电力系统104规约帧报文解析

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

最近被调到电力物联网的项目组，之前一直在做移动终端的我现在在这个项目中得要重新学起了。。~_~!

1.电力系统常见概念

首先介绍一份ppt：https://wenku.baidu.com/view/557ceb87be23482fb5da4c84.html

看着挺好。。。

这边文章主要是解释一些电力系统开发中比较常见的概念，也是给自己做个笔记~~~~~~

电力系统远动(power system telemechanics)：为电力系统调度服务的远距离监测、控制技术，即管理和监控分布甚广的众多厂、所、站和设备、元器件的运行工况的一种技术手段。

一般来说，电力系统远动终端RTU(Remote Terminal Unit)具有”四遥”等功能。”四遥”主要指的是 遥测、遥控、遥调、遥信四种。其实从”遥”字面意思上我们也可以看到这注定是一个远程远距离的操控了。

遥测：远程测量。采集并传送运行参数，包括各种电气量（线路上的电压、电流、功率等量值） 和负荷潮流等。

遥控：远程控制。接受并执行遥控命令，主要是分合闸，对远程的一些开关控制设备进行远程控制。　

遥信：远程信号。采集并传送各种保护告警和开关量信息。

遥调：远程调节。接受并执行遥调命令，对远程的控制量设备进行远程调试，如调节发电机输出功率。

一摇：遥信
二遥：遥信和遥测
三遥：遥信、遥测和遥控

2.104规约使用场景

电力系统中常见的设备分为 调度端（控制站、主站、客户机） ， 服务端（被控站、子站，典型设备包含TTU、RTU等），两者之间通过104规约来进行数据通信与传输。其传输层实际上使用的是TCP协议进行数据的传输。固定端口号为2404。

服务端不主动发起请求，一直处于侦听状态，当侦听到来自客户机的连接请求后，则接受此请求，由此建立一个TCP链接。控制站（即调度系统）作为客户机，被控站（即站端RTU）作为服务器。

即实际的代码操作为：

主站按照 Socket()->Connect()的顺序进行

RTU（服务器）端按Socket()->Bind()->Listen()->Accept()的顺序进行。

这里我找到一份代码工程，该代码中包含服务端和客户端的VC6.0的源码工程，可以在VC6.0上打开这两个工程，编译两份工程生成主站和子站的带界面的exe文件，可以调试代码，非常方便，可以尝试着边看代码边调试边梳理104的具体流程。

链接：https://pan.baidu.com/s/1Q00O3vfeNKueGri7Bqp0OA      提取码：kj4m 

3.帧报文

这里首先提出一个可用于解析104报文的软件，我们可以直接将一条完整的报文贴到该软件中，就可以看到该帧报文所表示的内容含义了。可以直接在搜索引擎上搜索   IEC8705(报文翻译工具).exe 即可。

104规约帧报文分为三大类( I帧、S帧、U帧)

I帧是信息帧，作用是用于传输具体的通信数据的，长度必大于6个字节。

S帧是用于确认接收的I帧，即当接收到I帧后需要返回一个S帧，长度等于6个字节。

U帧是控制帧，用于控制启动/停止子站进行数据传输，或测试TCP链路连接，长度等于6个字节。

帧报文的格式如下所示：

帧报文实际例子：

1.遥信信息(I格式)

序列号信息连续的单点信息（单点信息包含一个字节）

serversend：

1c表示长度为28个字节，从 00000000～～～010001，ASDU长度一共28个字节

报文类型为01，表示该帧报文为单点信息（遥信）

结构限定词为8f（1000 1111），表示数据为连续数值，数量为15，最后面的灰色部分010001～～～010001，共15个字节

原因为 1400==>0014===>20,该帧报文原因为响应站召唤

ASDU公共地址为3300==>0033==>51,站址为51

010200（信息体起始地址）==> 0201H.

第一个数据：index = 0201H value=01H&0x01 = 1   一与01H对应

第二个数据：index = 0202H value=00H&0x01 = 0   二与00H对应

第三个数据：index = 0203H value=01H&0x01 = 1   三与01H对应

………..

第十五个数据：index = 020fH value=01H&0x01 = 1 十五与01H对应

0x01表示为单点遥信，如果是双点遥信，则是数据与0x11做与操作。

2.遥测信息（I格式）

遥测信息采用短整型或短浮点型数据进行传送。短整型数据会占据两个字节。

帧报文类型标识为 

0x09:带品质描述（品质描述会占一个字节）的测量值，所以每一个测量值总共占三个字节

0x0a:上述0x09类型另加3个字节时标，一共占6个字节

0x0d:由四个字节的数据值和一个字节的质量位组成，共 五个字节

序列号不连续：

serversend：

09表示带品质描述的测量值

03表示数值不连续，数量为3,不连续的话则说明后面DATA部分都会自带一个数据的地址(地址占三个字节)

0300==>0003==>3 原因为突发

3300==>0033==>51 ,ASDU公共地址为51

3个遥测数据：

     addr: 080700==>0708H   value:14 00 ==>0014H==>20 quality = 01

     addr: 0f0700==>070fH   value:5a 00 ==>005aH==>90 quality = 00

     addr: 130700==>0713H   value:82 00 ==>0082H==>130 quality = 00

3.报文中的时标信息

报文前面的部分这里就不关注，主要看后面的时标部分，一般帧报文中时标信息都是放在报文最后面，且时标一般占7个字节，每一个字节里面的排序为bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0,一般来说bit7都是备用位，值为0。

时标部分每一个字节按照上面的排序表示的含义

毫秒低八位 毫秒高八位 分 时 日 月 年

年：备用(bit7),年(bit6~bit0)

月：备用(bit7~bit4),月(bit3~bit0)

日：星期(bit7~bit5),日(bit4~bit0)

时：夏时制位(bit7),备用(bit6~bit5),小时(bit4~bit0)

分：无效位(bit7),备用(bit6),分钟(bit5~bit0)

毫秒: 低八位 高八位==>高八位 低八位 ==> 组合成毫秒===> xx.xxx秒

根据上面的规则，前面报文的时标表示的时间为：08年5月19日16时50分8秒982毫秒  

4.超时时间

t0:连接建立的超时 =30s

规定了主站端和子站RTU端建立一次TCP连接的最大允许时间

t1:发送或测试APDU的超时 =15s

规定发送方发送一个I格式报文或U格式报文后，必须在t1的时间内得到接收方的认可

t2:无数据报文t2<t1时确认的超时 =10s

规定接收方在接收到I格式报文后，若经过t2时间未再收到新的I格式报文，必须向接收方发送S格式帧对已经接收到的I格式帧进行认可

t3:长期空闲t3>t1状态下发送测试帧的超时 =20s

规定调度端或子站RTU端每接收一帧I帧、S帧或者U帧将重新触发计时器t3，若在t3内未接收到任何报文，将向对方发送测试链路帧TESTFR