论文部分内容阅读
摘 要 随着IEC60870-5-101/104规约在国内电力远动通信中的广泛应用，能够快速准确地对101/104规约的报文内容进行解析是其中十分重要的一个环节。本文针对IEC60870-5-101/104规约的传输报文结构，以模块化的设计思路，采用Visual Basic 6.0设计开发了一种针对IEC60870-5-101/104规约的规约分析软件，并在实际应用中获得了良好的效果。
关键词 电力；规约；分析软件
中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）24-0014-02
为了方便子站（变电站）与主站（调度中心）之间的联系，以及变电站中各种智能电子设备（IED）的管理，在通信中需要采取一种通用的协议来规范设备间的数据传输，即使用电力通信规约来进行通信。电力通信规约的发展经历了循环式远动（CDT）规约、数据交换标准协会（DISA）规约、XT9702规约、SC1801规约、分布式网络协议（3.0）规约到IEC 60870-5-101规约（以下简称101规约）、IEC 60870-5-104规约（以下简称104规约）[1]等发展历程。
目前，101和104规约在国内电力远动通信中越来越了广泛应用，快速准确地对101/104规约的报文内容进行解析则是101/104规约使用中十分重要的一个环节。而目前在一线的部分相关专业工作人员对规约的掌握程度不够，不能快速准确的分析规约报文，对工作带来了不利影响。
1 IEC 60870-5-101规约介绍
IEC 60870-5-101规约基本远动配套标准规定了电网数据采集和监视控制系统中主站和子站之间以问答方式进行数据传输的帧格式、链路层的传输规则、应用数据结构、应用数据编码、应用功能和报文格式，即问答式远动规约[2]。
101规约在实际应用中多采用非平衡方式传输，即主站是主动站，负责启动所有报文的传输，而子站作为从动站，只有在收到主站召唤的时候才会开始数据传输。
1）101规约结构。
101规约采用增强性能体系结构（EPA，Enhanced Performance Architecture）参考模型，此参考模型源于开放式系统互联的ISO-OSI七层参考模型。为了提高传输效率，EPA模型只采用了七层模型中的应用层、链路层、物理层三层。
物理层是传输所采用的物理介质，采用ITU-T（国际电信联盟远程通信标准化组织）建议，即为保证在链路层数据编码的完整性，需要进行二进制对称无记忆传输。
链路层是由IEC60870-5-2提供的链路规约控制信息（LPCI）的链路传输处理过程组成，此链路处理过程将应用服务数据单元（ASDU）当作链路用户数据来传输[3]。
应用层实际上是一组“应用功能”，用于实现ASDU对象，形成和解析数据帧，主要体现在控制站和被控站之间的ASDU传输过程中。
2）101规约帧格式。
101规约规定了两种帧格式，即IEC 60870-5-2链路传输规则中描述的FT1.2异步式字节传输帧格式中的固定帧长格式和可变帧长格式[4]。固定帧长格式主要用于主站向子站的询问报文以及子站给主站反馈的确认报文。可变帧长格式中，长度L包括控制域、链路地址、应用服务数据单元的字节数。ASDU用于携带主站和子站之间需要传输的数据，每个可变帧长帧只携带有一个ASDU。
2 IEC 60870-5-104规约介绍
1）104规约结构。
IEC 60870-5-104远动规约是将IEC60870-5-101规约与TCP/IP提供的网络传输功能相结合而来，即104规约是101规约的网络访问。104规约参考模型同样源于开放式系统互联ISO-OSI的七层参考模型，但只采用了其中的五层，即应用层、传输层、网络层、物理层、链路层。104规约实际处于应用层协议，包括IEC60870-5全部配套标准所定义的ASDU。基于TCP/IP应用层协议有很多，每一种协议对应一个网络端口号，为保证数据可靠传输，IEC60870-5-104规定传输层使用TCP协议，其对应端口号是TCP端口。104规约规定本标准使用端口号为2404。
2）104规约帧格式。
104规约的应用规约数据单元（APDU）由应用规约控制（APCI）和ASDU组成[5]。其中APDU长度域定义了APDU体的长度，包括APCI的四个控制域八位位组和ASDU。而由于传输接口没有为IEC 60870-5-101中的ASDU定义启动或者停止机制。所以为确定ASDU的起始，规定每一个APCI包括三部分，即启动字符、ASDU的规定长度、以及控制域。
APCI四个控制域八位位组定义了报文传输启停、防止丢失和重复传输的控制信息等。控制域格式可以分为三种，即用于编号的信息传输（I格式），编号的监视功能（S格式）和未编号的控制功能（U格式）。控制域第一个八位位组的第一位和第二位分别对这三种格式进行了定义：当第一位为0时，定义为I格式，I格式通常包含有一个ASDU；第一位为1，第二位为0时，定义为S格式，S格式的APDU只包含APCI；当第1位为1，第2位为1时，定义为U格式，U格式的APDU只包括APCI。
3 基于101、104规约的规约分析软件
1）软件界面。
本软件的界面如图1所示，主要包括规约数据输入窗口、规约解析窗口、规约选择窗口、以及相应的操作按钮部分。规约数据输入窗口输入待解析的一帧规约报文，点选“规约解析”按钮后，即可在规约解析窗口显示针对此条报文的详细解析，以备工作人员快速顺利的解读报文。
2）软件设计结构。
此软件以Visual Basic 6.0编程软件为开发环境，综合参考了101、104规约的基本规则和应用特点。软件结构如图2所示，设计思路采用模块化编程思想，将软件程序分为5个模块：界面交互模块、规约数据输入模块、101规约逻辑分析模块、104规约逻辑分析模块、规约解析输出模块。各模块之间相互独立，仅通过特定变量进行数据的交换传递，以方便软件的维护和功能扩展。 ①界面交互模块。
界面模块及软件的可见部分以及输入输出操作部分，也是各个控件的集中放置部分。布局力求简洁，保证良好的人机交互性和简单易用性。
②规约数据输入模块。
规约数据输入模块以界面交互模块的规约输入界面为数据来源，针对规约报文的特点对输入数据进行了合理限制：通过字符限制程序限制了16进制字符以外的字符输入，通过报文格式检测程序并对输入报文进行不完整或错误检测，检测到有输入不完整或者错误的报文会弹出相应提示框提示修改。
③101＼104规约逻辑分析模块。
101＼104规约逻辑分析模块通过界面交互模块的规约选择窗口选择是对101规约解析还是对104规约解析，点选“规约解析”按钮后，101＼104规约逻辑分析模块将规约数据输入模块输入的报文数据首先进行拆解，将规约报文中的字符按格式分别存储转换，并进行字符和功能码的分析，通过与101＼104规约格式的比较分析，得出待解析规约的详细含义代码，并将这些代码送到规约解析输出模块。
④规约解析输出模块。
规约解析输出模块接收101＼104规约逻辑分析模块传递的详细含义代码，此类代码在规约输出模块中均唯一的对应一条中文解释，规约输出模块将待解析规约报文的总体解释、其中每一类字符以及对应的规约解释显示到界面交互模块的规约解析窗口，从而完成一帧报文的解析流程。
4 结束语
随着101、104规约在远动通信中越来越广泛的应用，快速准确地对规约的内容进行解析已经成为相关专业工作人员的必备技能；101、104规约解析软件通过实际使用证明可使工作人员尽快熟悉、掌握101、104规约，为有效提升工作效率提供了较大帮助。
参考文献
[1]郑文涓，刘冲，王卫东，等.基于配电网中101规约传输方式的智能设计与仿真[J].广东电力，2014，27（4）：66-70.
[2]李洪华.远动101规约在调度自动化中的应用与实践[J].中国电子商务，2013（20）：88-89.
[3]周宇植.国家电网公司生产技能人员职业能力培训专用教材-电网调动自动化厂站端调试检修[M].北京：中国电力出版社，2010：212-213.
[4]徐攀，孟文，张彩英.101规约在SCADA系统中的应用及实现[J].电气应用，2010，29（9）：42-46.
[5]周鸿艳.基于IEC60870-5-104规约的智能配电网终端设备测试方案及软件设计[D].长沙：长沙理工大学，2012：5-6.
[6]李彬.配电网自动化FTU通信系统设计[D].华北电力大学（河北），2007.
关键词 电力；规约；分析软件
中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）24-0014-02
为了方便子站（变电站）与主站（调度中心）之间的联系，以及变电站中各种智能电子设备（IED）的管理，在通信中需要采取一种通用的协议来规范设备间的数据传输，即使用电力通信规约来进行通信。电力通信规约的发展经历了循环式远动（CDT）规约、数据交换标准协会（DISA）规约、XT9702规约、SC1801规约、分布式网络协议（3.0）规约到IEC 60870-5-101规约（以下简称101规约）、IEC 60870-5-104规约（以下简称104规约）[1]等发展历程。
目前，101和104规约在国内电力远动通信中越来越了广泛应用，快速准确地对101/104规约的报文内容进行解析则是101/104规约使用中十分重要的一个环节。而目前在一线的部分相关专业工作人员对规约的掌握程度不够，不能快速准确的分析规约报文，对工作带来了不利影响。
1 IEC 60870-5-101规约介绍
IEC 60870-5-101规约基本远动配套标准规定了电网数据采集和监视控制系统中主站和子站之间以问答方式进行数据传输的帧格式、链路层的传输规则、应用数据结构、应用数据编码、应用功能和报文格式，即问答式远动规约[2]。
101规约在实际应用中多采用非平衡方式传输，即主站是主动站，负责启动所有报文的传输，而子站作为从动站，只有在收到主站召唤的时候才会开始数据传输。
1）101规约结构。
101规约采用增强性能体系结构（EPA，Enhanced Performance Architecture）参考模型，此参考模型源于开放式系统互联的ISO-OSI七层参考模型。为了提高传输效率，EPA模型只采用了七层模型中的应用层、链路层、物理层三层。
物理层是传输所采用的物理介质，采用ITU-T（国际电信联盟远程通信标准化组织）建议，即为保证在链路层数据编码的完整性，需要进行二进制对称无记忆传输。
链路层是由IEC60870-5-2提供的链路规约控制信息（LPCI）的链路传输处理过程组成，此链路处理过程将应用服务数据单元（ASDU）当作链路用户数据来传输[3]。
应用层实际上是一组“应用功能”，用于实现ASDU对象，形成和解析数据帧，主要体现在控制站和被控站之间的ASDU传输过程中。
2）101规约帧格式。
101规约规定了两种帧格式，即IEC 60870-5-2链路传输规则中描述的FT1.2异步式字节传输帧格式中的固定帧长格式和可变帧长格式[4]。固定帧长格式主要用于主站向子站的询问报文以及子站给主站反馈的确认报文。可变帧长格式中，长度L包括控制域、链路地址、应用服务数据单元的字节数。ASDU用于携带主站和子站之间需要传输的数据，每个可变帧长帧只携带有一个ASDU。
2 IEC 60870-5-104规约介绍
1）104规约结构。
IEC 60870-5-104远动规约是将IEC60870-5-101规约与TCP/IP提供的网络传输功能相结合而来，即104规约是101规约的网络访问。104规约参考模型同样源于开放式系统互联ISO-OSI的七层参考模型，但只采用了其中的五层，即应用层、传输层、网络层、物理层、链路层。104规约实际处于应用层协议，包括IEC60870-5全部配套标准所定义的ASDU。基于TCP/IP应用层协议有很多，每一种协议对应一个网络端口号，为保证数据可靠传输，IEC60870-5-104规定传输层使用TCP协议，其对应端口号是TCP端口。104规约规定本标准使用端口号为2404。
2）104规约帧格式。
104规约的应用规约数据单元（APDU）由应用规约控制（APCI）和ASDU组成[5]。其中APDU长度域定义了APDU体的长度，包括APCI的四个控制域八位位组和ASDU。而由于传输接口没有为IEC 60870-5-101中的ASDU定义启动或者停止机制。所以为确定ASDU的起始，规定每一个APCI包括三部分，即启动字符、ASDU的规定长度、以及控制域。
APCI四个控制域八位位组定义了报文传输启停、防止丢失和重复传输的控制信息等。控制域格式可以分为三种，即用于编号的信息传输（I格式），编号的监视功能（S格式）和未编号的控制功能（U格式）。控制域第一个八位位组的第一位和第二位分别对这三种格式进行了定义：当第一位为0时，定义为I格式，I格式通常包含有一个ASDU；第一位为1，第二位为0时，定义为S格式，S格式的APDU只包含APCI；当第1位为1，第2位为1时，定义为U格式，U格式的APDU只包括APCI。
3 基于101、104规约的规约分析软件
1）软件界面。
本软件的界面如图1所示，主要包括规约数据输入窗口、规约解析窗口、规约选择窗口、以及相应的操作按钮部分。规约数据输入窗口输入待解析的一帧规约报文，点选“规约解析”按钮后，即可在规约解析窗口显示针对此条报文的详细解析，以备工作人员快速顺利的解读报文。
2）软件设计结构。
此软件以Visual Basic 6.0编程软件为开发环境，综合参考了101、104规约的基本规则和应用特点。软件结构如图2所示，设计思路采用模块化编程思想，将软件程序分为5个模块：界面交互模块、规约数据输入模块、101规约逻辑分析模块、104规约逻辑分析模块、规约解析输出模块。各模块之间相互独立，仅通过特定变量进行数据的交换传递，以方便软件的维护和功能扩展。 ①界面交互模块。
界面模块及软件的可见部分以及输入输出操作部分，也是各个控件的集中放置部分。布局力求简洁，保证良好的人机交互性和简单易用性。
②规约数据输入模块。
规约数据输入模块以界面交互模块的规约输入界面为数据来源，针对规约报文的特点对输入数据进行了合理限制：通过字符限制程序限制了16进制字符以外的字符输入，通过报文格式检测程序并对输入报文进行不完整或错误检测，检测到有输入不完整或者错误的报文会弹出相应提示框提示修改。
③101＼104规约逻辑分析模块。
101＼104规约逻辑分析模块通过界面交互模块的规约选择窗口选择是对101规约解析还是对104规约解析，点选“规约解析”按钮后，101＼104规约逻辑分析模块将规约数据输入模块输入的报文数据首先进行拆解，将规约报文中的字符按格式分别存储转换，并进行字符和功能码的分析，通过与101＼104规约格式的比较分析，得出待解析规约的详细含义代码，并将这些代码送到规约解析输出模块。
④规约解析输出模块。
规约解析输出模块接收101＼104规约逻辑分析模块传递的详细含义代码，此类代码在规约输出模块中均唯一的对应一条中文解释，规约输出模块将待解析规约报文的总体解释、其中每一类字符以及对应的规约解释显示到界面交互模块的规约解析窗口，从而完成一帧报文的解析流程。
4 结束语
随着101、104规约在远动通信中越来越广泛的应用，快速准确地对规约的内容进行解析已经成为相关专业工作人员的必备技能；101、104规约解析软件通过实际使用证明可使工作人员尽快熟悉、掌握101、104规约，为有效提升工作效率提供了较大帮助。
参考文献
[1]郑文涓，刘冲，王卫东，等.基于配电网中101规约传输方式的智能设计与仿真[J].广东电力，2014，27（4）：66-70.
[2]李洪华.远动101规约在调度自动化中的应用与实践[J].中国电子商务，2013（20）：88-89.
[3]周宇植.国家电网公司生产技能人员职业能力培训专用教材-电网调动自动化厂站端调试检修[M].北京：中国电力出版社，2010：212-213.
[4]徐攀，孟文，张彩英.101规约在SCADA系统中的应用及实现[J].电气应用，2010，29（9）：42-46.
[5]周鸿艳.基于IEC60870-5-104规约的智能配电网终端设备测试方案及软件设计[D].长沙：长沙理工大学，2012：5-6.
[6]李彬.配电网自动化FTU通信系统设计[D].华北电力大学（河北），2007.