/分站：（TCP Server）负责和实际的硬件控制，数据采集，命令执行等功能
控制站：（TCP Client）负责远程控制，获取server采集的数据，配置server等

在101协议中，名字不一样

链路层传输模式

两种模式：

平衡传输模式
非平衡传输模式

平衡传输模式

每个client和server都可以启动消息传输

支持的服务类型：

服务	描述
SEND/CONFIRM	用于发送消息并要求接收方确认收到该消息
SEND/NO REPLY	这只能由具有多点对点配置中的广播地址的控制站启动，且不会等待接收方的回复

非平衡传输模式

只有控制站（client）才能启动一次消息传输，受控站（server）只能响应控制站（client）的请求
控制站（client）通过依次轮询所控制的受控站（server）来获取对应的业务数据

数据对象和编址

IEC104 定义了数据链路层的地址和应用层级的地址

链路地址（COT）：长度可以是 0， 1 ，2 byte 的长度

ASDU地址(通用地址，COA)：站点地址，区分位于那个站点

基础功能

数据采集

在IEC 104协议的平衡传输模式下，受控站（Server）不仅回应控制站（Client）的请求，还能主动上报数据变更或周期性数据，且能响应控制命令和读请求

询问操作

总询问：

请求受控站（Server）发送所有群组的所有数据对象的最新值→控制站（Client）获得受控站中所有最新状态的数据

群组询问：

受控站（Server）中的数据对象可以通过配置COT（Cause of Transmission）值为20到36来指定召唤群组

COT值20代表总召唤
COT值21到36分别代表INRO1到INRO16（16个不同的召唤群组）

时钟同步

受控站（Server）和控制站（client)保证时钟同步

系统初始化后，控制站（client)应该应当发送一次时钟同步指令
→
周期性地重新同步时钟，发送时钟同步命令（C_CS ACT）

命令传输

控制站（client) 用来改变受控站（Server）操作设备的状态的API

直控命令（Single command）

去掉选控命令，直接发执行命令（一般来说保护压板，保护复归为直控）

一般流程如下:

主站下发执行命令→装置回执行确认报文

选控命令（Select and execute）

分为两个阶段执行

Select 阶段：控制站发送一个该命令的Select的操作，受控站检查该命令正确性，是否正确执行），结论返回给控制站
execute阶段：如果 Select阶段返回的是预期的确认，表示命令有效并且可以执行，控制站发送Execute命令，开始执行该操作（例如，打开或关闭某个开关，设置某个参数等）

累计量传输

两种获取累计值的方式

Freeze-and-Read（冻结并读取）：对累计量进行采集，并将当前的累计值冻
Clear-and-Read（清零并读取）：获取增量信息，即读取当前计数值并将其清零，然后开始重新计数

IEC104协议帧

帧结构为 APDU（一般由 APCI 和 ASDU组成）

APDU

应用协议数据单元→IEC104官方协议帧

APDU = APCI 
or
APDU = APCI + ASDU

APCI

应用控制帧型→类似于协议帧头

起始字节0x68（1 byte） + ADPU 的长度（1 byte） +控制位域（CF）（1 byte）× 4

分为两种定长的APDU和可变长度的APDU（也就是是否包含ASDU 部分）

第一个控制位域：（control filed）最少2bit→确认帧的格式

定义三种格式帧：I-FORMAT,S-FORMAT,U-FORMAT

I-format

特性：

包含ASDU（携带具体的应用层数据）

利用两个15位的序号报名消息传递方式（发送和接收每个方向一个序号，每次加一，范围：0-0x7FFF）

发送端发送一个iFrame（即是一个信息帧），发送序号+1→将iFrame保存到缓冲区→直到接收到对应的接收端发送的包含对应该iFrame序号的APDU，将该iFrame从缓冲区移除
接收器接受一个iFrame,接受序号+1→接收端在接收一定数量的 I-frame 或超时未接收到足够的 I-frame 时，会发送 S-frame（ACK）确认已接收的帧；若接收端处于空闲状态且有未确认的 I-frame，也会主动发送 S-frame（ACK）

S-format

只有APCI（没有ASDU），只包含一个 15 位的 接收序号（N(R)），用于确认接收到的 I-frame 编号

U-format

用于有序的控制功能（APDU 长度固定）

只有一个APCI，没有ASDU

功能：

TESTFR（测试帧）
STOPDT（传输停止）
STARTDT（传输开启）

其中传输的开启和停止可以同时被激活

STARTDT 和 STOPDT 都可以在通信初始化后立即被发送，不是指“同时”执行，只是允许它们按顺序发送

U-Frame Function	7	6	5	4	3	2	1	0	Hexa Value
Test Frame Activation	0	1	0	0	0	0	1	1	0x43
Test Frame Confirmation	1	0	0	0	0	0	1	1	0x83
Stop Data Transfer Activation	0	0	0	1	0	0	1	1	0x13
Stop Data Transfer Confirmation	0	0	1	0	0	0	1	1	0x23
Start Data Transfer Activation	0	0	0	0	0	1	1	1	0x07
Stop Data Transfer Confirmation	0	0	0	0	1	0	1	1	OxOB

ASDU

包含两个部分

数据单元识别符（长度固定为6Byte）
数据段（一个或者多个信息对象构成）

报文构成

信息对象类型

命名规范

M_ ：监视方向的信息元素 _Nx：不带时标 _Tx：带时标 _xA：type A: 有质量描述副的状态或归一化值 _xB：type B: 有质量描述副的标量值 _xC：type C: 有质量描述副的浮点值 _xD：type D: 没有有质量描述副的归一化值

监视方向上的过程信息

类型标识	描述	引用	信息对象格式	合法的COT
1	单点信息	M_SP_NA_1	SIQ	2,3,5,11,20,20+G
3	双点信息	M_DP_NA_1	DIQ	3,5,11,12
5	步位量信息	M_ST_NA_1	VTI + QDS	2,3,5,11,12,20,20+G
7	32比特串	M_BO_NA_1	BSI + QDS	2,3,5,11,12,20,20+G
9	归一化测量值	M_ME_NA_1	NVA + QDS	2,3,5,11,12,20,20+G
11	标量化测量值	M_ME_NB_1	SVA + QDS	2,3,5,11,12,20,20+G
13	浮点型测量值	M_ME_NC_1	IEEE STD 754 + QDS	2,3,5,11,12,20,20+G
15	累计值	M_IT_NA_1	BCR	2,37,37+G
20	带状态检出的成组单点信息	M_PS_NA_1	SCD+QDS	2,3,5,11,12,20,20+G
21	不带品质描送的归一化测量值	M_ME_ND_1	NVA	1,2,3,5,11,12,20,20+G
22~29	为将来的兼容定义保留
30	带时标CP56Time2a的单点信息	M_SP_TB_1	SIQ+ CP56Time2a	3,5,11,12
31	带时标CP56Time2a的双点信息	M_DP_TB_1	DIQ+ CP56Time2a	3,5,11,12
32	带时标CP56Time2a的步位置信息	M_ST_TB_1	VTI + QDS+ CP56Time2a	2,3,5,11,12
33	带时标CP56Time2a的32比特串	M_BO_TB_1	BSI + QDS+CP56Time2a	3.5
34	带时标CP56Time2a的归一化测量值	M_ME_TD_1	NVA + QDS+CP56Time2a	3.5
35	带时标CP56Tme2a的标量化测量值	M_ME_TE_1	SVA + QDS+CP56Time2a	3.5
38	带时标CP56Time2a的浮点型测量值	M_ME_TF_1	IEEE STD 754 + QDS+CP56Time2a	2,3,5,11,12,20,20+G
37	带时标CP56Time2a的累计值	M_IT_TB_1	BCR+CP56Time2a	3,37,37+G
38	带时标CP56Tme2a的继电器保护装量事件	M_EP_TD_1	QDP+CP16Time2a+CP56Time2a	3
39	带时标CP56Time2a的继电器保护装量成组启动事件	M_EP_TE_1	SEP + QDP+CP16Time2a+CP56Time2a	3
40	带时标CP56Time2a的继电器保护装量成组输出电路信息	M_EP_TF_1	OCI + QDP+CP16Time2a+CP56Time2a	3

控制方向上的过程信息

类型标识	描述	引用	信息对象格式	合法的COT
45	单命令	C_SC_NA_1	SCO	6,7,8,9,10,44,45,46,47
46	双命令	C_DC_NA_1	DCO	6,7,8,9,10,44,45,46,47
47	步调节命令	C_RC_NA_1	RCO	6,7,8,9,10,44,45,46,47
48	设点命令，归一化值	C_SE_NA_1	NVA + QOS	6,7,8,9,10,44,45,46,47
49	设点命令，标量值	C_SE_NB_1	SVA+ QOS	6,7,8,9,10,44,45,46,47
50	设点命令，短浮点值	C_SE_NC_1	IEEE STD 754 +QOS	6,7,8,9,10,44,45,46,47
51	32比特串	C_BO_NA_1	BSI	6,7,8,9,10,44,45,46,47
52~57	为将来的兼容定义保留
58	带时标CP56Time2a的单命令	C_SC_TA_1	SCO+CP56Time2a	6,7,8,9,10,44,45,46,47
59	带时标CP56Time2a的双命令	C_DC_TA_1	DCO+CP56Time2a	6,7,8,9,10,44,45,46,47
60	带时标CP56Time2a的步调节命令	C_RC_TA_1	RCO+CP56Time2a	6,7,8,9,10,44,45,46,47
61	带时标CP56Time2a的设点命令，归一化值	C_SE_TA_1	NVA + QOS+CP56Time2a	6,7,8,9,10,44,45,46,47
62	带时标CP56Time2a的设点命令，标量值	C_SE_TB_1	SVA + QOS+CP56Time2a	6,7,8,9,10,44,45,46,47
63	带时标CP56Time2a的设点命令，短浮点值	C_SE_TC_1	IEEE STD 754+QOS+CP56Time2a	6,7,8,9,10,44,45,46,47
64	带时标CP56Time2a的32比特串	C_BO_TA_1	BSI+CP56Time2a	6,7,8,9,10,44,45,46,47
65~69	为将来的兼容定义保留

监视方向上的系统信息

类型标识	描述	引用	信息对象格式	合法的COT
70	初始化结束	M_EI_NA_1	COI	4
71～99	为将来的兼容定义保留

控制方向上的系统信息

类型标识	描述	引用	信息对象格式	合法的COT
100	总召唤命令	C_IC_NA_1	QOI	6,7,8,9,10,44,45,46,47
101	电能脉冲召唤命令	C_CI_NA_1	QCC	6,7,8,9,10,44,45,46,47
102	读命令	C_RD_NA_1	无	5
103	时钟同步命令	C_CS_NA_1	CP56Time2a	3,6,7,44,45,46,47
104	(IEC 101) Test command	C_TS_NB_1	FBP	6,7,44,45,46,47
105	复位进程命令	C_RP_NC_1	QRP	6,7,44,45,46,47
107	带时标CP56Time2a的测试命令	C_TS_TA_1
108~109	为将来的兼容定义保留

控制方向上的参数

类型标识	描述	引用	信息对象格式	合法的COT
110	归一化测量值	P_ME_NA_1	NVA + QPM	6,7,9,10,20,20+G,44,45,46,47
111	标量化测量值	P_ME_NB_1	SVA + QPM	6,7,20,20+G,44,45,46,47
112	浮点测量值	P_ME_NC_1	IEEE STD 754 +QPM	6,7,20,20+G,44,45,46,47
113	参数激活	P_AC_NA_1	QPA	6,7,8,9,44,45,46,47
114 ~ 119	为将来的兼容定义保留
参数都是控制方向上的，和监控方向的对象相比，其值发生变化时，不会上报，只有总召唤时，可以上报给数据的值。

文件传输

类型标识	描述	引用	信息对象格式	合法的COT
120	文件已准备好	F_FR_NA_1	NOF + LOF + FRQ	13
121	节点已准备好	F_SR_NA_1	NOF + NOS + LOF +SRQ	13
122	召唤目录，选择文件，召唤文件，选择节	F_SC_NA_1	NOF + NOS + SCQ	5,13
123	最后的节，最后的段	F_LS_NA_1	NOF + NOS + LSQ +CHS	13
124	确认文件，确认节	F_AF_NA_1	NOF + NOS + AFQ	13
125	段	F_SG_NA_1	NOF + NOS + LOS +segement	13
126	目录	F_DR_TA_1	NOF + LOF + SOF +CP56Time2a	3,5
127	日至查寻-请求存档文件	F_SC_NB_1