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
本规约遵循DL/T634.5101-2002 /IEC60870-5-101:2002 远动设备及系统 第5－101部分：传输规约 基本远动任 务配套标准（简称新版101标准）
注意事项：
本规约按平衡方式传输：传送原因2字节、信息体地址2字节、公共体地址2字节、链路地址2字节；
1.概述
采用RS485或RS232传输，波特率可调，默认出厂设置为9600，偶校验。
2.帧格式简单说明
2.1固定帧长格式
启动字符（10H）
控制域（C）
链路地址域（A）
帧校验和（CS）
结束字符（16H）
2.2可变帧长格式
启动字符（68H）
长度（L）
长度重复（L）
启动字符（68H）
控制域（C）
链路地址域（A）
链路用户数据
帧校验和（CS）
结束字符（16H）
2.3长度L
长度L包括控制域、地址域、用户数据区的字节数。
2.4控制域（C）的定义
DIR
D7 PRM
D6 FCB/ACD
D5 FCV/DFC
D4 功能码
D3----D0
DIR（传输方向） 0:主站→配电终端; 1:配电终端→主站
PRM（启动报文） 0:报文自配电终端; 1:报文自主站
FCB/ACD 帧计数位/请求访问
FCV/DFC 帧计数有效/数据位
2.5链路地址域
链路地址域为子站站址。常规情况下，链路地址域占1个字节；特殊情况时，根据用户要求可以采用2个字节。（请在定货时说明） 2.6帧检验和
帧检验和是控制、地址、用户数据区所有字节的算术和（不考虑溢出位即256模和）。
3.平衡式传输（主站作为启动站的各种报文）
3.1 主站的询问顺序
主站请求链路状态→子站响应链路状态→主站复位远方链路→子站肯定确认
IEC-60870-5-101规约解析概述
摘要：IEC-60870-5-101规约是调度端与场站端进行信息交互的一种规约，为国际电工委员会（IEC）在1995年制定，并于2001年将95版规约扩充，制定2002版即现行国内各主流调度、子站厂商全面应用的版本。鉴于IEC-60870-5-101其在电力系统远动通讯规约的主导地位已经确立并且220kV电压等级风电场均已通过101规约将站内信息上送调度，本文将对如何解析IEC-60870-5-101报文进行阐述。
关键词：IEC-60870-5-101规约 解析
1规约总述
IEC-60870-5-101规约是一种问答式规约，即你问我答、不问不答模式。它有两种传输方式：平衡式传输和非平衡式传输。平衡式传输中101规约是一种“问答+循环”式规约，即主站和子站都可以启动报文传输。而当其用非平衡式传输时，只有主站端能启动报文传输。101规约的报文在传输时，采用固定帧长和可变帧长及单个控制字符方式。
2 IEC101报文的帧格式
2.1固定帧长帧格式
固定帧长帧由5~6个字节组成，链路地址域可为一个或两个字节。用于主站向子站的询问报文或者子站回答主站的确认报文。具体格式如下表：
表1 固定帧长帧格式
启动字符（10H）
控制域（C）
链路地址域（A）
帧校验和（CS）
结束字符（16H）
报文示例: 10 5B 01 5C 16解析为请求二级用户数据，其中10为启动字符，5B为控制域，01为链路层地址，5C为检验和，16为结束字符。
2.2 可变帧长帧格式
可变帧长用于主站向子站传输数据或子站向主站传输数据，具体格式如下表：
表2 可变帧长帧格式
报文头（固定长度） 启动字符（68H）
L报文长度及多少个字节数
L报文长度确认
启动字符（68H）
数据内容
L个字节长 控制域（C）
链路地址域（A）
ASDU 数据单元
标识 数据单元
类型 类型标识
可变结构
实用文档
第一章 . IEC870-5-101 规约说明
规约标准原文请参照国内 1998-05-01 实施的等同标准《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》 。
参考模型：
本标准中使用的参考模型是源于开放式系统互联的 ISO-OSI 参考模型， 由于远动系统在 有限带宽下要求特别短的反应时间，故改进采用增强性能结构（ EPA），见 下图所示：
在这样的参考模型下，各层次数据单元之间的关系如下图所示：
应用（用户）过程 应用用户数据
APCI
本标准中没
有使用 APCI APCI ASDU
APDU 应用层（第 7 层）
LPCI
LPCI SDU
LPDU 链路层（第 2 层） APDU: 应用规约数据单元
ASDU: 应用服务数据单元
APCI: 应用规约控制单元
LPDU: 链路规约数据单元
LSDU: 链路服务数据单元
LPCI: 链路规约控制单元 实用文档
帧格式：
1．固定帧长帧格式
启动字符（ 10H）
控制域（ C）
链路地址域（ A）
帧校验和（ CS）
结束字符（ 16H）
2．可变帧长帧格式
启动字符（ 68H）
L
L 重复 启动字符（ 68H） 控制域（ C） 链路地址域（ A） 链路用户数据（可变长度） 帧校验和（ CS） 结束字符（ 16H）
FT1.2 的传输标准要求线路上低位先传；线路的空闲为二进制的 1；两帧之间的线路空
闲间隔需不小于 33位；每个字符包括 1位起始位、 1位停止位、 1位偶校验位、 8位数据位， 字符间无需线路空闲间隔；信息字节求和校验（ Check Sum）。
其中各部分的含义如下
1） 长度 L＝ C+A+链路用户数据的长度。
2） 控制域 C 的定义如下：
0
DIR 传输方向位
1 1
PRM 启动报文位
0 帧计数位
FCB 帧计数有效位
FCV 23 22 21 20
要求访问位
