摘要：1995年，IEC国际电工委员会制定IEC-60870-5-101远动规约，并于2000年制定了其在网络环境应用的IEC-60870-5-104规约。我国也已经制定了相应的配套标准DL／T634-1997和DL／T634.5104-2002。IEC-60870-5-101远动规约已在我国电力系统中得到了较为广泛的应用，而IEC-60870-5-104作为用标准传输协议子集的IEC60870-5-101的网络访问，由于涉及到网络编程以及颁布时间较短，在电力系统中应用不是特别广泛。本文详细介绍了IEC-60870-5-104的网络参考模型、帧格式结构和TCP连接建立过程，并根据工程实践，分析了IEC-60870-5-104的实现方法以及注意的要点，最后提出了拓展IEC-60870-5-1-04使用范畴的-些设想。
关键词：IEC60870-5-104；IEC60870-5-l01：远动规约；网络访问
一、概述
一般而言，所谓规约，就是通信双方为了相互沟通而进行的-些约定。远动规约是厂站端远动设备和调度主站进行信息交互的约定。随着计算机技术、通信技术和控制技术（通常称3C技术）的发展，远动规约也在不断地变化和发展。国际和国内使用的远动规约多种多样如SCl801、CDT、DNP等。即使对于同一种规约，其传输格式也会因不同国家、不同生产厂家而不同；为了统一这种混乱局面，实现远动规约的标准化，国际电工委员会TC-57技术委员会制定了一系列远动规约的基本标准，并在此基础上制定了IEC60870-5-101远动规约，我国在非等效采用此规约的基础上制定了相应的配套标准DL／T634 1997[1]。
和IS07层网络结构相比，IEC608705-101为了提高通信的实时性，采用了只有物理层、数据链路层、应用层3层的增强性规约结构（EPA）[2]，应用层直接映射到数据链路层，加强了信息的实时性。
随着欧美一些国家调度主站与变电站RTU的通信己逐步采用以太数据网，远动报文可能通过一些可以进行报文存贮和转发的数据网络进行传输，这些数据网络仅仅在主站和远动子站之间提供虚拟的数据电路，因此这种网络类型：将使得报文传输出现延时，其延时可在相当大的时间范内变化并且与网络的通信负荷有关。一般而言，可变的报文延时时间意味着不可能采用在IEC60870-5-101中所定义的主站和远动子站之间的链路层，为此，国际电工委员会（IEC）第57技术委员会（TC57）的第3工作组（WG03）l998年8月制定了IEC60870-5-104标准（CDV），我国也制定了相应的配套标准DL／T634．5104-2002。IEC60870-5-104协议的名称为“采用标准传输协议子集的IEC60870-5-101的网络访问”（Notwork access for IEC 60870 5 10l using Standard transport profiles）。此协议是将IEC60870 5-lOl标准用于TCP／IP网络，当调度主站与变电站连接到以太数据网，变电站RTU与调度主站通信时，通信规约则应采IEC60870-5-104标准。
二、IEC60870-5-104远动规约详述
1 IEC-60870-5-104的规约结构
IEC-60870-5-104远动规约使用的参考模型源出于开放式系统互联的ISO-0SI参考模型，但它只采用其中的5层，其结构如图1所示，
应用层协议很多，每一种应用层协议都对应着-个网络端口号，根据其在传输层上使用的是TCP协议（传输控制协议）还是UDP协议（用户数据报文协议），端口号又分为TCP端口和UDP端口号，其中TCP协议是一种面向连接的协议，为用户提供可靠的、全双工的字节流服务，具有确认、流控制、多路复用和同步等功能，适用于数据传输，而UDP协议则是无连接的，每个分组都携带完整的目的地址，各分组在系统中独立地从数据源走到终点，它不保证数据的可靠传输，也不提供重新排列次序或重新请求功能，为了保证可靠地传输远动数据，IEC60870-5-104规定传输层使用的是TCP协议，因此其对应的端口号是TCP端口。常用的TCP端口有：ftp文件传输协议，使用21号端口；telnet远程登录协议，使用23号端口；SMTP简单邮什传送协议，使用25号端口：http超文本传送协议，使用 80号端口；IEC60870-5-1-04规定本标准使用的端口号为2404，并且此端口号已经得到IANA（互联网地址分配机构，Internet Assigned Numbers Authority）的确认。对于基丁TCP的应用程序来说，存在两种工作模式，即服务器模式和客户机模式。
2 IEC-60870-5-104的应用规约数据单元的结构
IEC-60870-5-104的应用规约数据单元（APDU）的结构如图3所示[3，4]，它由应用规约控制信息（APCI）和应用服务数据据单元（ASDU）组成，和IEC-60870-5-101的帧结构相比，其中应用服务数据据单元是相同的，相异之处在于，IEC-60870-5-104使用应用规约控制信息（APCI），而IEC-60870-5-101使用链路规约控制信息（LPCI）。在APDU中，启动字符68H定义了数据流内的起始点，应用规约数据单元的长度定义了APDU主体的长度：需要注意的是，IEC-60870-5-104规定一个APDU报文（包括启动字符和长度标识）不能超过255个字节，因此APDU最大长度为253（等于255减去启动和长度，标识共两个8位位组），ASDL的最大长度 219，这个要求限制了一个APDU报文最多能发送121个不带品质描述的归一化测量值或243个不带时标的单点遥信信息，若RTU采集的信息量超过此数目，则必须分成多个APDU进行发送。
图3 应用规约数据单元的结构
3 IEC-60870-5-104的实施过程
IEC 60870-5-104包括非常丰富的应用服务数据单元（ASDU），它不但选取了绝大部分IEC 60870-5-101规约的ASDU，而且还扩展了类型标识为58到64，以及类型标识为l07的新的 ASDU。但在实际使用中，能够用到的仅仅是其中一小部分。
其实施过程为：
（1）TCP连接的建立过程。站端RTU作为服务器，在建立TCP连接前，应一直处于侦听状态并等待调度端的连接请求，当TCP连接已经建立，则应持续地监测TCP连接的状态，以便TCP连接被关闭后能重新进入侦听状态并初始化一些与TCP连接状态有关的程序变量；调度端作为客户机，在建立TCP连接前，应不断地向站端RTU发出连接请求，一旦连接请求被接收，则应监测TCP连接的状态，以便TCP连接被关闭后重新发出连接请求。需要注意的是，每次连接被建立后，调度端和站端RTU应将发送和接收序号清零，并且子站只有在收到了调度系统的STARTDT后，才能响应数据召唤以及循环上送数据，但在收到STARTDT之前，子站对于遥控、设点等命令仍然应进行响应。
（2）循环遥测数据传送。对于遥测量，可以使用类型标识为9（归一化值）、11（标度化值）和13（短浮点数）的ASDU定时循环向调度端发送。
（3）总召唤过程。调度主站向子站发送总召唤命令帧（类型标识为100，传输原因为6），子站向主站发送总召唤命令确认帧（类型标识为100，传输原因为7），然后子站向主站发送单点遥信帧（类型标识为I）和双点遥信帧（类型标识为3），最后向主站发送总召唤命令结束帧（类型标识为l00，传输原因l0）。
（4）校时过程。调度主站向子站发送时间同步帧（类型标识为104，传输原因6），子站收到后立即更新系统时钟并向主站发送时间同步确认帧（类型标识为104，传输原因7）。需要注意的是，在以太网上进行时钟同步，要求最大的网络延时小于接收站时钟所要求的准确度，即如果网络提供者保证在网络中的延时不会超过400ms（典型的X.25WAN值），在子站所要求的准确度为1s．这样时钟同步才有效，使用这个校时过程可以可以避免成百上千地在子站安装GPS卫星定位系统，但如果网络延时很大或者子站所要求的准确度很高（例如1ms），则变电站综合自动化系统必须安装精确度很高的全球定位系统（GPS），而以上的时钟同步过程实际上就没有意义了。
（5）子站事件主动上传。以太网对于调度端和子站都是一个全双工高速网络，因此IEC6080-5-104必然使用平衡式传输。当子站发生了突发事件，子站将根据具体情况主动向主站发送下述报文：遥信变位帧（单点遥信类型标识为1，双点遥信类型标识为3，传输原因为3）、遥信SOE帧（单点遥信类型标识为30，双点遥信类型标识为31，传输原因为3）、调压变分接头状态变化帧（类型标识为32，传输原因为3）、继电保护装置事件（类型标识为38）、继电保护装置成组启动事件（类型标识为39）、继电保护装置成组输出电路信息（类型标识为40）。
（6）遥控/调过程。主站发送遥控/遥调选择命令（类型标识为46／47，传输原因为6，S/E=1），子站返回遥控/遥调返校（类型标识为46/47，传输原因7，S/E=1）主站下发遥控/遥调执行命令（类型标识为46/47，传输原因为6，S/E=0）、子站返回遥控/遥调执行确认（类型标识为46/47，传输原因为7，S/E=0），当遥控/遥调操作执行完毕后，子站返回遥控／遥调操作结束命令（类型标识为46／47，传输原因为10，S／E=O）。
（7）召唤电度过程。主站发送电度量冻结命令（类型标识为101，传输原因为6），子站返同电度量冻结确认（类型标识为101，传输原因为7），然后子站发送电度量数据（类型标识为l5，传输原因为37），最后子站发送电度量召唤结束命令（类型标识为101，传输原因为l0）。
三、结束语
IEC60870-5-101和IEC60870 -5-104的使用及相关伴随标准的颁布，标志着我国积极向国际标准靠拢，但由于IEC60870-5-101和IEC60870-5-104毕竟是引进的标准，尚存在一些工程实践上的问题，例如国内电力企业常常要求能够远方修改保护定值和对保护动作信号进行远方复位以及要求子站端能够主动上送保护动作的详细信息（包括动作时间、动作类型、动作值）。以前在使用部颁CDT91规约时，为了实现这个功能，通常扩展了一些与保护有关的帧类型或者制定了与CDT91规约极其类似但内容更丰富的规约，例如9702规约。如今如何利用IEC60870-5-101和IEC60870-5-104实现这些功能，如何拓展其应用范畴则是值得探讨的问题。另一个问题就是在使用不是电力系统通信网，由其它公司提供的网络环境中如何安全地实现104规约。
本文详细介绍了IEC60870-5-104规约的基本内容，并根据工程实践分析了IEC60870-5-104实现的过程以及需要注意的问题，希望能为有关工程和研究人员理解和使用IEC60870-5-104提供一定的帮助。
参考文献：
[1]DL/T634-1997.远动设备及系统第5部分：传输规约，第101篇：基本远动任务配套标准）[S]．
[2]谭方恕（Tan Wenshu）.变电站自动化系统的结构和传输规约（Configurantion and transmission protocol of substation automation svstem）[1]J.电网技术（PowerSysttem Technology）.1998，22（9）：1-4
[3]DL/T634.5104-2002.远动设备及系统第5部分 101部分传输规约采用标准传输协议予集的IEC60870-5 101网络访问[S]．
[4]IEC-60870-5-1远动设备及系统，第5部分：传输规约，第1篇：传输帧格式 [S]
论文作者:甘德中
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/12
标签：规约论文; 标识论文; 类型论文; 数据论文; 主站论文; 网络论文; 协议论文; 《电力设备》2017年第32期论文;