IEC系列协议简介

IEC系列规约国电南自四方工程部徐昀制定标准的国际组织国际标准化组织ISO和国际电报询问委员会CCITT以及1993年3月1日后取代CCITT相关职能的国际电信联盟电信标准部门ITU-T为国际上制定计算机系统与其RTU进展数据通信1976ISO和国际电工委员会IECIECISOIECTC-57CCITTISO的国际数据通信协议标准根底上制定了性能增加型构造EPA协议，即IEC60870-5远动传输协议，成为电力信息传输协议的根底。IECTC-5719641994年起更名为电力2022年起更名为全国电力系统掌握及其通信标准化技术委员会。IECTC-57的工作方式是成立各个工作组，分别制定各个领域的国际标准，其中与通信协议有的工作组有：3工作组：远动，协议7工作组：远动，与ISOITU-T标准兼容的协议9工作组：承受配电线载波的配电自动化10工作组：负责IEC61850中变电站数据通信协议的整体描述和总体功能要求11工作组：负责IEC61850中站级数据通信总线的定义12工作组：负责IEC61850中过程级数据通信协议的定义远动协议系列IEC60870-5：5局部，传输协议〔TransmissionProtocols〕IEC60870-5-1：传输帧格式〔TransmissionFrameFormats,1990〕IEC60870-5-2：链路传输规章〔LinkTransmissionProcedures,1992〕IEC60870-5-3：应用数据的一般构造〔GeneralStructureofApplicationData,1992〕IEC60870-5-4：应用信息元素的定义和编码〔DefinitionandCodingofApplicationInformationElements,1992〕IEC60870-5-5：根本应用功能〔BasicApplicationFunctions,1995〕IEC60870-5-101：根本远动任务的配套标准〔国标为DL/T634-1999，非等效承受〕〔TransmissionProtocols-CompanionStandardforBasicTelecontrolTasks,1995〕IEC60870-5-102：电力系统电能计量传输的配套标准〔国标为DL/T719-2022，等同承受〕〔TransmissionProtocols-CompanionStandardfortheTransmissionofIntegratedTotalsinElectricPowerSystems,1996〕IEC60870-5-103：继电保护设备信息接口的配套标准〔国标为DL/T667-1999，等同承受〕〔TransmissionProtocols-CompanionStandardfortheInformativeInterfaceofProtectionEquipment,1997〕IEC60870-5-104：承受标准传输协议子集的IEC60870-5-101的网络访问，即网络远动任务的配套标准，是目前唯一可供选择的网络访问协议〔TransmmsionProtocolNetworkaccessforIEC60870-5-101usingstandardtransportprofiles〕数据通信协议系列IEC60870-6：6局部，与ISO标准和ITU-T建议兼容的远动协议〔TelecontrolProtocolsCompatiblewithISOStandardsandITU_TRecommendations〕该传输协议主要应用于计算机之间的数据通信及联网，如变电站内的计算机和远方调度工作站，调度工作站和调度工作站之间，调度局和调度局之间。该协议一般建立在局域网或广域网的根底上。IEC60870-6-1：标准的应用范围和构造〔1995〕IEC60870-6-2：根本标准的应用〔1995〕IEC60870-6-501：TASE.1效劳定义〔1995〕IEC60870-6-502：TASE.1协议定义〔1995〕60870-6-503TASE.2效劳与协议〔ServiceandProtocol,1997〕IEC60870-6-504：TASE.1用户协议〔1998〕IEC60870-6-601与分组交换网连接的端系统及其供给定向传输效劳的功能性协议子集〔1994〕IEC60870-6-701：TASE.1的应用简表〔1998〕IEC60870-6-702TASE.2的应用简表〔ApplicationProfile,1996〕配电自动化系列IEC61334-1：承受配电线载波的配电自动化IEC61334-1-1：配电自动化系统构造〔1995〕IEC61334-1-2：制定标准的导则〔1997〕IEC61334-1-4：中低压配电网数据传输参量的识别〔1995〕配电网信号传输要求—频带与输出电平〔1998〕IEC61334-3-21：配电网信号传输要求—中压相对相隔离电容耦合装置〔1997〕IEC61334-4-1：数据通信规章—通信系统的参考模型〔1996〕〔1996〕〔1996〕IEC61334-4-42：数据通信规章—应用协议的应用层〔1996〕IEC61334-4-61：数据通信规章—网络层的无协议连接〔1996〕IEC61334-5-1：低层文件集—扩频型移频键控文件〔1996〕ISO/IEC9506 系列MMS〔ManufactureMessageSpecification〕即制造商信息标准，是ISO/IEC9506标准所定义的一套用于工业掌握系统的通信协议。ISO出台MMS的目的是为了标准工业领域具有通信力量的智能传感器，智能电子设备IE，智能掌握设备的通信行为，使出自不同制造商的设备之间具有互操作性，使系统集成变得简洁便利。在国外，MMS技术广泛应用于工业过程掌握，工业机器人等领域。MMS是由ISOTC184开发和维护的网络环境下计算机或智能电子设备之间交换实时数据和监控信息的一套独立的国际标准报文标准。它独立于应用和设备的开发者，所供给的效劳格外MMS的读效劳允许一个应用〔或设备〕一个应用〔或设备〕读变量，而不管这个设备是可编程规律掌握器〔PLC〕还是工业机器人，MMS的效劳和报文是一样的。MMS标准即ISO/IEC9506，是由ISOTC184IEC共同负责治理。ISO/IEC9506由多局部组成，其中ISO/IEC9506-1和ISO/IEC9506-2是根本标准，此外，还有用于特地领域的配套标准，具体如下：ISO/IEC9506-：定义了效劳标准ServiceDefinition,199，包括虚拟制造设备概念的引入和定义网络环境下各节点之间效劳或报文的交换规章与虚拟制造设备和效劳有关的属性及参数的定义ISO/IEC9506-1定义了如下几大类效劳环境及通用治理效劳虚拟制造设备支持效劳域治理效劳程序治理效劳变量访问效劳信号量治理效劳操作员通信效劳大事治理效劳日志治理效劳每一大类效劳又定义了很多通信效劳子类ISO/IEC9506-：定义了协议标准ProtocolSpecification,199，包括报文的执行序列；报文或编码的格式；MMS层与参考模型其他层的相互作用关系。协议标准使用表示层标准ISO8824，即抽象语句标识定义MMS的报文格式。ISO/IEC9506-3：适用于机器人的通信效劳和协议〔CompanionStandardforRobotics,1991〕ISO/IEC9506-4：适用于工业数字掌握的通信效劳和协议〔CompanionStandardforNumericalControl,1992〕ISO/IEC9506-5：适用于可编程规律掌握器的通信效劳和协议ISO/IEC9506-6：适用于工业过程掌握的通信效劳和协议〔CompanionStandardforProcessControl,1994〕MMS供给了通过网络进展对等〔peer-to-peer〕实时通信的一套效劳集。MMSRS-232OSTCP/IMiniMAP等，MMS也可通过网桥，路由器或网关连接到其他系统上。MMS的互操作性制定MMS的初衷是为设备和应用定义一套标准通信机制，使其具有高度互操作性。但报文MMS如下定义：对象：MMS定义了一套通用对象〔如变量〕及这些对象的网络可见属性〔如名字，值和类型〕效劳：MMS定义了一套访问和治理网络环境下对象的通信效劳〔如读，写〕行为：MMS定义了当执行相关效劳时，设备所应表现出的网络可见行为对象，效劳和行为的定义构成了一套关于设备和应用在虚拟制造设备模型中如何通信的规范。虚拟制造设备模型只定义了通信的网络可见局部，对于实际设备如何实现虚拟制造设备模型中的细节，如编程语言，操作系统，CPU类型和I/O系统等，MMS则不定义。通过定义设备的网络可见局部的行为，MMS这些定义又不阻碍设备和应用内部使用不断创的技术。MMS的独立性与很多只使用于特定产品的专用通信系统不同，MMS际标准体系。MMS为用户供给了独立于所完成功能的通用通信环境。IEC61850系列3月这3个工作组提出了IEC61850委员会草案版本。IEC61850在技术上的一个显著特点就是使用了MMMMSMMS是IEC61850IEC61850：变电站自动化系统的通信网络和系统的国际标准，也是关于变电站自动化系统1个完整的通信标准体系IEC61850-1：根本原则，包括介绍和概貌IEC61850-2：术语IEC61850-3：一般要求，包括质量要求〔牢靠性，可维护性，系统可用性，轻变性，安全性，环境条件，关心工具，其他标准和标准IEC61850-：系统和工程治理，包括工程要求〔参数分类，工程工具，文件，系统使用周期〔产品版本，工程交接，工程交接后的支持，质量保证〔典型测试，系统测试，工厂验收，现厂验收〕IEC61850-5：功能和装置模型的通信要求，包括规律节点的途径，规律通信链路，通信信息片的概念，功能的定义这局部使用面对面对对象技术对变电站自动化系统的功能，子功能进展了分类和定义，并引入了规律节点的概念，这些对于分布式系统的设计及互操作性有重要作用。IEC61850-6：变电站自动掌握系统构造语言，包括装置和系统属性的形式语言描述IEC61850-7-1：变电站和馈线设备的根本通信构造—原理和模式IEC61850-7-2：变电站和馈线设备的根本通信构造—抽象通信效劳接口，包括抽象通信效劳接口的描述，抽象通信效劳的标准，效劳数据库的模型这局部参考，吸取并进展了IEC60870-5-103，使其成为IEC60870-5-103的超集。这局部定义了抽象通信效劳接口ACSI，ACSI定义了与实际所用的通信协议无关的应用，它定义了相关通信效劳，通信对象及参数。ACSI供给如下6种效劳：连接效劳模型，变量访问效劳模型，数据传输效劳模型，设备掌握效劳模型，文件传输效劳模型和时钟同步效劳模型。这些效劳模型定义了通信对象以及如何对这些对象进展访问。这些定义由各种各样的恳求，响应及效劳过程组成。效劳过程描述了某个具体效劳恳求如何被效劳器所响应以及实行什么动作在什么时候以什么方式响应。ACSI定义的效劳，对象和参数通过特别通信效劳映射〔SCSM〕映射到下层应用程序。IEC61850-7-3：变电站和馈线设备的根本通信构造—公共数据级别和属性，包括抽象公共数据级别和属性的定义这局部定义了规律节点所使用的根本数据类型。IEC61850-7-4：变电站和馈线设备的根本通信构造—兼容的规律节点和数据对象DO寻址，包括规律节点的定义，数据对象及其规律寻址规律节点是构成系统的根底，这局部定义了规律节点类及其数据对象。IEC61850-8：特别通信映射SCSM，即变电站层和间隔层内以及变电站层和间隔层之间通信映射IEC61850-8-1：定义了ACSIMMS〔ISO/IEC9506〕的SCSN映射，这明显受到了美国电力科学争论院UCA2.0通信协议体系的影响这局部定义了变电站层和间隔层之间通信的ACSI到ISO/IEC9506即MMSACSIMMS中的概念，对象和效劳进展对应。这局部给出了在局域网条件下使用与ISO标准完全兼容的MMS效劳与协议传输实时数据的方法。IEC61850-8-2：定义了ACSI到ProfibusFMS的映射，这是受欧洲国家影响的结果，在欧洲的变电站自动化系统中ProfibusFMS应用很广IEC61850-9：特别通信映射SCSM，即间隔层和过程层内以及间隔层和过程层之间通信映射考虑到TCP/IP，OSI。现场总线等各种各样的通信体系已建立起来，IEC61850引入了特别通信效劳映射〔SCSM。SCSM将抽象通信效劳对象和参数映射到MMS，FMS，DNP或IEC60870-5等应用层。实际上这种映射的简单性与通信网络有关，某些ACSI效劳也可能不被所使用的网络技术支持。IEC61850-10：全都性测试IEC61850的特点：使用面对对象的建模技术使用分层，分布体系使用抽象通信效劳接口ACS，特别通信效劳映射SCSM使用MMS技术具有互操作性〔interoperation〕具有面对将来的，开放的体系构造IEC61850+系列当前的远动通信体系存在着如下很多问题：设备到掌握中心之间的通信不是无缝连接的各标准之间是相互独立互不相关的针对变电站现场总线的规约IEC61850没有考虑与远动规约IEC60870-5/6的互联IEC61850没有一般的模型，不支持互用性，设备互联，工程化和可操作性IEC61850IEC61970CIM〔CommonInformationModel，公共信息模型〕相互不兼容在不同的掌握层次上，没有共同的对象模型IEC61850-5和其他点对点的低速通信规约〔CDT/polling〕已不适合高速网络环境〔变电站的过程〕IEC61970CIM〔通用信息模型〕协调全都，建立各个掌握层次的公共对象建模工具，建立全局性对象模型和对象字典，形成无缝远动通信体系构造TCASeamlessTelecontrolCommunicationArchitectur。IEC经争论打算，TCAIEC61850〔参与争论的成员有制定传输协议的召集人和制定TASE.2的召集人ISO/IEC的现有标准和网络标准，IEC61970CIM，承受UML〔通信建模语言〕XML描述元数据，配置数据，设备和对象文件的数据交换格式。将制定的电力系统TCA同意的传输协议61850+的主要特征如下：在全部掌握层次都是无缝的协议栈；基于IEC61850系列和IEEELAN标准；对于SCADA/EMS系统的实时数据模型削减了网关和对象的格式转换；〔如现在的MMS〕〔如现在的IP〕独立，是面对网络开放的，可以适应网络技术迅猛进展的形势承受对象自我描述的方法，可以满足应用功能进展的要求，以及不同用户和制造厂传输各种不同的信息对象的要求，对于应用功能也是开放的IEC60870-6TASE.2通信协议TASE.2通信协议的背景及目前的应用IECTC-577工作组负责制定与ISOITU-T兼容的，用于电力系统掌握的计算机通信协议体系IEC60870-6系列。该项工作始于1993年，从当时已经广泛使用的协议〔如挪威的ELCOM90，美国西部电网的WSCC等〕中选择了ELCOM90作为蓝本，开头制定IEC国际标TAStelecontrolapplicationserviceelemenTASE.TASE.1完成后觉察该协议适应性较差，与ISO/ITU-T的兼容性不好，美国和德国坚决反对，猛烈要求制定一套与ISO和ITU-T兼容性好的协议。美国电力科学争论院〔EPRI〕牵头开发了ICCP(Inter-controlCenterCommunicationsProtocol)1996年纳入IECTASE.2，与TASE.1并列成为国际标准，但相互不兼容，形成了欧洲与美国两个系列标准相争的局面。其中TASE.1基于ISO9072-1/2ROSE，TASE.2基于ISO9506MMSMMS已广泛应用于各个行业，所以TASE.2TASE.1适应性更强，更简洁实现。随着欧洲发电联盟〔UCPTE〕对TASE.2的承受，完毕了持续数年的TASE.1与TASE.2的争论，使TASE.2成为全球统一的协议。现在TASE.2已经在欧美地区得到了广泛的应用，我国也等同承受该标准作为我国电网掌握中心之间的计算机通信标准1992年公布的<<电力系统实时数据通信应用层协议DL476-92>>。通过TASE.2软件接口标准，可将不同的MMS信息映射到掌握中心的治理系统，国内已成功地将TASE.2协议应用于能量治理系统〔EMS〕进展数据传输，并且以此为根底咳将计算机数据连入国家电力数据网SPDne。TASE.2掌握中心掌握中心模型包括四类根本的主机处理器：SCADA/EMS、DSM/负荷治理、分布式应用、显示处理器。SCADA/EMS(DAU)和远动终端装置(RTU)而收集处理发电厂、独立发电厂和输配电变电站的模拟和数字的监视数据。掌握中心通常都配置了处于“热备用”状态的冗余的SCADA/EMSDSM/负荷治理主机供操作员或EMS显示处理器则供当地的运行人员和调度员显示图象和掌握用。通常掌握中心有一或多个局域网(LAN)将这些主机连接起来。掌握中心也常常通过中间的通信处理器去访问几个广域网(WAN)。WANSCADA每一掌握中心都有一或多个TASE.2还有几种主机处理器，如档案系统、工程工作站或质量掌握系统〔例如依据ISO9000据记录用〕也可包括在内。TASE.2掌握中心的应用模型在原则上是没有限制的。本模型为具有类似要求的任何实际的系统供给了一个公共的、抽象的规定。TASE.2MMS的关系ControlControlCenterApplicationControlCenterObjectsControlCenterApplicationTASE.27MMSMMSObjectsMMSPDUTASE.2MMS7ACSEAPDU6543PresentationSessionTransportNetworkACSEPresentationSessionTransportNetwork65432DataLinkPPDUSPDUTPDUNPDUDPDUBitstreamDataLink21PhysicaLPhysical1物图1 ICCP，OSI和MMS的关系ICCP〔TASE.2〕MMS1表示了ICCP与OSI，MMS的关系。ICCP位于MMSICCP通过将其定义的构造化数据对象映射到MMSMMS的功能得到增加。MMS向ICCP供给效劳，ICCP再向掌握中心应用程序供给效劳。ICCP〔TASE.2〕MMS效劳实现掌握中心之间的数据交换。ICCP客户机和效劳器调用MMS效劳，MMS效劳执行规定的恳求实现数据交换。2表示了ICCP效劳器与执行数据值操作的MMS效劳之间的关系，其中VCC表示虚拟掌握中心。掌握中心组诸对象VCC诸对象取数据值设定数掌握中心组诸对象VCC诸对象取数据值设定数据集取数值名取数据值类型MMS读指示写指示取名字取属性2数据值操作到MMS的映射效劳器客户效劳器MMS读恳求SPPSERRE..OO.V读确认 IMMS读响应V 读响应IDDEERR取数据值MMSM取数据值MMSMMS读指示TA读恳求TA22返回数据值至于超出本标准范围以外的要求或者是将来的要求，如：数据日志、下载或上装入像程序这样大量的数据、附加的MMS模型和效劳〔如“日志”和“域装载〕也可由TASE.2的真实系统所应用。这样做之所以可能，是由于MMS对象和效劳的其它应用与使用TASE.2和通过TASE.2而使用MMS是无关的。TASE.2通信协议的网络模型TASE.2数据交换网络可以是专用的或公用的分组交换网，或网状的网络，该网络有可供给路由选择功能的通信处理器从而获得冗余的通路和牢靠的效劳。图4表示一个典型的用分组交换网的拓扑构造。分组交换在掌握中心间供给了路由选择和牢靠效劳(此掌握中心可能包括内部网络和路由选择力量)。掌握中心CX25分组交换掌握中心CX25分组交换掌握中心C掌握中心掌握中心掌握中心掌握中心ABAB图4 分组交换网络 图5 网状网络TASE.2通信协议中的根本概念联系TASE.2的“联系”是建立在MMS模型中“联系”概念的根底上的TASE.2实例〔instance〕之间，它是TASE.2实例间通信的根底及途径。两个TASE.2实例之间要共享资源必需先利用MMS〔例如：过失、为了重配置操作员进展再起动、或为了维护而停机)，这个联系将始终维持。TASE.2TASE.2客户(起动者)用来与一个TASE.2TASE.2实例之间的联系，TASE.2客户和效劳器均可完毕联系联系，无论是TASE.2的客户还是效劳器均能用。双边协议和双边表TASE.2效劳器对来自客户端的恳求进展合理性检查是TASE.2效劳器的一项根本功能，而双边协议是这种检查的依据。双边协议是两个掌握中心签署的一项关于信息共享的协议，该协议指出哪些信息可以共享及可以对这些信息进展何种操作；该文件包括一方情愿传送给另一方的多种元素(即数据和掌握元素)，这些列表除别的东西外包括对数据对象的描述(X、YZ的全部经过状态估量的MW、MVarKV)，中心Ａ情愿让中心Ｂ访问的数据对象的列表不同于中心Ｂ情愿让中心Ａ访问的数据对象的列表。双边协议存放在双边协议表中。所谓“双边表”就是为了双边协议便于承受TASE.2的掌握中心的应用去使用，协议中的每一数据对象、设备、程序等的名字，在TASE.2效劳器中均应维持在物理数据构造之中，这些物理数据构造的计算机表示就称为“双边表TASE.2TASE.2效劳器正在使用访问掌握机制，则在联系建立以后，为了TASE.2客户对任何数据对象或数据集所做的任何操作，效劳器应当加以检验以证明操作中所标明的标识符均为有效，而且都是双边协议范围内的。此即一般的有效性检验，它适用于全部的TASE.2对象类型。数据值对象及效劳数据值对象用来表示掌握中心数据对象的值。数据值对象可能是任何的掌握元素，这些元素包括，但又不限于，模拟点〔如母线电压、数字点〔如开关状态、掌握点或数据构造。这些真实的元素对于TASE.2代表别的虚拟掌握中心中的一个值。TASE.2对数据值对象供给4种操作，而没有动作。4种操作分别是：读取数据值、设置/写数据值、读取数据值对象名称和读取数据值对象类型。对于“数据值”对象的全部操作均应TASE.2进展访问掌握允许的检验。数据集对象及效劳数据集对象是维持在TASE.2〔即是一个由TASE.2效劳器维护的数据值对象标识列表。数据集对象可能是由效劳器主动创立，也有可能是应客户恳求而创立的。数据集对象允许客户掌握中心的数据是简洁而前后全都的，而与当地存储机制、效劳器掌握中心内的位置和所用格式都无关。客户可以便利地对一个数据集对象中的多个数据值同时进展操作。TASE.266据集、读取数据集元素〔对象成员〕/写数据集元素〔对象成员〕值、读取数据集名称和读取数据元素〔对象成员〕名称。数据集对象也可能在传送设定对象中被引用，以便供更复杂的数据传送机制之用。帐目对象及效劳(Schedule)一词通常指的是在肯定时段内从一个系统传输到另一个系统的电能量。但在本标准中，所谓“交换打算”一词已扩展到掌握中心能量治理可以是任何时段或协议子集数据的交换。这样一来，它(Streamflowdata)。满足这些要求的“传送帐目”对象模型在IEC60870-6-802对象用的TASE.2用“传送设定”对象和效劳来交换数据，方法是在由客户掌握中心设置的条件下，报告交换打算和帐目。此外，也可用“询问”效劳来检索调度打算或帐目的特别的集。消息报文对象及效劳为了向对方掌握中心的应用发送文本或其它的数据，TASE.2协议中有一个消息报文对象。一个消息报文对象由一个头部〔供标识信源报文的目的用〕和一个信息流局部〔即报文的本体局部〕组成。信息流并不限于可印刷的字符。远方的TASE.2实例负责检验访问掌握允许，推断此命名的消息报文对象在双边表中是否认义过。假设然，则向该特地的真实的目的地址发送出该报文。要做的事是将当地的实现映射到收到的实现上去。没有消息报文对象用的TASE.2动作。对于消息报文对象，TASE.2承受传送设定对象和效劳来交换数据，方法是以效劳器的条件报告报文〔文本或二进制。传送设定对象及效劳TASE.2对数据值对象及数据集对象供给的读写功能均为一次恳求一次应答的方式，这种功能较为简洁，但每次读写均发送恳求也会造成网络负担过重。为此TASE.2供给了一次恳求屡次应答的效劳，定义了传输对象，将数据值对象或数据集对象捆绑在一起。TASE.2将供给很多简单的访问机制，如周期性定时报告、对象状态有变时报告、在响应特TASE.2客户需要向TASE.2效劳器回送一个确认信号，这包括向客户掌握中