电力系统通信规约简介与报文分析.doc

.电力系统通信规约简介与报文分析1基础知识1.1智能电网标准体系研究与制定机构：l (IEC)国际电工委员会l (NIST)美国国家标准及技术研究所l (IEEE)电气和电子工程师协会1.2 IEC 5个核心标准 IEC/TR 62357电力系统控制和相关通信.目标模型、服务设施和协议用参考体系结构； IEC 61850变电站自动化； IEC 61970电力管理系统，公共信息模型（CIM）和通用接口定义（GID）的定义； IEC 61968配电管理系统-，公共信息模型（CIM）和用户信息系统（CIS）的定义； IEC 62351安全性。1.3我国变电站自动化常用规约l Modbus-RTUl CDTl IEC 101l IEC 103l IEC 1042报文解析2.1 Modbus-RTUModbus通讯是一种常见的通讯，使用比较广泛。使用的也是屏蔽双绞线，即RS-485，这种通讯方式通讯距离比较长，理论上可以达到1000多米。这种通讯方式比较简单，属于问答式。报文也是比较容易看懂，便于调试过程中查找问题。2.1.1数据格式数据格式为n,8,1（1个起始位、8个数据位、无校验、1个停止位）波特率可选五种，1200、2400、4800、9600、19200帧结构字节序号内容说明1仪表设备地址仪表地址为,199，0地址用于广播，其余保留2功能码03H-读单个或多个寄存器06H-写单个寄存器10H写多个寄存器3N数据可以是16进制数、整数、BCD码、浮点数,信息内容包括数据个数、地址、长度及检测数据序列N+1CRCL16位校验低字节N+2CRCH16位校验高字节说明：Modbus 通讯时规定主机发送完一组命令必须间隔3.5个字符再发送下一组新命令，在波特率为9600的情况下，帧传输需要大于4.0104167毫秒。CRC生成算法流程为：a) 预置一个16位寄存器为OFFFFH（16进制，全1）,称之为CRC寄存器。b) 把数据帧中的第一个字节的8位与CRC寄存器中的低字节进行异或运算，结果存回CRC寄存器。c) 将CRC 寄存器向右移一位，最高位填以0，最低位移出并检测。d) 上一步中被移出的那一位如果为0：重复c步（下一次移位）；为1：将CRC寄存器与一个预设的固定值（0A001H）进行异或运算。e) 重复c和d步直到8次移位。这样处理完了一个完整的八位。f) 重复b步到e步来处理下一个八位，直到所有的字节处理结束。g) 最终CRC寄存器的值就是CRC的值。2.1.2示例说明YM825B多功能表上位机发送命令报文：01 03 00 28 00 06 45 C0字节序号内容说明101仪表/设备地址编号203功能码：读取单个或多个连续地址数据300数据起始地址高字节428数据起始地址低字节500数据个数高字节（单位WORD）606数据个数低字节（单位WORD）745CRCL校验低字节8C0CRCH校验高字节仪表返回报文：01 03 0C 00 00 00 00 3F 7F FF FE 3F 7F FF FE 9E 84字节序号内容说明101仪表/设备地址编号203功能码：读取单个或多个连续地址数据30C返回数据字节数（单位BYTE）400数据00000000H，float格式50060070083F数据3F7FFFFEH，float格式97F10FF11FE123F数据3F7FFFFEH，float格式137F14FF15FE169ECRCL校验低字节1784CRCH校验高字节信息地址表（点表）7-AMC964E3数据采集器上位机发送命令报文：07 03 00 97 00 06 74 42仪器返回报文：07 03 0C +0C字节数据+2CRC地址内容数据类型151#:#1514线IA#:#4线IA16位整形数据152#:#1524线IB#:#4线IB16位整形数据153#:#1534线IC#:#4线IC16位整形数据143#:#1434线COS#:#4线COS16位整形数据144#:#1444线P#:#4线P16位整形数据145#:#1454线Q#:#4线Q16位整形数据环境监测数据采集器上位机发送命令报文：01 03 00 00 00 06 C5 C8仪器返回报文：01 03 0C 01 92 01 35 00 00 00 00 00 00 00 00 A2 9D其中：0192H=402，实际值402*0.1=40.2 湿度值0135H=309，实际值309*0.1=30.9 温度值2.2 CDTCDT规约全称为“循环式远动规约”，是一种单向主发式规约，当采集器某个端口设置成CDT规约时，该端口将永不停歇地按照上行设备电度发送表和遥测量发送表向外发送数据，该端口发送指示灯(绿色)不停闪亮，而接收指示灯(红色)则永远不闪。俗称“闭着眼睛发送”。2.2.1数据格式字符格式10位（1位起始位、8位数据、1位停止位）；采用RS232通讯接口，波特率支持1200、2400、4800、9600。帧结构帧结构字节序号内容说明帧头16EB 90 EB 90 EB 90同步字控制字7控制字节b7b6b5b4b3b2b1b0ELSD0001E：扩展位L：帧长定义位S：源站地址有效D：目的站地址有效8帧类别码61H-重要遥测C2H-次要遥测B3H-一般遥测F4H-遥信状态9信息字数表示该帧中所含信息字数量；n=0表示本帧无信息。10源站地址11目的站地址12校验码采用CRC校验，校验多项式为107H,为信息字前5字节构成码流，后面加8个0，得到48位码流，用校验多项式作为除数除以码流，相除时做异或；最后得到8位余数取反后既为校验码。信息字113功能码01H 7FH遥测E0H遥控选择（下行）E1H遥控返校（上行）E2H遥控执行（下行）E3H遥控撤销（下行）F0H FFH遥信1417信息体遥测：每个信息字传送2路遥测量，每个遥测量包含2字节，先送高字节，后送低字节。b15=0表示正，b15=1表示负.(以原码表示)遥信：每个信息字传送32个遥信量。18校验码同上信息字2192023242.2.2示例说明17876Tx: EB 90 EB 90 EB 90 71 61 10 01 01 F0 17878Tx: 00 00 00 00 00 FF 17890Tx: 01 00 00 00 00 9D17904Tx: 02 00 00 00 00 3B 17921Tx: 03 00 00 00 00 59 17943Tx: 04 00 00 00 00 70 17961Tx: 05 00 00 00 00 12 18405Tx: 06 00 00 00 00 B4 18407Tx: 07 00 00 00 00 D6 18423Tx: 08 00 00 00 00 E6 18441Tx: 09 00 00 00 00 84 18463Tx: 0A 00 00 00 00 22 18481Tx: 0B 00 00 00 00 40 18848Tx: 0C 00 00 00 00 69 18854Tx: 0D 00 00 00 00 0B 18864Tx: 0E 00 00 00 00 AD 18881Tx: 0F 00 00 00 00 CF 18904Tx: EB 90 EB 90 EB 90 71 C2 10 01 01 35 18921Tx: 10 00 00 00 00 CD 19315Tx: 11 00 00 00 00 AF 19316Tx: 12 00 00 00 00 09 19328Tx: 13 00 00 00 00 6B 19343Tx: 14 00 00 00 00 42 19361Tx: 15 00 00 00 00 20 19383Tx: 16 00 00 00 00 86 19401Tx: 17 00 00 00 00 E4 19833Tx: 18 00 00 00 00 D4 19835Tx: 19 00 00 00 00 B6 19841Tx: 1A 00 00 00 00 10 19863Tx: 1B 00 00 00 00 72 19881Tx: 1C 00 00 00 00 5B 19904Tx: 1D 00 00 00 00 39 19921Tx: 1E 00 00 00 00 9F 20349Tx: 1F 00 00 00 00 FD 20352Tx: EB 90 EB 90 EB 90 71 B3 0D 01 01 22 20361Tx: 20 00 00 00 00 9B 20384Tx: 21 00 00 00 00 F9 20401Tx: 22 00 00 00 00 5F 20424Tx: 23 00 00 00 00 3D 20441Tx: 24 00 00 00 00 14 20879Tx: 25 00 00 00 00 76 20886Tx: 26 00 00 00 00 D0 20904Tx: 27 00 00 00 00 B2 20921Tx: 28 00 00 00 00 82 20943Tx: 29 00 00 00 00 E0 20961Tx: 2A 00 00 00 00 46 20984Tx: 2B 00 00 00 00 24 21002Tx: 2C 00 00 00 00 0D 说明：虽然是同步帧、控制帧、信息帧三种数据帧在循环，但是每次发送的数据却不尽相同，其中71 61 帧发送的是重要遥测数据，71 C2 帧发送的是次要遥测数据，71 B3 帧发送的是一般遥测数据，71 85 帧发送的是电度数据。后面的10为帧长(10H=16)；01 01分别为源站址和目的站址，这里可以忽略不管；最后为校验字节。 实际上在采集器中并没有重要遥测、次要遥测和一般遥测的区别，只是人为的把遥测量发送表中前16个作为重要遥测，后面每16个分别为次要遥测、一般遥测。2.3 IEC103103串口通讯一般用于微机保护上。这种规约可以将微机保护内点无误差的上送，包括总招和变位数据。2.3.1数据格式接口标准：RS232、RS485、光纤。通信格式：异步，1位起始位，8位数据位，1位偶校验位，1位停止位。字符和字节传输由低至高。线路空闲状态为1，字符间无需线路空闲间隔，两帧之间线路空闲间隔至少33位（3个字节）。通信速率：可变。通信方式：主从一对多，Polling方式。帧结构：103通信规约有固定帧长报文和可变帧长报文两种报文格式，前者主要用于传送“召唤、命令、确认、应答”等信息，后者主要用于传送“命令”和“数据”等信息。固定帧长报文格式：字节序号内容说明110启动字符2CODE控制域3ADDR地址域4CS校验和516H结束字符可变帧长报文格式：字节序号内容说明168H启动字符12Length长度3Length长度，Length=ASDU字节数+2，即5N长度468H启动字符25CODE控制域6ADDR地址域-为主站与之通信的从站地址7NASDU链路用户数据（length-2）byte）N+1CS校验和=控制域+地址域+ASDU代码和N+216H结束字符说明：（1）控制域控制域分“主 从”和“从 主”两种情况。 “主-从”报文的控制域Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit00PRMFCBFCV功能码PRM：（启动报文位）表明信息传输方向，PRM=1由主站至子站；PRM=0由子站至主站。FCB：（桢记数位）FCB = 0/1,主站每向从站发送新一轮的“发送/确认”或“请求/响应”传输服务时，将FCB取反。主站为每个从站保存一个FCB的拷贝，若超时未收到应答，则主站重发，重发报文的FCB保持不变，重发次数最多不超过3次。若重发3次后仍未收到预期应答，则结束本轮传输服务。 FCV:（桢记数有效位）FCV=0表明FCB的变化无效，FCV=1表明 FCB的变化有效。 发送/无回答服务、广播报文不考虑报文丢失和重复传输，无需改变FCB状态，这些桢FCV常为0“从-主”报文的控制域Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit00PRMACDDFC功能码ACD:（要求访问位）ACD = 1，通知主站，从站有I级数据请求传送。 DFC:（数据流控制位）DFC = 0表示从站可以接受数据，DFC 1表示从站缓冲区已满，无法接受新数据。（2）链路用户数据（ASDU）ASDU的一般格式：字节序号内容说明1TYPEASDU类型标识，见下面注。2VSQ可变结构限定词，规定了ASDU信息体中信息元的个数和寻址方式，bit7-SQSQ =1，信息体中只含单个元素或综合信息元，信息体地址（FUN和INF）即信息元地址； SQ=0，信息体地址是顺序排列的信息元素的第一个信息元地址，后续信息元地址从这个地址起顺序加1。bit6-bit0:信息元数目。3COT传送原因，指出报文的性质。4ASDU_ADDR应用服务数据单元公共地址，对于一般的装置，ASDU_ADDR装置的物理地址； 对于保护管理机，ASDU_ADDR 产生信号的保护装置的物理地址。ASDU_ADDR的取值范围为：02545FUN功能类型6INF信息序号7N信息元链路用户数据（length-2）byte）以一定格式表示的信息的状态或数值(如遥信状态、遥测值等等)注：ASDU的类型标识号，870-5-103通信规约出于传送各种不同类型信息的需要，规定了很多种格式的ASDU，每一种格式的信息体都不一样，并且都有一个唯一的标识号。 1（01H）：上送压板及告警等开关量状态；2（02H）：上送保护动作信息；5（05H）：标识报文；6（06H）：对时；7（07）H：启动总查询；8（08H）：总查询结束（终止）；9（09H）：遥测上送；动表；24（18H）：扰动数据传输的命令；25（19H）：扰动数据传输的认可；26（1AH）：扰动数据传输准备就绪；27（1BH）：被记录的通道传输准备就绪；28（1CH）：带标志的状态变位传输准备就绪；29（1DH）：带标志的状态变位传输；30（1EH）：传输扰动值；31（1FH）：扰动数据传输结束；36（24H）：电能脉冲量上送；38（26H）： 上送步位；39（27H）：上送步位SOE；40（28H）：上送变位遥信；41（29H）H：上送遥信SOE；42（2AH）：总控上送变位遥信；43（2BH）：总控上送SOE； 44 (2CH)：上送全遥信；50（32H）：遥测上送；51（33H）：总控超过门限值的遥测上送；64（40H）： 遥控选择/执行/撤消；88（58H）：电能脉冲量召唤（冻结）传送原因（COT）指出报文的性质，分“主-从”和“从-主”两种情况。“主-从”传送方向：8时间同步 31扰动数据的传输9总查询(总召唤)的启动 40通用分类写命令20一般命令 42通用分类读命令 “从-主”传送方向：1自发（突发）报文 11当地操作2循环传送 12远方操作3复位帧计算位（FCB） 20命令的肯定认可4复位通信单元（CU） 21命令的否定认可5启动/重新启动 31扰动数据的传送6电源合上 40通用分类写命令的肯定认可7测试模式 41通用分类写命令的否定认可8时间同步 42通用分类读命令的有效数据响应9总查询（总召唤） 43通用分类读命令的无效数据响应10总查询（总召唤）终止 44通用分类写确认FUN、INF信息元标识符包括两个部分即功能类型（FUN）和信息序号（INF）。对于继电保护装置，每个动作元件（如段距离动作）、报警信号和压板状态等都有一个唯一的FUN和INF与之对应。具体名称见各保护装置信息表。对于远动装置，每个遥测、遥信、遥脉、遥控通道也都有一个唯一的 FUN和INF与之对应，具体定义如下。（对于容量小的分散式测控单元如9601等FUN=1，如果信息量较大，FUN编号顺序增加，以满足信号容量的要求） 遥测通道：FUN=16，INF=92148 遥信通道：FUN=16，INF=149190 遥脉通道：FUN=16，INF=631 遥控通道：FUN=16，INF=48752.3.2示例说明SYN200 报文解析：（1）复位继保装置T:10 47 04 4B 16 复位命令字节号内容含义010启动字符147控制域：复位帧计数位204设备号34B校验和416结束字符R: 10 20 04 24 16 复位确认回复字节号内容含义010启动字符120控制域：命令确认204设备号324校验和416结束字符（2）启动总查询过程T：68 09 09 68 53 04 07 81 09 00 FF 00 00 E7 16 主查询开始字节号内容含义068启动字符109长度209长度368启动字符453控制域：发送数据504设备号607数据类型ASDU7781可变结构限定词：bit7=1,单个数据，bit6-bit0数据个数809传送原因：功能码09-启动总查询900应用服务单元公共地址10FF功能类型1100信息序号1200扫描序号13E7校验和1416结束符R：10 20 00 20 16 命令确认回复字节号内容含义010启动字符120控制域：命令确认204设备号324校验和416结束字符（3）召唤遥测数据T：10 7B 04 7F 16 召唤二级数据字节号内容含义010启动字符17B控制域：召唤二级数据204设备号37F校验和416结束字符R：68 25 25 68 08 04 09 34 02 03 86 89 EA 0F 00 00 E9 0F F1 00 EF 0F 79 00 90 1B 98 1B 96 1B 00 00 87 13 00 01 00 00 00 00 17 77 16遥测二级数据回复字节号内容含义数值系数显示值068启动字符125长度225长度368启动字符408控制域：数据响应504设备号609数据类型ASDU9，遥测上传734可变结构限定词：bit7=0,连续数据802传送原因：功能码02-循环传送903应用服务单元公共地址1086功能类型FUN1189信息序号INF12EAA相电压L40740.0146484359.6777130FA相电压H1400A相电压相角L01500A相电压相角H16E9B相电压L4073170FB相电压H18F1B相电压相角L2411900B相电压相角H20EFC相电压L4079210FC相电压H2279C相电压相角L1212300C相电压相角H2490AB相电压L 7056251BAB相电压H2698BC相电压L 7064271BBC相电压H2896CA相电压L 7062291BCA相电压H3000零序电压L03100零序电压H3287频率 L49993313频率H3400显示灯状态LED3501软压板L3600软压板H3700遥信数据YX03800遥信数据YX13900系统状态4017当前定值区号4177校验和4216结束符2.4 IEC104IEC104规约是把IEC101的应用服务数据单元（ASDU）用网络规约TCP/IP进行传输的标准，该标准为远动信息的网络传输提供了通信规约依据。104规约是目前常用的远动及集控规约，其特点是稳定，便于维护。端口号：2404，站端为Server，控端为Client，问答式传输。2.4.1数据格式(1)基本报文格式字节序号内容说明168H启动字符应用规约控制信息APCI应用规约数据单元APDU2LENGTH应用规约数据长度3CO1控制域1LENGTH最大2534CO2控制域25CO3控制域36CO4控制域47NASDU应用服务数据单元ASDU104规约的报文帧分为三类：U帧、S帧和I帧。U帧称为不计数的控制帧，长度只有6个字节，也被称作短帧，用于控制启动/停止/测试。S帧称为计数确认帧，长度只有6个字节，被称作短帧，用于确认接收的I帧；I帧称为信息帧，长度一定大于6个字节，被称作长帧，用于传输数据；长帧报文分为APCI和ASDU两个部分，统称为APDU，而短帧报文只有APCI部分。(2)U帧格式字节号内容含义168H启动字符204H应用规约数据长度3CO1控制域1：详见下说明400H控制域2：固定为00H500H控制域3：固定为00H600H控制域4：固定为00H说明：帧的控制域后三个字节均固定为00H，字节1包含TESTFR，STARTDT和STOPDT三种功能，同时只能激活其中的一种功能。CO1位含义：Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0TESTFRSTOPDTSTARTDT11确认命令确认命令确认命令启动(STARTDT)和停止(STOPDT)都是由主站（也就是104的客户端）发起的，先由主站发送生效报文，子站随后确认。而主站和子站都可发送测试(TESTFR)报文，由另一方确认。客户端发起STARTDT：68 04 07 00 00 00(生效)68 04 0B 00 00 00(确认)客户端发起STOPDT：68 04 13 00 00 00(生效) 68 04 23 00 00 00(确认) 客户端和服务端对发TESTFR：68 04 43 00 00 00(生效) 68 04 83 00 00 00(确认)(3)S帧格式字节号内容含义168H启动字符204H应用规约数据长度301H控制域1：固定为01H400H控制域2：固定为00H5CO3控制域3：接收序号L，最低位固定为06CO4控制域4：接收序号HS帧控制域的字节1固定为01H，字节2固定为00H，字节3和字节4为接收序号。由于字节1和字节3的最低位固定为0，不用于构成序号，所以在计算序号时，要先转换为十进制数值，再除以2。(4)I帧格式字节号内容含义168H启动字符204H应用规约数据长度3CO1控制域1：发送序号L，最低位固定为04CO2控制域2：发送序号H5CO3控制域3：接收序号L，最低位固定为06CO4控制域4：接收序号H7NASDU应用服务数据单元2.4.2示例说明初始化CS：68 04 07 00 00 00 (U)激活启动数据传输 以下SC：68 04 0B 00 00 00 (U)应答启动数据传输 68 0E 00 00 00 00 46 01 04 00 01 00 00 00 00 00 (I)初始化结束(初始化结束) S=2,R=0,S、R为报文发送完后Server端计数器字节号内容含义168H启动字符20EH应用规约数据长度14BYTE300H控制域1：发送序号L400H控制域2：发送序号H500H控制域3：接收序号L600H控制域4：接收序号H746HASDU类型70-站初始化结束，0x09：归一化遥测（整型） 0x0D：浮点型遥测 0x03：双点遥信 0x1e：SOE（事件记录）0x67：对时 0x25：电度 0x64：总召 0x2d：单点遥控 0x2e：双点遥控801H可变帧长限定词，信息数量，SQ=0,独立数据904H传送原因0004，复位通信单元（CU）。字节数各系统自定义，104系统定义2字节，101系统定义1个字节。0x06：激活 0x07：激活确认 0xA：激活终止 0x8：停止激活 0x09：激活停止确认1000H1101HASDU公共地址： 2字，各系统自定义，104定义2字节，101系统定义1个字节1200H1300H1400H1500H1600H对时CS：68 14 00 00 02 00 67 01 06 00 01 00 00 00 00 E5 3F 00 0F 09 0C 04 (I)时钟同步命令(对时) 357 毫秒 16 秒 0分 15小时 9日 12月 4年S=2,R=2 ASDUTYPE=67H=103,时钟同步，可忽略此报文读取数据CS：68 0E 02 00 02 00 64 01 06 00 01 00 00 00 00 14 (I)总召唤 S=2,R=464-100-ASDUTYPE-总招命令06-传送原因-激活01-ASDU公共地址SC：68 0E 02 00 04 00 64 01 07 00 01 00 00 00 00 14 (I)响应总召唤 S=4,R=407-激活确认SC：68 AD 04 00 04 00 0D A0 14 00 01 00 01 40 00 00 E0 12 46 00 00 54 13 46 00 00 F4 12 46 00 00 C8 7E 46 00 00 D8 7E 46 00 00 74 7E 46 00 00 40 F5 44 00 00 80 72 44 00 00 80 E9 44 00 00 60 B8 44 00 00 00 95 43 00 00 20 BC 44 00 00 20 19 46 00 00 38 9C 45 00 00 20 E5 44 00 00 C0 55 44 00 00 20 D9 44 00 00 00 11 43 00 00 00 88 C2 00 00 00 B8 41 00 00 80 E6 44 00 00 C0 64 44 00 00 80 DB 44 00 00 58 1B 46 00 00 0C 12 46 00 00 90 1A 46 00 00 00 98 41 00 00 10 76 45 00 00 DC 12 46 00 00 44 13 46 00 00 EC 12 46 00 00 B8 7E 46 00(I)遥测数据，13-短浮点数，信息体个数: 32 S=6,R=4注解：子站向主站以ASDU1方式连续上送全遥信68 启动字符AD 帧长度04 00 发送序号04 00 接收序号0D ASDU类型13-短浮点数测量值A0 数据个数SQ=1,连续数据，N=20H=32个连续数据14 00 传送原因-响应召唤01 00 ASDU公共地址01 40 00 信息单元起始地址，遥测数据004001H00 E0 12 46 00 信息100 54 13 46 00 信息200 F4 12 46 00 信息300 C8 7E 46 00 信息4 00 D8 7E 46 00 信息5 00 74 7E 46 00 信息6 00 40 F5