IEC60870-5-104规约介绍

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

104规约 coa

104规约，全称为IEC 60870-5-104规约，是一种用于远程监控和控制系统的通信协议。它定义了在电力自动化系统中，主站和子站之间如何进行数据传输和通信。104规约主要应用于电网自动化、水处理、交通控制以及工业自动化等领域。

104规约采用了面向对象的通信模型，其中包含主站和子站两个主要的通信实体。主站负责向子站发送控制命令，并接收子站返回的状态信息。子站则负责采集和处理现场设备的数据，并向主站返回实时信息。

104规约的通信过程主要包括初始化、连接建立、数据交换和连接释放四个阶段。首先，在初始化阶段，主站和子站进行初始化配置，包括通信参数的设置和功能的定义。接着，在连接建立阶段，主站向子站发送连接请求，并等待子站的响应。一旦连接建立成功，主站和子站就可以开始进行数据交换了。在数据交换阶段，主站向子站发送控制命令，如读取设备状态、修改参数等，并接收子站返回的实时数据。最后，在连接释放阶段，主站和子站可以选择主动关闭连接或者等待超时自动关闭。

104规约的特点之一是可靠性。在数据传输过程中，104规约通过使用序列号和确认机制来确保数据的可靠性。主站发送的每个数据包都带有一个唯一的序列号，子站接收到数据包后会发送确认消息给主站，主站收到确认消息后才会发送下一个数据包。这种机制可以防止数据的丢失和重复。

另一个特点是实时性。104规约支持实时数据传输，可以实现毫秒级的响应时间。这对于某些对时间要求较高的应用场景非常重要，如电力系统中的故障检测和处理。

除了可靠性和实时性，104规约还具有较高的灵活性和扩展性。它支持多种通信方式，包括串口、以太网和无线通信等。同时，104规约还定义了丰富的功能码和数据类型，可以满足不同应用场景的需求。

总的来说，104规约是一种可靠、实时且灵活的通信协议，广泛应用于电力自动化和工业自动化领域。它通过建立主站和子站之间的连接，实现了对现场设备的实时监控和控制。104规约的应用可以提高系统的安全性、可靠性和效率，为各行业的自动化系统提供了可靠的通信解决方案。