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104规约
目录
1.介绍
2.一般体系结构
3.规约结构
定义
规约剖析
4.应用规约控制信息(APCI)的定义
4.1防止报文丢失和报文重复传送。
4.2测试过程
4.3用启/停进行传输控制
4.4端口号
4.5未被确认的I格式APDU(k)最大数目
5.应用层报文格式——ASDU
5.1类型标识
5.2类型标识域值的语义定义
5.3可变结构限定词
5.4传送原因
5.5应用服务数据单元公共地址
5.6信息对象地址
5.7CP56Time2a-7字节时标
5.8常用ASDUs的定义与表示
5.8.1在监视方向的过程信息ASDUs
5.8.1.1不带时标的单点遥信信息
5.8.1.2不带时标的双点信息
5.8.1.3遥测值,规一化值
5.8.1.4测量值,标度化值
5.8.1.5测量值,不带品质描述词的规一化值
5.8.1.6带时标CP56Time2a的单点信息
5.8.1.7带时标CP56Time2a的双点信息
5.8.1.8测量值,带时标CP56Time2a的标度化值
5.8.2在控制方向的过程信息ASDUs
5.8.2.1单点遥控命令
5.8.2.2双点遥控命令
5.8.2.3设定命令,规一化值
5.8.3在监视方向的系统信息ASDUs
5.8.3.1初始化结束
5.8.4在控制方向的系统信息ASDUs
5.8.4.1召唤命令
5.8.4.2读命令
5.8.4.3时钟同步命令
6.通信过程
6.1站初始化
6.2用查询(问答)方式收集数据
6.3循环数据传输
6.4事件收集
6.5总召唤
6.6时钟同步
6.6.1顺序过程的描述
6.7命令传输
6.8测试过程
7.互操作性
7.1系统和装置
7.2应用层
7.3基本应用功能
1.介绍
本标准适用于具有串行比特数据编码传输的远动设备和系统,用以对地理广域过程的监视和控制.制定远动配套标准的目的是使兼容的远动设备之间达到互操作.本配套标准利用了国际标准IEC60870-5的系列文件.本标准规定了IEC60870-5-101的应用层与TCP/IP提供的传输功能的结合.在TCP/IP框架内,可以运用不同的网络类型,包括X.25,FR(帧中继),ATM(异步传输模式)和ISDN(综合服务数据网络).根据相同的定义,不同的ASDU,包括IEC60870-5全部配套标准(例如IEC60870-5-102)所定义的ASDU,可以与TCP/IP相结合,不过这些在本标准中没有进一步说明.
注:
安全机制不在本标准范围之内.
下列文件中的条款通过本标准的引用而构成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分,然而,鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本部分。
IEC60870-5-3:
1992远动设备与系统第5部分:
传输规约第3篇:
应用数据的一般结构
IEC60870-5-4:
1993远动设备与系统第5部分:
传输规约第4篇:
应用信息元素的定义和编码
IEC60870-5-5:
1995远动设备与系统—第五部分:
传输规约—第5篇:
基本应用功能
IEC60870-5-101:
1995远动设备与系统—第五部分:
传输规约—第101篇:
基本远动任务的配套标准修订版1(2000)
IEC60870-5-102:
1996远动设备与系统—第五部分:
传输规约—第102篇:
电力系统电能累计量传输规约的配套标准
ITU-T建议X.25:
1996数据终端设备(DTE)与数据通信设备的接口,用于工作在分组方式,以及通过专用电路与共用数据网相连接的终端
IEEE802.3:
1998信息技术电讯与系统间信息交换局域网与城域网特殊要求
第3部分:
载波侦听与冲突检测(CSMA/CD)访问方法与物理层规范
RFC791互联网协议请求注释791(MILSTD1777)(9,1981)
RFC793传输控制协议请求注释793(MILSTD1778)(9,1981)
RFC894以太网上的互联网协议
RFC1661点对点协议(PPP)
RFC1662HDLC帧上的PPP
RFC1700赋值,请求注释1700(STD2)(10,1994)
RFC2200互联网正式协议标准集,请求注释2200(6,1997)
2.一般体系结构
本标准定义了开放的TCP/IP接口的使用,这个网络包含例如传输IEC60870-5-101ASDU的远动设备的局域网.包含不同广域网类型(如:
X.25,帧中继,ISDN,等等)的路由器可通过公共的TCP/IP-局域网接口互联(见图1).图1所示为一个冗余的主站配置与一个非冗余的主站配置.
101应用层
传输接口
TCP/IP
路由器(X.25,FR,ISDN..)
路由器
路由器
网络
X.25,FR,ISDN..
TCP/IP
传输接口
101应用层
TCP/IP
传输接口
101应用层
终端系统
局域网接口*
终端系统
主站
(中心站)
子站
(远方站)
101应用层
传输接口
TCP/IP
局域网接口*
网络
X.25,FR,ISDN..
路由器(X.25,FR,ISDN..)
路由器(X.25,FR,ISDN..)
局域网接口*
局域网接口*
无冗余有冗余
*局域网接口可能冗余。
图1一般体系结构(示例)
使用单独的路由器有以下好处:
(需注意标点符号的使用)
-终端系统无需特殊的网络软件;
-终端系统无需路由功能;
-终端系统无需网络管理;
-它使从专门从事于远动设备的制造商处得到终端系统更为便利;
-它使从非专业远动设备的制造商处得到适用于各种网络的路由器更为便利;
-只需更换路由器即可改变网络类型,而对终端系统没有影响;
-特别适合于转换原已存在的支持IEC60870-5-101的终端系统.;
-现在和将来都易于实现。
3.规约结构
定义
l配套标准companionstandard
配套标准是对基本标准或功能协议集的定义增加语义,它表现在对信息对象定义一些
特定的用途,或定义另外的一些信息对象、服务规则和基本标准的参数。
l信息对象组groupofinformationobject
一个信息对象的组是公共地址或信息地址一个集,它是为某一特定系统专门地定义。
l控制方向controldirection
由控制站到被控站的传输方向,典型的SCADA系统向典型的厂站控制系统、RTU等典
型被控站传输。
l监视方向monitordirection
由被控站到控制站的传输方向
l非平衡传输unbalancedtransmission
通过不断查询子站来实现数据交换控制的SCADA系统采用非平衡传输。
在这种情况
下,主站是源站,它启动所有报文的发送,而子站(从站)仅在被查询时发送报文。
非平衡通信模式能广泛地被采用,特别在多点共线的模式下必须采用非平衡模式。
l平衡传输balancedtransmission
如果采用平衡传输模式,每个节点(包括主站、厂站)均可以启动报文发送。
平衡模式通信仅限于“点对点”或“星型”拓扑结构。
在“点对点”或“星型”拓扑结构中与非平衡模式比较,平衡通信模式的效率最高。
平
衡通信模式能应用于全双工通信模式。
l被控站controlledstation
该子站受主站的监视和控制。
l控制站controllingstation
可以执行对子站的远方控制。
有关传输原因的定义
l周期、循环periodic,cyclic
在整个远动系统中,主站根据自身SCADA系统的性能、子站根据厂站SCADA系统的
性能和与主站通信的带宽,决定采用何种周期向主站提供一个过程变量的现行值连续刷
新的数据。
这循环周期在子站设定之后,在整个子站SCADA系统运行周期内不能改变。
l背景扫描backgroundscan
采用背景扫描可刷新由被控站到控制站的过程信息,作为对站总召唤和突发传输过程的
额外的安全保证。
根据站总召唤过程所定义的相同的ASDUs类型标识符,可标上背景
扫描的传输原因以低优先级连续传送方式进行。
背景扫描由子站启动,因此和站总召唤
命令无关。
l突发(自发)spontaneous
现场采集装置通过背景扫描,当发现监测对象发生了下列变化后,将其定性为突发性之
的事件,传输给主站。
一般突发性事件在主站应引起告警处理。
1.当前的背景扫描发现该点的模拟量数据与前一次模拟量数据传输值的差值超出越
死区传输设定值。
即前后两次的模拟量数据差值不超出死区设定值,但与上次传输
数据的累计差值超出死区设定值也立即作为突发数据向主站传输。
2.当前的背景扫描发现该点的状态量数据与前一次状态量数据不一致,即发生了状态
变位。
规约剖析
图2所示为终端系统的规约结构。
图3所示为本标准推荐使用的TCP/IP协议子集(RFC2200).本标准出版时,RFC文件均为有效,但可能在某时被等效的RFC文件所取代.相关的RFC文件可从网址http:
//www.ietf.org/取得.
如图1所示的例子,以太网802.3栈可能被用于远动站终端系统或DTE(数据终端设备)驱动一单独的路由器.如果不要求冗余,可以用点对点的接口(如X.21)代替局域网接口接到单独的路由器,这样可以在对原先支持IEC60870-5-101的终端系统进行转化时,保留更多本来的硬件.
其他来自RFC2200的兼容选集都是允许的.
本标准采用的TCP/IP传输集与定义在其他相关标准中的相同,没有变更.
根据IEC60870-5-101从IEC60870-5-5中选取的应用功能
初始化
用户进程
从IEC60870-5-101和IEC60870-5-104中选取的ASDU
应用层
(第7层)
APCI(应用规约控制信息)
传输接口(用户到TCP的接口)
TCP/IP协议子集(RFC2200)
传输层(第4层)
网络层(第3层)
链路层(第2层)
物理层(第1层)
注:
第5,第6层未用
图2所定义的远动配套标准所选择的标准版本(图表编号和标题间不加“—”)
传输层接口(用户到TCP的接口)
RFC793(传输控制协议)
传输层(第4层)
RFC791(互联网协议)
网络层(第3层)
RFC1661
(PPP)
RFC894
(在以太网上传输IP数据报)
数据链路层
(第2层)
RFC1662
(HDLC帧式PPP)
X.21
IEEE802.3
物理层(第1层)
串行线以太网
图3所选择的TCP/IP协议集RFC2200的标准版本(示例)
4.应用规约控制信息(APCI)的定义
传输接口(TCP到用户)是一个面向流接口,它没有为IEC60870-5-101中的ASDU定义任何启动或者停止机制。
为了检出ASDU的启动和结束,每个APCI包括下列的定界元素:
一个启动字符,ASDU的规定长度,以及控制域(见图4)。
可以传送一个完整的APDU(或者,出于控制目的,仅仅是传送APCI域)(见图5)。
注:
以上所使用的缩略语出自IEC60870-5-3的第5章,如下所示:
APCI应用规约控制信息
ASDU应用服务数据单元
APDU应用规约数据单元
起动字符68H
APDU长度(最大,253)
控制域八位位组1
控制域八位位组2
控制域八位位组3
长度
控制域八位位组4
ASDU
APDU
APCI
ASDU
图4远动配套标准的APDU定义
起动字符68H
APDU长度
控制域八位位组1
控制域八位位组2
控制域八位位组3
控制域八位位组4
APCI
长度=4
图5远动配套标准的APCI定义
启动字符68H定义了数据流中的起点。
APDU的长度域定义了APDU体的长度,它包括APCI的四个控制域八位位组和ASDU。
第一个被计数的八位位组是控制域的第一个八位位组,最后一个被计数的八位位组是ASDU的最后一个八位位组。
ASDU的最大长度限制在249以内,因为APDU域的最大长度是253(APDU最大值=255减去启动和长度八位位组),控制域的长度是4个八位位组。
控制域定义了保护报文不至丢失和重复传送的控制信息、报文传输启动/停止、以及传输连接的监视等控制信息。
控制域的计数器机制是根据ITU-TX.25标准中推荐的2.3.2.2.1至2.3.2.2.5来定义的。
图6,7,8为控制域的定义。
三种类型的控制域格式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比特=0定义了I格式,I格式的APDU常常包含一个ASDU.I格式的控制信息如图6所示
八位位组1
比特87654321
发送序列号N(S)LSB
0
八位位组2
MSB发送序列号N(S)
八位位组3
接收序列号N(R)LSB
0
八位位组4
MSB接收序列号N(R)
图6–信息传输格式类型(I格式)的控制域
控制域第一个八位位组的第一位比特=1并且第二位比特=0定义了S格式.S格式的APDU只包括APCI.S格式的控制信息如图7所示。
比特87654321
0
0
八位位组1
1
八位位组2
0
八位位组3
接收序列号N(R)LSB
0
八位位组4
MSB接收序列号N(R)
图7–编号的监视功能类型(S格式)的控制域
控制域第一个八位位组的第一位比特=1并且第二位比特=1定义了U格式.U格式的APDU只包括APCI.U格式的控制信息如图8所示。
在同一时刻,TESTFR,STOPDT或STARTDT中只有一个功能是激活的。
比特87654321
TESTFR
STOPDT
STARTDT
1
八位位组3
八位位组1
八位位组2
八位位组4
1
确认
生效
确认
生效
确认
生效
0
0
0
0
图8–未编号的控制功能类型(U格式)的控制域
4.1防止报文丢失和报文重复传送。
发送序列号N(S)和接受序列号N(R)的使用与ITU-TX.25定义的方法一致。
为了简化起见,附加的次序如图9至图12所示。
两个序列号在每个APDU和每个方向上都应按顺序加一。
发送方增加发送序列号而接受方增加接收序列号。
接收站认可连续正确接收的一个APDU或者多个APDU,将最后一个正确接收的APDU的发送序列号作为接收序列号返回.发送站把一个或几个APDU保存在缓冲区里,直到它收到接收序列号,这个接收序列号是对所有发送序列号小于或等于该号的APDU的有效确认,这时就可以删除缓冲区里已正确传送过的APDU。
如只在一个方向进行较长的数据传输,就得在另一个方向发送S格式认可这些APDU。
这种方法应该在两个方向上采用。
在创建一个TCP连接后,发送和接收序列号都被设置成0。
下列定义对图9至16有效:
V(S)=发送状态变量(见ITU-TX.25);
V(R)=接收状态变量(见ITU-TX.25);
Ack=指示DTE已经正确收到所有小于并包括该发送序列号的I格式APDU,
I(a,b)=信息格式APDU,a=发送序列号,b=接收序列号
S(b)=监视格式APDU,b=接收序列号
U=未编号的控制功能APDU
A站
B站
V(S)V(R)Ack
000
1
2
3
13
2
4
APDU发送或接收后的
内部计数器V状态
AckV(S)V(R)
000
1
2
3
1
2
24
I(0,0)
I(1,0)
I(2,0)
I(0,3)
I(1,3)
I(3,2)
APDU发送或接收后的
内部计数器V状态
图9编号I格式APDU的未受干扰过程
A站
B站
APDU发送或接收后的
内部计数器V状态
AckV(S)V(R)
000
1
2
3
超时t2
I(0,0)
I(1,0)
I(2,0)
S(3)
APDU发送或接收后的
内部计数器V状态
V(S)V(R)Ack
000
1
2
3
3
图10–用S格式APDU认可编号I格式APDU的未受干扰过程
A站
B站
V(S)V(R)Ack
000
1
顺序
错误
AckV(S)V(R)
000
1
2
3
APDU发送或接收后的内部计数器V状态
I(0,0)
I(2,0)
主动关闭
随后主动开通(见图17至20)
APDU发送或接收后的内部计数器V状态
图11编号I格式APDU受干扰的过程
A站
A站
V(S)V(R)Ack
000
1
2
超时1
t1
AckV(S)V(R)
APDU发送或接收后的内部计数器V状态
I(0,0)
S
(1)
主动关闭
随后主动开通(见图17至20)
AckV(S)V(R)
000
1
APDU发送或接收后的内部计数器V状态
图12未确认的最后的I格式APDU情况下的超时
A站
B站
APDU发送或接收后的内部计数器V状态
AckV(S)V(R)
000
1
2
I(0,0)
I(1,0)
S
(2)
U(TESTFR激活)
U(TESTFR确认)
APDU发送或接收后的内部计数器V状态
V(S)V(R)Ack
000
1
2
超时t32
图13未受干扰的测试过程
A站
B站
V(S)V(R)Ack
000
1
2
2
超时t3
超时t1
AckV(S)V(R)
000
1
2
APDU发送或接收后的内部计数器V状态
I(0,0)
I(1,0)
S
(2)
U(TESTFR激活)
主动关闭
随后主动开通
(见图17to20)
APDU发送或接收后的内部计数器V状态
图14未确认的测试过程
4.2测试过程
未使用但已建立的连接通过发送测试APDU(TESTFR=激活)并得到接收站发回的TESTFR=确认,在两个方向上进行周期性测试。
发送站和接收站在规定时间段内没有数据传输(超时)要启动测试过程。
每接收一帧–I帧,S帧或U帧–重新触发定时器t3.。
B站要独立地监视连接。
只要它接收到从A站传来的测试帧,它就不再发送测试帧。
测试过程也可以在“激活”的连接上启动,这些连接缺乏活动性,但需要确保连通。
4.3用启/停进行传输控制
控制站(例如,A站)利用STARTDT(启动数据传输)和STOPDT(停止数据传输)来控制被控站(B站)的数据传输。
这个方法很有效。
例如,当在站间有超过一个以上的连接打开从而可利用时,一次只有一个连接可以用于数据传输。
定义STARTDT和STOPDT的功能在于从一个连接切换到另一个连接时避免数据的丢失。
STARTDT和STOPDT还可与单个连接一起用于控制连接的通信量。
当连接建立后,连接上的用户数据传输不会从被控站自动激活。
即,当一个连接建立时STOPDT处于缺省状态。
在这种状态下,被控站并不通过这个连接发送任何数据,除了未编号的控制功能和对这些功能的确认。
控制站必须通过这个连接发送STARTDTact指令来激活这个连接中的用户数据传输。
被控站用STARTDTcon响应这个命令。
如果STARTDT没有被确认,这个连接将被控制站关闭。
这意味着站初始化之后,STARTDT必须总是在来自被控站的任何用户数据传输(例如,一般的询问信息)开始前发送。
任何被控站只有在发送STARTDTcon后才能发送待发用户数据。
STARTDT/STOPDT是一种控制站激活/解除激活监视方向的机制。
控制站即使没有收到激活确认,也可以发送命令或者设定值。
发送和接收计数器继续运行,它们并不依赖于STARTDT/STOPDT的使用。
在某种情况下,例如,从一个有效连接切换到另一连接(例如,通过操作员),控制站首先在有效连接上传送一个STOPDTact指令,受控站停止这个连接上的用户数据传输并返回一个STOPDTcon确认。
挂起的ACK可以在被控站收到STOPDTact生效指令和返回STOPTDcon确认的时刻之间发送。
收到STOPDTcon确认后,控制站可以关闭这个连接。
另建的连接上需要一个STARTDT来启动该连接上来自于被控站的数据传送。
4.4端口号
每一个TCP地址由一个IP地址和一个端口号组成。
每个连接到TCP-LAN上的设备都有自己特定的IP地址,而为整个系统定义的端口号却是一样的。
(见RFC1700)。
本标准要求,端口号2404,已由IANA(互联网数字分配授权)定义和确认。
A站
B站
AckV(S)V(R)
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