IEC101规约介绍与报文分析.ppt
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1、IEC60870-5-101规约介绍规约介绍与报文分析与报文分析远动规约与评价尺度过程监视和控制功能的最终目的是为了达到系统数据一致性。即过程变量的状态和它在远动系统数据库中的镜像没有区别。由于有关过程状态信息的延时以及环境噪音或者元件失效使信息错误,这个最终目的不能完全达到,但是期望通信能够维持一个高度的系统一致性。为此数据传输方法将支持高等级可靠的和高效率的信息吞吐量,特别是对于短报文和紧急的报文。在给定的带宽下数据完整性和传输效率这两个量是评价远动规约的尺度高的数据完整性和数据传输效率是相互矛盾的,提高对数据完整性的要求可以用降低信息流的速度方法实现。因此要在这两个特性之间寻找一个可以接
2、收的折衷。国内常用远动规约国内常用远动规约远动通道(RS232):CDT规约:部颁DL451-91、老部颁、地方CDT规约 DNP3.0规约、SC-1801规约、N4F规约、S5规约 ELIN规约、Siemens 8890规约、ABB RP570规约 部颁101规约1997,IEC60870-5-101规约2002网络通道 DNP3.0规约、IEC104规约IEC60870-5-101必读文件:中华人民共和国电力行业标准DL/T 6345101-2002/IEC60870-5-101:2002代替DL/T634-1997IEC1995年出版IEC60870-5-101以来,得到广泛应用。我国制
3、定了相应的配套标准,:DL/T634-1997基本远动任务配套标准(neq.IEC60870-5-101:1995)IEC总结经验,又出版A1、A2扩充时标两个附件,于2001将IEC60870-5-101:1995和两个附件合并,出版了IEC60870-5-101:2002V.2我国又跟进制定了相应的配套标准,等同采用IEC60870-5-101远动设备与系统第5部分传输规约第101篇基本远动任务配套标准:2002二者区别二者区别 1.2002版增加了链路确认过程。2.2002版信息对象地址范围扩大。IEC60870-5系列标准系列标准基本标准(共分5篇)第一篇60870-5-1传输帧格式第
4、二篇60870-5-2链路传输规约第三篇60870-5-3应用数据的一般结构第四篇60870-5-4应用信息元素定义和编码第五篇60870-5-5基本应用功能配套标准IEC60870-5-101:基本远动任务IEC60870-5-102:电能累计量IEC60870-5-103:继电保护信号IEC60870-5-104:IEC60870-5-101的网络访问IEC60870-5系列适用范围系列适用范围IEC60870-5系列涵盖了各种网络配置(点对点、多个点对点、多点共线、多点环型、多点星型),各种传输模式(平衡式、非平衡式),网络的主从和平衡传输模式,电力系统所需要的应用功能和应用信息,是一个
5、完整的集,可以适应电力系统自动化系统中各种调制方式,各种网络配置和各种传输模式的需要IEC101选用模型选用模型应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层应用层链路层物理层远动系统在有限的传输带宽下要求反映时间特别短,牺牲部分服务换取传输效率ISO参考模型增强性能模型(EPA)传输应用数据传输帧格式物理通讯方式规约结构规约结构从IEC60870-5-5选用的应用功能用户进程从IEC60870-5-3选用的应用服务数据单元应用层(第7层)从IEC60870-5-4选用的应用信息元素从IEC60870-5-2选用的链路传输规则链路层(第2层)从IEC60870-5-1选用的传输帧格式从ITU-T建
6、议中选用物理层(第1层)增强性能体系结构(EPA)和配套标准所选用的标准定义 通信规约:IEC101重点物理层链路层功能码、特征位(FCB、ACD)、链路地址应用层类型标识、可变结构限定词、传送原因、公共地址、信息对象地址、信息元素物理层物理层(硬件)硬件)将将比比特特串串行行数数据据从从链链路路层层要要求求的的形形式式变变换换为为线线路路传传输输要要求求形形式式。DTE和和DCE之之间间接接口口为为异异步步ITU-TV.24/ITU-TV.28接接口口。传传输输通通道道的的运运行行模模式式不不同同,所所要要求求的的接口信号也不同接口信号也不同控制站的数据终端设备(DTE)数据电路终接设备(D
7、CE)数据电路终接设备(DCE)控制站的数据终端设备(DTE)数据电路数据电路串行远动通信串行远动通信控制站和被控站的接口和连接控制站和被控站的接口和连接物理层(物理层(DCE)线路耦合器将比特串行数据从链路层要求的形式变换为线路传输要求的形式,线路耦合器的典型任务如下:变换信号;提供站和传输线路间的电气隔离;监视信号质量;提供位同步;如果未被数据链路完成,加上和移去帧同步;捡出传输线路忙、空闲和不完备状态。ITU-T建议了系列标准V.24/V.28(载波、Modem)系列X.24/X.28(数字、数字信号复用器)系列链路层链路层链路层接收、执行和控制高层要求的传输服务功能提供三种服务类别:链
8、路服务级别功能用途S1发送/无回答广播命令S2发送/确认由控制站向数据终端发送命令等S3请求/响应 由控制站向数据终端召唤数据或事件IEC101 选用帧格式选用帧格式标准传输帧的格式FT1.2适用于远动系统中信息吞吐量和数据完整性的高等级要求 配套标准唯一地采用IEC60870-5-1 6.2.4.2 中定义1,2)的帧格式FT1.2,允许采用:固定帧长可变帧长单个控制字符异步串行链路;偶校验、8个数据位、1个启动位、1个停止位(E.8.1);256模和帧校验;海明距离4(平均未检出差错时间为26年)启动字符(启动字符(68H)LL重复重复启动字符(启动字符(68H)控制域(控制域(C)链路地
9、址域(链路地址域(A)链路用户数据(可变长度)链路用户数据(可变长度)帧校验和(帧校验和(CS)结束字符(结束字符(16H)固定长度的报文头L个8位位组一一FT1.2FT1.2可变帧长格式可变帧长格式可可变变帧帧长长帧帧格格式式用用于于由由主主站站向向子子站站传传输输数数据据,或或由由子子站站向向主主站传输数据。站传输数据。报文示例:总召唤命令报文(从帧格式的角度)-68 09 09 68 73 01 64 01 06 01 00 00 14 F4 16链路层(可变帧)链路层(可变帧)启动字符(启动字符(10H)控制域(控制域(C)链路地址域(链路地址域(A)帧校验(帧校验(CS)结束字符(结
10、束字符(16H)二二FT1.2FT1.2固定帧长格式固定帧长格式用于子站回答主站的确认报文,或主站向子站的询问报文。用于子站回答主站的确认报文,或主站向子站的询问报文。报文示例:召唤链路状态(从帧格式角度)M-R :10 M-R :10 4949 01 4A 16 01 4A 16链路层(固定帧)链路层(固定帧)三FT1.2 单个字符单个控制字符E5用来取代固定帧长肯定确认帧(从动功能码)或固定帧长否定确认帧(从动功能码)。-10 5B 01 5C 16-10 5B 01 5C 16-10 09 01 0A 16 68 09 09 68 73-68 09 09 68 73 0101 64 01
11、 06 01 00 00 14 F4 64 01 06 01 00 00 14 F4 16 16-10 00 01 01 16 (E5)-10 00 01 01 16 (E5)链路层(单个字符)链路层(单个字符)E5H校验和校验和在可变帧长报文中,校验和是控制域.地址域.用户数据区的8位位组的算术和(不考虑溢出位即256模和)。在固定帧长报文中,校验和是控制域.地址域的算术和(不考虑溢出位即256模和)。单个字符无校验和。平衡与非平衡传输平衡与非平衡传输非平衡传输(Unbalancedtranmission)主站采用顺序地查询(召唤)子站来控制数据传输,在这种情况下主站是请求站,它触发所有报文
12、的传输,子站是从动站,只有当它们被查询(召唤)时才可能传输。平衡传输(Balancedtranmission)采用平衡传输,每一个站可能启动报文传输。因为这些站可以同时既作为启动站又可以作为从动站,它们被称为综合站。若从一个中心控制站(控制站)到几个外站(被控站)之间链路共用一条公共的物理通道,那么这些链路必须工作在非平衡式,以避免多个被控站试图在同一时刻在通道上传输。国内一般101采用非平衡方式、104采用平衡方式传输启动站至从动站从动站至启动站备用RES 1PRM启动报文 0帧 计 数 位FCB 帧计数有效位FCV23 22 21 20功能码要求访问位ACD数据流控制位DFC控制域控制域1
13、(非平衡)(非平衡)RES:备用备用FCVFCV:帧计数有效位:帧计数有效位:FCVFCV0 0 表示帧计数位表示帧计数位FCBFCB的变化无效。的变化无效。FCVFCV1 1 表示帧计数位表示帧计数位FCBFCB的变化有效。的变化有效。发发送送/无无回回答答服服务务、广广播播报报文文和和其其他他不不需需要要考考虑虑信信息息输输出出的的丢丢失失和和重重复复的的传传输输服服务务,无无需需改改变变帧帧计计数数位位FCBFCB的的状状态态,因因此此这这些些帧的帧计数有效位帧的帧计数有效位FCVFCV常为零。常为零。启动站至从动站从动站至启动站备用RES 1PRM启动报文 0帧 计 数 位FCB 帧计
14、数有效位FCV23 22 21 20功能码要求访问位ACD数据流控制位DFC控制域控制域2(非平衡)(非平衡)FCB:帧计数位:帧计数位:帧计数位帧计数位0或或1,是每个站连续的发送,是每个站连续的发送/确认或者请求确认或者请求/响应服务的变化位。响应服务的变化位。帧帧计计数数位位用用来来消消除除信信息息传传输输的的丢丢失失和和重重复复。启启动动站站向向同同一一从从动动站站传传输输新新一一轮轮的的发发送送/确确认认(SEND/CONFIRM)或或请请求求/响响应应(REQUEST/REPOND)传传输输服服务务时时,将将帧帧计计数数位位(FCB)取取相相反反值值,启启动动站站为为每每一一个个从
15、从动动站站保保留留一一个个帧帧计计数数位位(FCB)的的拷拷贝贝,若若超超时时未未由由从从动动站站收收到到所所期期望望的的报报文文,或或接接收收出出现现差差错错,则则启启动动站站不不改改变变帧帧计计数数位位FCB的的状状态态,重重复复原原来来的的发发送送/确确认认或或者请求者请求/响应服务。响应服务。复复位位命命令令的的情情况况下下帧帧计计数数位位(FCB)清清零零,从从动动站站接接收收此此命命令令将将帧帧计计数数位位置置零零,并并期期望望下下一次的从启动站到从动站的传,其帧计数位一次的从启动站到从动站的传,其帧计数位(FCB)为为1,帧计数有效位,帧计数有效位FCV为为1。控制域控制域3(非
16、平衡)(非平衡)启动站至从动站从动站至启动站备用RES 1PRM启动报文 0帧 计 数 位FCB 帧计数有效位FCV23 22 21 20功能码要求访问位ACD数据流控制位DFCACDACD:要求访问位:有两种级别的报文数据,名称为要求访问位:有两种级别的报文数据,名称为1 1级数据级数据和和2 2级数据;级数据;ACDACD 0 0 从动站无从动站无1 1级用户数据要求传输;级用户数据要求传输;ACD=1 ACD=1 从动站要求传输从动站要求传输1 1级用户数据。级用户数据。从动站向启动站指出希望传输从动站向启动站指出希望传输1 1级用户数据。级用户数据。注注1级级用用户户数数据据传传输输典
17、典型型地地被被用用于于事事件件传传输输或或者者高高优优先先级级报报文文的的传传输输,2级级用用户户数数据据典典型型地地被被用用于于循循环环传传输输或或者者低低优先级报文传输。优先级报文传输。控制域控制域4(非平衡)非平衡)主站至子站子站至主站备用RES 1PRM启动报文 0帧 计 数 位FCB 帧计数有效位FCV23 22 21 20功能码要求访问位ACD数据流控制位DFCPRMPRM:启动报文位:启动报文位:PRMPRM0,0,表示是由从动表示是由从动(响应响应)站向启动站传输报文;站向启动站传输报文;PRM=1,PRM=1,表示是由启动站向从动站传输报文表示是由启动站向从动站传输报文.DF
18、CDFC=0,=0,表示是由从动表示是由从动(响应响应)站可以接收后续报文。站可以接收后续报文。DFCDFC=1,=1,启动站连续传输后续报文,将引起缓冲区溢出启动站连续传输后续报文,将引起缓冲区溢出。功能码序号帧类型业务功能帧计数有效位状态FCV0发送/确认帧复位远方链路01发送/确认帧复位远动终端的用户进程(撤消命令)02发送/确认帧用于平衡式传输过程测试链路功能3发送/确认帧传送数据14发送/无回答帧传送数据05备用6、7制造厂和用户协商后定义8请求/响应帧响应帧应说明访问要求09请求/响应帧召唤链路状态010请求/响应帧召唤用户1级数据*111请求/响应帧召唤用户2级数据*112、13
19、备用14、15制造厂和用户协商后定义启动站向从动站传输的功能码启动站向从动站传输的功能码 (非平衡方式)(非平衡方式)从动站向启动站传输的功能码从动站向启动站传输的功能码功能码序号帧类型功能功能码序号帧类型功能0确认帧确认10备用1确认帧链路忙、未接收报文11响应帧以链路状态或访问请求回答请求帧25备用12备用6、7制造厂和用户协商后定义13制造厂和用户协商后定义8响应帧以数据响应请求帧14链路服务未工作9响应帧无所召唤的数据15链路服务未完成 (非平衡方式)(非平衡方式)地址域地址域链路地址链路地址选用一个或多个八位位组。链路地址域的含义是当由主站触发一次传输服务,主站向子站传送的帧中表示报
20、文所要传送到的目的站址,即子站站址;当由子站向主站传送帧时,表示该报文发送的源站址,即表示该子站站址。地址域是指链路层而言。地址域的取值为0至255,其中FFH=255为广播站地址。和应用层公共地址关系一般情况下链路层地址域的站地址和应用服务数据单元公共地址可以是同一个值在某些情况下,在一个链路层地址域的站地址下,可以有好几个应用服务数据单元公共地址,如:一个变电所搜集附近几个卫星站的信息,然后向主站传送此时在应用服务数据单元公共地址可以有好几个应用层应用层应用用户数据ASDUAPCIAPCIAPDUIEC60870-5中未使用APCI应用(用户)过程应用层(第7层)链路层(第2层)ASDUL
21、PCILPCILPDU增强性能模型增强性能模型数据单元之间关系数据单元之间关系应用层(应用层(数据单元结构)数据单元结构)固定长报文头启动字符(68H)LL启动字符(68H)L个字节长控制域链路地址域(A)ASDU数据单元标识数据单元类型类型标识可变结构限定词传送原因公共地址信息体信息体地址信息体元素信息体时标帧校验和(CS)结束字符(16H)应用服务数据单元结构应用应用数据单元组成数据单元组成应用服务数据单元即报文的数据区,由数据单元标识符和一个或多个信息对象所组成。数据单元标识符在所有应用服务数据单元中常有相同的结构,一个应用服务数据单元中的信息对象常有相同的结构和类型,它们由类型标识域所
22、定义。每个应用服务数据单元包含单一数据类型标识和单一传送原因。数据单元标识符的结构如下:一个八位位组类型标识;一个八位位组可变结构限定词;一个或者二个八位位组传送原因;一个、两或三个八位位组应用服务数据单元公共地址.应用层(可变应用层(可变字节数)字节数)类型标识一个字节可变结构限定词一个字节传送原因一个字节公共地址一个字节信息体地址二个字节信息体元素元素定义信息体时标3个或7个字节.信息体地址n二个字节信息体元素n元素定义信息体时标n3个或7个字节数数据据单单元元标标识识信信息息体体应用服务数据单元应用服务数据单元(ASDU)(ASDU)数据单元标识信息体数据单元标识信息体 传送原因字节数:
23、传送原因字节数:1 1,2 2公共地址字节数:公共地址字节数:1 1,2 2,3 3信息体地址字节数:信息体地址字节数:1 1,2 2,3 3不同厂家互操作时要明确约不同厂家互操作时要明确约定,最好是由用户统一规定定,最好是由用户统一规定类型标识第一个八位位组为类型标识,它定义了后续信息对象的结构、类型和格式。类型标识定义如下:类型标识TYPEIDENTIFICATION:UI81.8信息对象带或不带时标由标识类型的不同序号来区分。控制站将舍弃那些接收到的其类型标识未被定应用服务数据单元。监视方向:被控站到控制站的传输方向控制方向:控制站到被控站的传输方向,典型SCADA系统向典型的厂站控制系
24、统,RTU等典型的被控站传输应用层应用层(类型标识监视方向监视方向)表表1 在监视方向的报文类型(上行)在监视方向的报文类型(上行)TYPEIDENTIFICATION=类型标识:=UI81.8:=未定义:=单点信息M_SP_NA_1:=带时标的单点信息(3字节时标)M_SP_TA_1:=双点信息M_DP_NA_1:=带时标的双点信息(3字节时标)M_DP_TA_1:=步位置信息M_ST_NA_1:=32比特串M_BO_NA_1:=测量值,规一化值M_ME_NA_1:=测量值,标度化值M_ME_NB_1:=测量值,短浮点数M_ME_NC_1:=累积量M_IT_NA_1:=带变位检出的成组单点信
25、息M_PS_NA_1:=测量值,不带品质描述词的规一化值M_ME_ND_1应用层应用层(类型标识监视方向)表2在监视方向的报文类型(上行,带时标)*):=带CP56Time2a时标的单点信息M_SP_TB_1*):=带CP56Time2a时标的双点信息M_DP_TB_1*):=带CP56Time2a时标的步位置信息M_ST_TB_1*):=带CP56Time2a时标的32比特串M_BO_TB_1*):=带CP56Time2a时标的测量值,规一化值M_ME_TD_1*):=带CP56Time2a时标的测量值,标度化值M_ME_TE_1*):=带CP56Time2a时标的测量值,短浮点数M_ME_
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