IEC60870—5—101/104規(guī)約分析軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

易克難++賀建明

摘 要 隨著IEC60870-5-101/104規(guī)約在國內(nèi)電力遠動通信中的廣泛應(yīng)用，能夠快速準(zhǔn)確地對101/104規(guī)約的報文內(nèi)容進行解析是其中十分重要的一個環(huán)節(jié)。本文針對IEC60870-5-101/104規(guī)約的傳輸報文結(jié)構(gòu)，以模塊化的設(shè)計思路，采用Visual Basic 6.0設(shè)計開發(fā)了一種針對IEC60870-5-101/104規(guī)約的規(guī)約分析軟件，并在實際應(yīng)用中獲得了良好的效果。

關(guān)鍵詞 電力；規(guī)約；分析軟件

中圖分類號：TM76 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）24-0014-02

為了方便子站（變電站）與主站（調(diào)度中心）之間的聯(lián)系，以及變電站中各種智能電子設(shè)備（IED）的管理，在通信中需要采取一種通用的協(xié)議來規(guī)范設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸，即使用電力通信規(guī)約來進行通信。電力通信規(guī)約的發(fā)展經(jīng)歷了循環(huán)式遠動（CDT）規(guī)約、數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（DISA）規(guī)約、XT9702規(guī)約、SC1801規(guī)約、分布式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（3.0）規(guī)約到IEC 60870-5-101規(guī)約（以下簡稱101規(guī)約）、IEC 60870-5-104規(guī)約（以下簡稱104規(guī)約）[1]等發(fā)展歷程。

目前，101和104規(guī)約在國內(nèi)電力遠動通信中越來越了廣泛應(yīng)用，快速準(zhǔn)確地對101/104規(guī)約的報文內(nèi)容進行解析則是101/104規(guī)約使用中十分重要的一個環(huán)節(jié)。而目前在一線的部分相關(guān)專業(yè)工作人員對規(guī)約的掌握程度不夠，不能快速準(zhǔn)確的分析規(guī)約報文，對工作帶來了不利影響。

1 IEC 60870-5-101規(guī)約介紹

IEC 60870-5-101規(guī)約基本遠動配套標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制系統(tǒng)中主站和子站之間以問答方式進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸袷?、鏈路層的傳輸?guī)則、應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、應(yīng)用數(shù)據(jù)編碼、應(yīng)用功能和報文格式，即問答式遠動規(guī)約[2]。

101規(guī)約在實際應(yīng)用中多采用非平衡方式傳輸，即主站是主動站，負責(zé)啟動所有報文的傳輸，而子站作為從動站，只有在收到主站召喚的時候才會開始數(shù)據(jù)傳輸。

1）101規(guī)約結(jié)構(gòu)。

101規(guī)約采用增強性能體系結(jié)構(gòu)（EPA，Enhanced Performance Architecture）參考模型，此參考模型源于開放式系統(tǒng)互聯(lián)的ISO-OSI七層參考模型。為了提高傳輸效率，EPA模型只采用了七層模型中的應(yīng)用層、鏈路層、物理層三層。

物理層是傳輸所采用的物理介質(zhì)，采用ITU-T（國際電信聯(lián)盟遠程通信標(biāo)準(zhǔn)化組織）建議，即為保證在鏈路層數(shù)據(jù)編碼的完整性，需要進行二進制對稱無記憶傳輸。

鏈路層是由IEC60870-5-2提供的鏈路規(guī)約控制信息（LPCI）的鏈路傳輸處理過程組成，此鏈路處理過程將應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元（ASDU）當(dāng)作鏈路用戶數(shù)據(jù)來傳輸[3]。

應(yīng)用層實際上是一組“應(yīng)用功能”，用于實現(xiàn)ASDU對象，形成和解析數(shù)據(jù)幀，主要體現(xiàn)在控制站和被控站之間的ASDU傳輸過程中。

2）101規(guī)約幀格式。

101規(guī)約規(guī)定了兩種幀格式，即IEC 60870-5-2鏈路傳輸規(guī)則中描述的FT1.2異步式字節(jié)傳輸幀格式中的固定幀長格式和可變幀長格式[4]。固定幀長格式主要用于主站向子站的詢問報文以及子站給主站反饋的確認報文?？勺儙L格式中，長度L包括控制域、鏈路地址、應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元的字節(jié)數(shù)。ASDU用于攜帶主站和子站之間需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，每個可變幀長幀只攜帶有一個ASDU。

2 IEC 60870-5-104規(guī)約介紹

1）104規(guī)約結(jié)構(gòu)。

IEC 60870-5-104遠動規(guī)約是將IEC60870-5-101規(guī)約與TCP/IP提供的網(wǎng)絡(luò)傳輸功能相結(jié)合而來，即104規(guī)約是101規(guī)約的網(wǎng)絡(luò)訪問。104規(guī)約參考模型同樣源于開放式系統(tǒng)互聯(lián)ISO-OSI的七層參考模型，但只采用了其中的五層，即應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、物理層、鏈路層。104規(guī)約實際處于應(yīng)用層協(xié)議，包括IEC60870-5全部配套標(biāo)準(zhǔn)所定義的ASDU?；赥CP/IP應(yīng)用層協(xié)議有很多，每一種協(xié)議對應(yīng)一個網(wǎng)絡(luò)端口號，為保證數(shù)據(jù)可靠傳輸，IEC60870-5-104規(guī)定傳輸層使用TCP協(xié)議，其對應(yīng)端口號是TCP端口。104規(guī)約規(guī)定本標(biāo)準(zhǔn)使用端口號為2404。

2）104規(guī)約幀格式。

104規(guī)約的應(yīng)用規(guī)約數(shù)據(jù)單元（APDU）由應(yīng)用規(guī)約控制（APCI）和ASDU組成[5]。其中APDU長度域定義了APDU體的長度，包括APCI的四個控制域八位位組和ASDU。而由于傳輸接口沒有為IEC 60870-5-101中的ASDU定義啟動或者停止機制。所以為確定ASDU的起始，規(guī)定每一個APCI包括三部分，即啟動字符、ASDU的規(guī)定長度、以及控制域。

APCI四個控制域八位位組定義了報文傳輸啟停、防止丟失和重復(fù)傳輸?shù)目刂菩畔⒌??？刂朴蚋袷娇梢苑譃槿N，即用于編號的信息傳輸（I格式），編號的監(jiān)視功能（S格式）和未編號的控制功能（U格式）。控制域第一個八位位組的第一位和第二位分別對這三種格式進行了定義：當(dāng)?shù)谝晃粸?時，定義為I格式，I格式通常包含有一個ASDU；第一位為1，第二位為0時，定義為S格式，S格式的APDU只包含APCI；當(dāng)?shù)?位為1，第2位為1時，定義為U格式，U格式的APDU只包括APCI。

3 基于101、104規(guī)約的規(guī)約分析軟件

1）軟件界面。

本軟件的界面如圖1所示，主要包括規(guī)約數(shù)據(jù)輸入窗口、規(guī)約解析窗口、規(guī)約選擇窗口、以及相應(yīng)的操作按鈕部分。規(guī)約數(shù)據(jù)輸入窗口輸入待解析的一幀規(guī)約報文，點選“規(guī)約解析”按鈕后，即可在規(guī)約解析窗口顯示針對此條報文的詳細解析，以備工作人員快速順利的解讀報文。

2）軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)。

此軟件以Visual Basic 6.0編程軟件為開發(fā)環(huán)境，綜合參考了101、104規(guī)約的基本規(guī)則和應(yīng)用特點。軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示，設(shè)計思路采用模塊化編程思想，將軟件程序分為5個模塊：界面交互模塊、規(guī)約數(shù)據(jù)輸入模塊、101規(guī)約邏輯分析模塊、104規(guī)約邏輯分析模塊、規(guī)約解析輸出模塊。各模塊之間相互獨立，僅通過特定變量進行數(shù)據(jù)的交換傳遞，以方便軟件的維護和功能擴展。endprint

①界面交互模塊。

界面模塊及軟件的可見部分以及輸入輸出操作部分，也是各個控件的集中放置部分。布局力求簡潔，保證良好的人機交互性和簡單易用性。

②規(guī)約數(shù)據(jù)輸入模塊。

規(guī)約數(shù)據(jù)輸入模塊以界面交互模塊的規(guī)約輸入界面為數(shù)據(jù)來源，針對規(guī)約報文的特點對輸入數(shù)據(jù)進行了合理限制：通過字符限制程序限制了16進制字符以外的字符輸入，通過報文格式檢測程序并對輸入報文進行不完整或錯誤檢測，檢測到有輸入不完整或者錯誤的報文會彈出相應(yīng)提示框提示修改。

③101＼104規(guī)約邏輯分析模塊。

101＼104規(guī)約邏輯分析模塊通過界面交互模塊的規(guī)約選擇窗口選擇是對101規(guī)約解析還是對104規(guī)約解析，點選“規(guī)約解析”按鈕后，101＼104規(guī)約邏輯分析模塊將規(guī)約數(shù)據(jù)輸入模塊輸入的報文數(shù)據(jù)首先進行拆解，將規(guī)約報文中的字符按格式分別存儲轉(zhuǎn)換，并進行字符和功能碼的分析，通過與101＼104規(guī)約格式的比較分析，得出待解析規(guī)約的詳細含義代碼，并將這些代碼送到規(guī)約解析輸出模塊。

④規(guī)約解析輸出模塊。

規(guī)約解析輸出模塊接收101＼104規(guī)約邏輯分析模塊傳遞的詳細含義代碼，此類代碼在規(guī)約輸出模塊中均唯一的對應(yīng)一條中文解釋，規(guī)約輸出模塊將待解析規(guī)約報文的總體解釋、其中每一類字符以及對應(yīng)的規(guī)約解釋顯示到界面交互模塊的規(guī)約解析窗口，從而完成一幀報文的解析流程。

4 結(jié)束語

隨著101、104規(guī)約在遠動通信中越來越廣泛的應(yīng)用，快速準(zhǔn)確地對規(guī)約的內(nèi)容進行解析已經(jīng)成為相關(guān)專業(yè)工作人員的必備技能；101、104規(guī)約解析軟件通過實際使用證明可使工作人員盡快熟悉、掌握101、104規(guī)約，為有效提升工作效率提供了較大幫助。

參考文獻

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