基于IEC60870-5的变电站巡检机器人通信规约
刘凌1,2，韩国政3，李壮志4（1.山东大学控制科学与工程学院，山东济南250061；2.济南铁道职业技术学院，山东济南250013；3.山东大学电气工程学院，山东济南250061；4.山东省长途电信传输局，山东济南250031）摘要：变电站巡检机器人的通信规约主要应用于集控站与基站之间的数据通信，基站与移动站之间的数据通信也可以参照执行。文章介绍了变电站巡检机器人的系统结构，分析了IEC60870-5-101和IEC60870-5-104规约的特点，并结合这2种规约进行相应的扩充，提出了一种应用于变电站巡检机器人的通信规约。关键词：巡检机器人；通信规约；以太网；变电站自动化
中图分类号：TN915.04；TM734文献标志码：A文章编号：1005-7641（2009）04-0017-05
0引言
随着社会经济和科学技术的发展，电力生产自动化水平不断提高，自动化装置和远程监控系统的应用范围越来越广。传统的人工巡视已经满足不了现代化变电站发展的要求，机器人代替人工巡视将是未来的一个发展方向。由山东鲁能智能技术有限公司研制的变电站巡检机器人已在多个变电站投入运行，该系统既能充分发挥机器人的设备巡检、图像监控、保安功能，又能方便地接入传统的定点图像监控系统。配置灵活方便，技术先进，极大地提高了技术含量，为电力输变电安全生产提供了可靠保障[1-2]。
1变电站巡检机器人的系统结构
变电站巡检机器人包括移动站系统和基站系统。随着变电站巡检机器人应用的不断推广，需要对多个变电站的巡检机器人进行集中监控，为此提出了集控站的概念。集控站作为变电站巡检机器人的远方后台，放置在集控中心或调度中心，可以同时观测和控制多个机器人的运行。整个变电站巡检机器人系统分为移动站（机器人本体）、基站（变电站当地后台）和集控站（远方后台），其典型实现方式如图1所示。图1变电站巡检机器人典型实现Fig.1Realizationofinspectionrobotinsubstation为了实现基站与集控站之间的数据通信，便于机器人系统的互联互通，需要制定一种类似于调度自动化远动传输规约的通信规约来实现机器人系统的数据传输。考虑到目前变电站巡检机器人仍处在研制和研发阶段，没有大面积推广，所以通信规约需要灵活和方便扩充，并且尽量与目前通用的通信规约兼容。借鉴目前比较常用的IEC60870-5-101和IEC60870-5-104远动规约[3-5]，并通过必要的扩展，本文提出了一种应用于变电站巡检机器人的通信规约。2101和104规约特点
104规约详细介绍及报文解析 -回复
规约（Protocol）是计算机网络通信中的一种协议，用于定义数据交换的格式、顺序以及错误检测和纠正等内容。104规约（IEC 60870-5-104）是国际电工委员会（International Electrotechnical Commission）制定的一种规约，主要用于监控与控制系统之间的通信。本文将详细介绍104规约及其报文解析。
一、104规约简介
104规约是一种基于TCP/IP网络通信的规约，主要用于工业自动化领域中的远程监控与控制系统。它提供了一种可靠、高效的通信方式，能够满足实时性、灵活性和可靠性等要求。104规约采用了面向报文和面向连接的通信方式，能够支持点对点、点对多点和多点对点的通信模式。
二、104规约报文结构
104规约的报文结构包括报文头（Header）、ASDU（Application Service
Data Unit）和报文尾（Footer）。报文头包含了报文的控制信息，用于表示报文类型、优先级和传输原因等。ASDU是实际传输的数据部分，负责携带各种监控与控制的信息。报文尾用于检测报文的完整性和一致性。
三、104规约报文解析
1. 报文头解析：首先读取报文头，根据报文头的信息可以确定报文的类型、传输原因和发送序号等。报文类型表示了报文的目的和功能，如启动报文、确认报文或者监控与控制的报文。传输原因表示了触发发送该报文的原因，如周期定时发送、事件触发发送等。
2. ASDU解析：根据ASDU的类型可以确定ASDU的功能和数据的含义。不同类型的ASDU用于传输不同种类的监控与控制的数据，如单点信息、双点信息、测量值和参数等。根据ASDU的结构和定义，可以提取出数据的具体内容。
3. 报文尾解析：最后检查报文尾以验证报文的完整性和一致性。报文尾通常包括一个校验和，用于检测报文是否被修改或丢失。
四、104规约报文的应用
104规约广泛应用于电力、水利、交通、石油等行业中的远程监控与控制系统。通过104规约，监控中心可以实时接收和发送各种监控与控制的数据，如开关状态、温度、电流等，实现对远程设备的实时监控和控制。
IEC 60870-5-104 网络传输规约是国际标准规约，主要应用于电力系统变电站计算机监控系统或RTU 与主站SCADA 系统之间的数据通信。控制站与被控制站之间的网络通信底层采用TCP/IP 协议[1]，应用层协议采用IEC60870-5-104 传输规约[2-3]。
1 应用层协议IEC 60870-5-104 传输规约格式与报文分析[2-5]
1.1 控制功能传输格式
控制功能传输帧主要用于测试链路、控制启/停数据传输，如表1所示。报文内容为：
表 1 控制功能传输格式
启始字 APDU 长度控制域1 控制域2 控制域3 控制域4
68 04 STARTDT、STOPDT、
TESTFR 00 00 00
（1）TRAN：68 04 43 00 00 00，测试链路。
（2）RECV：68 04 83 00 00 00，确认。
（3）TRAN：68 04 13 00 00 00，停止数据传送。
（4）RECV：68 04 23 00 00 00，确认。
（5）TRAN：68 04 07 00 00 00，启动数据传输。
（6）RECV：68 04 0B 00 00 00，确认。
TCP/IP 建立连接后，控制站发送测试TESTFR指令对已建立的连接进行测试，并得到被控制站返回的TESTFR 确认；控制站必需发送STARTDT 指令来激活该连接中的用户数据传输，被控制站响应这个STARTDT 指令。被控制站的待发数据只有在STARTDT 被确认后才能发送数据。 1.2 监视功能传输格式
监视功能传输格式如表 2 所示。监视功能传输帧主要用于数据帧确认，即当主站正确收到1 帧或多帧APDU 后要进行确认并返回接收帧的序列号。
表 2 监视功能传输格式
启始字 APDU 长度控制域1 控制域2 控制域3 控制域4
68 01 01 00 接收序号 接收序号
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IEC60870-5-104规约在微电网能量管理系统中的应用
作者：张艳丽 徐兴辉 赵学臣
来源：《中国新通信》2014年第14期
【摘要】 首先介绍了微电网能量管理系统的通讯系统结构，然后根据微电网能量管理和优化控制的特点，对IEC60870- 5- 104国际标准规约进行扩展应用研究，最后针对互操作性，给出了建议报文类型的选择方案。
【关键词】 微电网 IEC60870- 5- 104规约 能量管理系统
微电网（Micro-Grid），是一种由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控保护装置汇集而成的小型发配电系统。其中，IEC60870-5-104规约（以下简称104规约）作为一种国际标准，除已经在变电站自动化、调度自动化等领域得到广泛应用外，104规约在微电网监控与能量管理系统中也被大量采用。
一、微电网前置通讯系统架构
一种是采用通讯管理机进行规约转换，各种格式的数据经转换后统一以一种规约，如IEC60870-5-104规约，传到微网能量管理系统的前置服务器。另一种，不需要专门的规约转换装置，直接在微网能量管理系统的前置服务器上接入各种微电网设备，前置通讯服务器完成全部的数据采集功能。
二、104规约在微网能量管理系统中的扩展应用
微网能量管理系统需要根据特定的运行模式和控制策略，实时调节分布式发电与储能功率等数据。为实现实时快速响应，同一时刻需要下达对多个设备的调节指令。标准104规约中，遥控、遥调指令的报文格式规定同一帧报文只能发送一条指令，无法满足实时要求。另外，标准104规约中虽然可以传送保护信息，但也不能完全满足实际需求。
2.1 扩展多点控制命令
在一帧中发送多个控制指令。类型53用于不带时标的多点遥控或多点设定值，类型54用于带时标的多点设定值。
