IEC61850到IEC60870-5-104协议转换网关的研究
变电站自动化系统IEC608705103和IEC608705104协议的分析和实施
变电站自动化系统IEC60870-5-103和IEC60870-5-104协议的分析和实施徐立子( 中国电力科学研究院，北京100085 )摘要：阐述了国际电工委员会（IEC）制定的用于变电站自动化系统的国际标准IEC 60870－5－101、IEC 60870－5－104和IEC60870－5－103。
（我国行标DL／T 667－1999）分析了这些标准对变电站自动化系统所提出的要求和实现。
关键词：变电站自动化系统；传输规约；智能电子设备；RS485总线；光纤传输系统；以太网1IEC60870-5-103标准1．1为互换性和互操作性对物理层的规范要求IEC60870－5－103标准为继电保护设备（智能电子设备（IED）或间隔单元）信息接口配套标准。
此标准规定，在变电站自动化系统中物理层应采用光纤传输系统和／或RS485总线系统。
（1）光纤传输系统为了提高抗电磁干扰能力和传输距离，应采用光纤传输系统，继电保护设备（或间隔单元或IEDs）的接口必须是光纤连接器。
光纤连接器应为：BFOC／2．5（IEC60874－10说明）或F－SMA （IEC60874－2说明）。
对玻璃光纤：渐变型（graded－index），纤芯直径和包层直径分别为62．5和125μm，光波长为820～860 nm，传输功率最小为－16 dBm，最小接收功率最小为－24 dBm，系统储备最小为＋3 dBm，典型距离为1000 m，温度范围为－5～＋55℃。
对塑料光纤：阶跃型（step－index），纤芯直径和包层直径分别为980和1000μm，光波长为660nm，传输功率最小为－7 dBm，最小接收功率最小为－20 dBm，系统储备最小为＋3 dBm，典型距离为40 m，温度范围为－5～＋55℃。
（2）EIARS485接口作为上述光纤传输的一种变通，在控制系统和继电保护设备或间隔单元之间可以采用基于双绞线的传输系统。
此种传输系统应符合EIARS485标准。
104规约向IEC61850信息模型转换的研究与实现
收稿日期:20072052301基金项目:国家自然科学基金资助项目(60574037)1104规约向IEC 61850信息模型转换的研究与实现李 强,朱永利,董志敏(华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定071003)摘要:面向点的传统规约向面向对象技术的IEC 61850转换是网络技术发展的必然趋势。
文章在深入研究IEC 60870-5-104和IEC 61850协议的基础上,建立了一种兼顾现有系统又遵循IEC 61850的新型电力远动通信系统网络结构。
通过应用XML Schema 技术对协议映射建模这种新的规约映射方法来设计规约转换网关。
该转换网关是利用以太网通信、信息建模以及XML 等技术来实现传统通信协议与IEC 61850协议的无缝转换,它具有配制灵活、通用性强的优点。
关键词:IEC 60870-5-104;IEC 61850;XML Schema ;转换网关;无缝通信中图分类号:TM764 文献标识码:A 文章编号:1007-2691(2008)02-0098-05Research and implementation of conversion of 104protocol toward IEC 61850information modelL I Qiang ,ZHU Y ong 2li ,Dong Zhi 2min(School of Electrical and Electronic Engineering ,North China Electric Power University ,Baoding 071003,China )Abstract :The conversion of traditional protocol of the dot 2oriented technique toward object 2oriented IEC 61850is an inevitable trend.Based on the in 2depth study on IEC60870-5-104and IEC 61850,a new network architecture of telecontrol communication which puts both the existing system and IEC 61850into consideration is established .Through applying a new protocol mapping method that uses XML Schema technology to model the protocol mapping ,a conversion gateway is designed.The gateway uses the technique of Ethernet Communication ,Information Modeling and XML to realize the seamlessly conversion between the traditional communication protocol and IEC 61850,it is en 2abled to have the characteristics of smart configuration and strong universality.K ey w ords :IEC 60870-5-104;IEC 61850;XML Schema ;conversion gateway ;seamless communication0 引 言目前,在我国电力系统远动信息交换中使用较多的是IEC60870-5-104。
IEC61850对象模型到IEC60870的映射
对象模型到IEC60870的映射增加私有类型IEC60870，此私有字段在IED范围内出现一次。
点表由IEDTable圈定，可有多个点表，每个点表可对应多个主站字表由Table定义，类型分别有遥控、遥测及遥信表。
q表示是否带品质描述，t表示是否带时间，默认为false表中数据由Data组成Name属性为此数据名称Addr为信息地址Ref为对象或属性引用Type为类型对于遥测，为短浮点，归一化及标度化等值对于遥信和遥控为单点或双点Desc额外的描述信息<Private type="IEC60870"><kge:IEDTable name="IEC60870-5-101-1"><kge:Table name="" type="YC" q="true" chg=”true”><kge:Data name="" addr="1" ref="" type="Float" group=”9” level=”1” desc="" /> <kge:Data name="" addr="2" ref="" type="Float" group=”9” level=”1” desc="" /> <kge:Data name="" addr="3" ref="" type="Float" group=”9” level=”1” desc="" /> </kge:Table><kge:Table name="" type="YX" q="true" t="true" ><kge:Data name="" addr="1" ref="" type="Double" group=”1” level=”1” desc="" /> <kge:Data name="" addr="2" ref="" type="Single" group=”1” level=”1” desc="" /> <kge:Data name="" addr="3" ref="" type="Single" group=”1” level=”1” desc="" /> </kge:Table><kge:Table name="" type="YK"><kge:Data name="" addr="1" ref="" type="Single" desc="" /><kge:Data name="" addr="2" ref="" type="Double" desc="" /><kge:Data name="" addr="3" ref="" type="Single" desc="" /></kge:Table></kge:IEDTable></Private><LNodeType id="IEC60870" ><DO name="Table" type="IEC3YTABLE"/></LNodeType><DOType id="IEC3YTABLE><DA name="YX" bType="Struct" type="YX" count=100/><DA name="YC" bType="Struct" type="YC" count=100/><DA name="YK" bType="Struct" type="YK" count=100/></DOType><DA Type id="YX"><BDA name="addr" bType="INT32"/><BDA name="ref" bType="VisString255"/><BDA name="type" bType="Enum" type="pointEnum"/> <BDA name="desc" bType="VisString255"/><BDA name="q" bType="BOOLEAN" /><BDA name="t" bType="BOOLEAN"/></DAType><DA Type id="YC"><BDA name="addr" bType="INT32"/><BDA name="ref" bType="VisString255"/><BDA name="type" bType="Enum" type="ycValEnum"/> <BDA name="desc" bType="VisString255"/><BDA name="q" bType="BOOLEAN" /><BDA name="chg" bType="BOOLEAN" /></DAType><DA Type id="YK"><BDA name="addr" bType="INT32"/><BDA name="ref" bType="VisString255"/><BDA name="type" bType="Enum" type="pointEnum" /> <BDA name="desc" bType="VisString255"/></DAType><EnumType id="pointEnum"><EnumVal ord="0">single</EnumVal><EnumVal ord="1">double</EnumVal></EnumType><EnumType id="ycValEnum"><EnumVal ord="0">NV A</EnumVal><EnumVal ord="1">SV A</EnumVal><EnumVal ord="2">R32-IEEEE STD 754</EnumVal></EnumType>。
IEC61850和IEC60870-5-104协议转换网关的研究
IEC61850和IEC60870-5-104协议转换网关的研究摘要：为了使采用IEC60870-5-104标准的系统能够和新型数字化变电站（采用IEC61850标准）相互兼容，在远动系统侧有必要针对IEC61850到IEC60870-5-104安装一个协议转换网关。
本文介绍了IEC61850及IEC60870-5-104标准内容及其特性，阐述了规约转换理论，并设计一种遵循IEC61850~智能变电站通信网关，以促进104规约和IEC6l850标准二者的无缝隙转换。
关键词：IEC61850，IEC60870-5-104，协议转换，网关引言IEC61850协议作为变电站通信系统普遍性适用的标准，为过程层建立了统一的通信协议。
目前，IEC61850及其草案仍处于制定阶段，在未来的较长时间里，IEC61850、非IEC61850系统仍旧长期共存，并逐步过渡。
所以，确保非IEC61850到IEC61850系统的顺利过渡，推广IEC61850系统的应用，有着重要的探索意义和研究价值。
在电力系统中，IEC60870-5-104属于使用频繁的一种远动通信协议。
为了使系统能够和新型数字化变电站保持兼容，我们在远动系统侧需要安装一个网关，使数据能够从IEC61850成功转换到IEC60870-5-104系统。
1两种标准的特性分析及比较1.1 tEG60870-5-04标准简介IEC60870-5-104协议表示：“将1EC60870-5-101的应用层、TCP/IP传输功能相进行组合，赋予相同的定义。
IEC60870-5配套标准提及的ASDUs均可以和TCP/IP组合，不过本标准并未做详细的阐述”。
在应用层，IEC60870-5-104规约遵从的是TCP/IP网络传输协议，以获取安全的连接。
本层级中，应用协议数据单元（APDU）涵盖了两个核心的部分：一是规约控制信息（APCI），二是服务数据单元（ASDU）。
APDU中，启动字符68H界定了数据流中的起始点，而APDU主体长度受到APDU长度的影响。
IEC-60870-5-104通讯规约的特点及应用
IEC-60870-5-104通讯规约的特点及应用摘要：规约简单的说就是指在电力系统中,发送信息端与接受信息端对所发送数据的报文格式封装与解封装的一套约定。
为了实现规约的标准化,国际电工委员(International Electrotechnical Commission)制定了一系列的远动规约的基本标准,并在此基础上制定了基于TCP/IP协议的IEC 60870-5-104国际标准,用以对地理广域过程的监视和控制。
本文主要说明介绍IEC-60870-5-104规约的基本内容，并以IEC-60870-5-104在变电站和配电网的应用为例，说明了IEC-60870-5-104的作用以及优势。
关键字：104规约；优势；数据传输；FTU；1.IEC-60870-5-104规约的介绍1.1 一般体系结构104规约定义了开放的TCP/IP接口的使用，包含一个由传输IEC 60870-5-101ASDU的远动设备构成的局域网的例子。
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。
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。
1.2 规约结构IEC 60870-5-104远动规约使用的参考模型源出于开放式系统互联的ISO-OSI参考模型，但它只采用其中的5层，IEC 60870-5-104规约是将IEC60870-5-101与TCP／IP提供的网络传输功能相结合。
根据相同的定义，不同的ASDU(应用服务数据单元)，包括IEC 60870-5全部配套标准所定义的ASDU，可以与TCP/IP相结合。
IEC 60870-5-104实际上是处于应用层协议。
基于TCP/IP 的应用层协议很多，每一种应用层协议都对应着一个网络端口号，根据其在传输层上使用的是TCP协议(传输控制协议)还是UDP协议(用户数据报文协议)，端口号又分为TCP端口和UDP端口，为了保证可靠地传输远动数据，IEC60870-5-104规定传输层使用的是TCP协议，因此其对应的端口号是TCP端口。
主站与子站通过IEC60870-5-104规约通讯协议说明
主站与子站通过IEC60870－5－104规约通讯协议说明目录目录 (1)前言 (1)一、IEC60870-5-104应用规约数据单元基本结构 (2)1.1 应用规约数据单元APDU (2)1.2 应用规约控制信息APCI (2)1.3 应用服务数据单元ASDU (3)二、IEC60870-5-104规约的过程描述 (5)三、IEC60870-5-104规约源码分析（报文分析） (5)3.1启动连接（U格式） (5)3.2启动连接确认（U格式） (6)3.3总召唤（I格式） (6)3.4总召唤确认（I格式） (6)3.5数据确认（S格式） (6)3.6总召唤结束（I格式） (7)3.7测试连接（U格式） (7)3.8测试连接确认（U格式） (7)3.9．遥信信息（I格式） (7)3.9遥测信息（I格式） (10)3.10 SOE信息（I格式） (11)前言根据全国电力系统控制及其通信标准委员会三届五次会议和最近出版的国标DL/T634.5.104:2002对104规约的参数选择做了如下说明：1、采用端正101规约中的链路地址和短报文（指链路确认报文）2、采用召唤一级数据3、两个字节表示公共地址（站址）4、两个字节表示传送原因5、三个字节表示信息体地址上述3、4、5点与上一次通讯协议具体说明有冲突，为执行国际国内标准，建议根据上述要求对报文做如下修改。
一、IEC60870-5-104应用规约数据单元基本结构应用规约数据单元：APDU（Application protocal data unit）应用规约控制信息：APCI（Application protocal control information）应用服务数据单元：ASDU（Application protocal control unit）APDU=APCI + ASDU1.1 应用规约数据单元APDU定义了启动字符、应用服务数据单元的长度规范、可传输一个完整的应用规约数据单元。
配电网嵌入式iec 61850智能规约转换网关设计
62广2019年第11期 63术上基于国外成熟的底层协议库进行二次开发来保证核心规约通信的可靠性，性能上通过高性能微处理器来保障软件运行和规约数据处理要求的实效性，支持不同方式通信接口，满足不同设备的同步接入，基于嵌入式Linux 的多任务模式，使得多设备多规约的转换可同步进行，满足了现有配电网系统各种设备规约转换的需求。
1 系统描述当前国内配电网系统应用最多的通信规约是IEC 60870-5和Modbus ，虽然已经是成熟技术，但在长期的工程应用中其不足也逐渐显现，主要表现为：①IEC 60870-5系列标准技术本质是给出一个大的通信数据框架格式，支持该规约的设备按此格式上组帧数据，不同厂家的理解差异导致支持该规约的不同厂家设备在同一系统中不能互通，需要厂家技术人员现场支持，互相配对规约；②Modbus 规约简单，各项数据按点表号顺序存放，各点表号代表的数据含义完全由设备厂家自定义，要想实现设备互通，也需设备厂家统一制定点表含义。
IEC 61850技术在变电站中的成功应用，克服了不同厂家设备互操作的难题。
其采用分层分布式的体系结构和面向对象的建模技术，实现数据对象的自我描述，为不同厂商的智能电子设备实现互操作和无缝集成提供有效途径，有效解决了现有通信规约技术的缺点，其特点有：①提出了信息分层的概念，将变电站从逻辑上划分为站控层、间隔层和过程层；②采用面向对象的建模技术，定义了抽象通信服务接口ACSI ，定义了服务器、逻辑设备、逻辑节点及数据对象等模型，并定义了对象之间的通信服务；③采用统一的命名规则，实现数据自描述；④通过特定通信服务映射（specific communication serve mapping, SCSM ），实现通信服务和具体协议的相独立。
由上可知，将IEC 61850引入到配电网现有通信体系中[13]，能克服现有配电网通信规约的缺点，但IEC 61850对硬件要求较高，软件开发难度也更大，在现有配用电设备上直接升级比较困难，开发周期长。
IEC-60870-5-104报文解析汇报
-----------------------------------------------------------------------------------------IEC-60870-5-104：应用模型是：物理层，链路层，网络层，传输层，应用层物理层保证数据的正确送达，保证如何避免冲突。
（物理层利用如RS232上利用全双工）链路层负责具体对那个slAvE的通讯，对于成功与否，是否重传由链路层控制（RS485 2线利用禁止链路层确认）应用层负责具体的一些应用，如问全数据还是单点数据还是类数据等（网络利用CSMA/CD等保证避免冲突的发生）---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------基本定义：端口号2404，站端为SErvEr 控端为CliEnt，平衡式传输，2BytE站地址，2BytE传送原因，3BytE信息地址。
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------注： APDU 应用规约数据单元（整个数据） = APCI 应用规约控制信息（固定6个字节） + ASDU 应用服务数据单元（长度可变）---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------APDU长度（系统-特定参数，指定每个系统APDU的最大长度）APDU的最大长度域为253（缺省）。
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IEC61850到IEC60870-5-104协议转换网关的研究
发表时间：2018-08-10T15:25:34.343Z 来源：《科技中国》2018年4期作者：冷慧玲
[导读] 摘要：为了使目前采用IEC60870-5-104标准的系统兼容采用IEC61850标准的新型数字化变电站，就需要在远动系统侧安装IEC61850到IEC60870-5-104的协议转换网关。
本文分别对IEC61850及IEC60870-5-104标准的主要内容和关键技术特点做了介绍和分析，并设计了
IEC61850到IEC60870-5-104的协议转换网关。
摘要：为了使目前采用IEC60870-5-104标准的系统兼容采用IEC61850标准的新型数字化变电站，就需要在远动系统侧安装IEC61850到IEC60870-5-104的协议转换网关。
本文分别对IEC61850及IEC60870-5-104标准的主要内容和关键技术特点做了介绍和分析，并设计了
IEC61850到IEC60870-5-104的协议转换网关。
关键词：IEC61850，IEC60870-5-104，协议转换，网关
0 引言
IEC61850协议统一了变电站的过程层采用的通信协议，是应用于变电站通信网络和系统的国际标准。
然而IEC61850相应的草案还在制定之中，因此今后较长的一段时间内，将是IEC61850系统和非IEC61850系统共存的过渡时期，因此保障现有的非IEC61850系统到IEC61850系统的平稳过渡，以及推进IEC61850系统的实际应用，是值得我们深入研究的课题。
IEC60870-5-104是目前在我国电力系统中使用较多的远动通信协议。
为了使目前的系统兼容新型数字化变电站，这就需要在远动系统一侧安装一个网关，以完成IEC61850到IEC60870-5-104数据的转换。
图1为现有调度中心接入新型数字化变电站的方式。
构成信息模型的概念模型有：
服务器代表着设备的外部可视性能。
其他所有ACSI模型是服务器的一部分。
逻辑设备为了通信目的包含了一组相关联的数据集和逻辑节点，是一种虚拟装置。
逻辑节点执行一些特定的操作，表示一个物理设备内的某个功能。
数据包含在逻辑节点内，具有机构化、有意义的信息。
多个数据组成一个逻辑节点，多个数据属性组成一个数据。
IEC61850是面向对象的数据结构。
2 IEC60870-5-104标准
IEC60870-5-104标准在IEC101基础上采用以太网进行调度通讯的。
其应用层采用IEC60870-5-101规约的应用服务数据单元ASDU，网络层及传输层采用TCP/IP协议。
IEC60870-5-104协议具有实时性好、可靠性高、支持网络传输、数据流量充足等优点。
IEC60870-5-104的数据报文被称为应用规约数据单元APDU，它包括启动字符，APDU长度，控制域，以及应用服务数据单元ASDU这
些元素，图3为其结构图。
传送无数据ASDU的固定长报文可用于控制目的。
图5 规约转换步骤
1、IEC61850数据的接受和解析：IEC61850数据通过以太网方式接受，并对接收到的IEC61850数据进行解析。
2、数据映射：将解析后的61850数据向104数据映射，同时数据转换，存放在实时数据库中，等待远动规约104模块的取用。
3、形成104报文：104模块取用实时数据库中的信息，然后将104报文发往调度中心。
有了上面的基础，接下来介绍协议转换的软件设计。
主要由协议转换网关来完成IEC61850到IEC60870-5-104的协议转换工作。
一方面，网关为IEC61850客户端，收集变电站上传的数据，并存储在网关中；另一方面，对IEC60870-5-104协议来说，网关是个服务器，他把上传的数据按IEC60870-5-104报文发往调度中心。
上述转换步骤中， IEC61850客户端主要完成IEC61850数据的接受和解析， 61850/ 104规约转换模块主要完成数据映射，数据暂时存储在实时数据库中，104报文的形成主要在104服务器端完成。
综上所述，网关的软件结构主要包括61850客户端模块、规约转换、实时库，以及104服务器端模块，如图6所示。
各个模块的作用分别是：
IEC61850客户端：又称为现场规约模块，主要通过抽象通信服务接口与下层的IEC61850智能装置实现通信，一方面向下层智能装置发送来自调度端的命令，另一方面获得来自智能装置61850服务器端的信息。
IEC61850 / 104规约转换模块：将IEC61850数据对应转换为相应的IEC60870-5-104数据，并将转换后的数据存于实时数据库中。
实时数据库：IEC61850数据经过处理后存放于实时数据库，由104服务端取用。
104服务器端：又称为远动规约模块，与调度中心通信。
104服务器端接受来自调度中心104协议的命令，经转换后向下层智能装置下达命令；同时它也接收的下层智能装置的信息，经处理后直接送往调度中心。
4结语
为了使现有的调度中心兼容新型的数字化变电站,本文研究了IEC61850与IEC60870-5-104标准的相互转换。
本文分别对IEC61850及IEC60870-5-104协议的主要内容和关键技术特点做了介绍和分析,然后分析了IEC61850向IEC60870-5-104协议的映射,详细的描述了IEC61850向IEC60870-5-104协议转换的过程。
参考文献：
[1]冷慧玲. 数字化牵引变电所远动通信单元软件设计[D].西南交通大学,2011.
[2]朱永利,王德文,王艳. 基于IEC 61850的电力远动通信建模方法[J].电力系统自动化. 2009(21)。