104规约笔记「建议收藏」

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

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。《电力系统104规约帧报文解析》
注意这里的调度端和服务端，调度端往往安装在PC电脑上，用网线连接（可靠的网络），服务端是工业设备：
TTU(distribution Transformer supervisory Terminal Unit，配电变压器监测终端)。
RTU（远程终端单元），英文全称RemoteTerminalUnit，中2113文全称为远程终端控制系统，负责对现场信号、工业设备的监测和控制。

104规约报文格式
来自《104规约ASDU结构解析》

第一个字节：启动字符固定16进制数68H，十进制为104（正好代表104规约吧），二进制为：0110 1000。
第二个字节：APDU长度，注意APDU长度并不包括1字节的启动字符和1字节的APDU长度本身，而由于只有1字节代表数据长度，其最大值为255(2^8 – 1)，所以最大值为255 – 2 = 253，又由于APCI除了这两个字节外还包括了4个字节的控制域（1~4），那么剩下的ASDU（可选的应用服务数据单元）长度为253 – 4 = 249字节。

报文有三种类型：
1、U格式，未编号的控制功能帧，如果第3字节不等于十六进制01H并且，第2字节长度为04，就一定是功能帧。
只有三种命令，每种命令有“命令”和“确认”两个步骤。

比如TCP连接后马上要做的“握手”操作，就是STARTDT命令（来自《IEC104协议规约解析》）：

第一步：首次握手（U帧）
发送→激活传输启动：68（启动符）04（长度）07（控制域）00 00 00
接收→确认激活传输启动： 68（启动符）04（长度）0B（控制域）00 00 00

STARTDT用于启动传输，只有发送了这条命令，对方才会将数据发送过来，也只有发送了这条命令，才代表本方程序会解析发送过来的数据。
STOPDT用于停止传输，发送了这条命令，代表不必发送数据过来了，并且本方也不会再解析任何收到的数据。
TESTFR用于双方都空闲，无话可说的时候定时问候一下，代表对方还处于正常的服务状态。

2、S格式，编号的监视帧，当接收到I帧后需要返回一个S帧，如果第3字节为十六进制01H，就一定是S格式帧。

发送STARTDT启用传输后，发送方第一次发送I格式报文，其发送序列号一定是0，此时接收方的接收序列号也是0，接收报文后，接收序列号+1，但注意接收序列号在控制域3的低1bit位为0，并非序列号数据，所以第一次应答的S帧如下：

接收→S帧 ：
注意：记录接收到的长帧，双方可以按频率发送，比如接收8帧I帧回答一帧S帧，也可以要求接收1帧I帧就应答1帧S帧。 68 04 01 00 02 00

接收序列号因为是2字节表示，注意第一个8bit是低字节，第二个8比特是高字节，又第一个8bit的最低位是无效数据，所以这里的无符号短整形数据（2字节）0002H / 2 = 0001H，代表的序列号的十进制数字是1。下次再发送S帧就可能是0004H，代表十进制数字2。第三次是0006H，代表十进制数据3，看二进制代码最直观：
0010 0000，取有效的二进制组合起来就是0000 001；
0100 0000，取有效的二进制组合起来就是0000 010；
0110 0000，取有效的二进制组合起来就是0000 011；
有效的二进制组合就是将后4位二进制作为高位，前4位二进制抛弃最后那个0作为低位，二进制数据仍然是从1,10,11,100,101,110这样的进位来的。

3、I格式，信息传输帧，用于信息交互。只要第2字节数不等于04，就一定是信息传输帧。

发送序列号N是指本设备往外发送了N帧I格式帧，接收序列号是指接收到对方N帧I格式帧。应用程序发送数据的同时，也会检查对方发过来的S帧，比如发送数据的程序已经发送了12帧了，就可以接收数据，看看S帧是否已经到了至少第8帧的序号（接收8帧至少要回答一次），如果没收到，就发送STOPDT，然后断开这个连接了（认为该连接出故障，可能对方已经断网并重启了，这是一个无效的连接了）。

I格式的帧又随着携带信息不同而不同，比如主站发送总召唤（要求传递所有遥测、遥信数据），报文如下：

总召唤（I帧）

召唤YC、YX（可变长I帧）初始化后定时发送总召唤，每次总召唤的间隔时间一般设为15分钟召唤一次，不同的主站系统设置不同。

发送→总召唤 ： 68（启动符）0E（长度）00 00（发送序号）00 00（接收序号）64（类型标示）01（可变结构限定词）06 00（传输原因）01 00（公共地址即RTU地址）00 00 00（信息体地址）14（区分是总召唤还是分组召唤，02年修改后的规约中没有分组召唤）
这里每一个字节的内容都可以从协议里查到。解析如下：
68是启动字符，0E代表本次数据长度为14个字节，从0E往后数14个字节就结束了（数一数是否刚刚好？）。
发送序号是00 00，前两个00是低位，后两个00是高位（注意这里高位在后），且前两个00的最后一个二进制是无效的，所以要除以2（或右移1位，右移1位就等效于除以2），所以发送序号是十进制数0。接收序号相同算法，也是0.
64H是类型标示，十进制数是100，在手册里能查到是“站总召唤”：

可变结构限定词01，这里代表单个信息元素（总召唤），这个数据代表的规则很复杂，需要仔细阅读手册《配电自动化系统应用DLT634.5104-2009实施细则(试行)》。
传输原因为2个字节，同理高位在后，数字为16进制0006H，就是十进制的6。查询手册，得知代表激活：

公共地址为0001H，一般用来代表站址（主站系统将连接上来的设备分为多个虚拟的站，可能按照连接过来的TTU,RTU进行区别对待）。
信息体地址是0，因为总召唤不是具体的信息，如果要发送遥测数据，就会带有遥测号了。
14H是十进制的20，是召唤限定词，手册里有描述：

再看一个发送遥信信息的帧：

68（启动符）1E（长度）04 00（发送序号）02 00（接收序号）03（类型标示，双点遥信）05（可变结构限定词，有5个遥信上送）14 00（传输原因，响应总召唤） 01 00（公共地址）01 00 00（信息体地址，第1号遥信）02（遥信合）06 00 00（信息体地址，第6号遥信）02（遥信合）0A 00 00（信息体地址，第10号遥信）01（遥信分）0B 00 00（信息体地址，第11号遥信）02（遥信合）0C 00 00（信息体地址，第12号遥信）01（遥信分）

这一帧数据带了5个遥信，每一个遥信都带有一个信息体地址，公共地址则是5个遥信公用的。而且这里双点遥信用2个二进制位标示，二进制01（01H）代表分，二进制10（02H）代表合，二进制11（03H）代表状态未知。

104规约在掌握规则以后，就是根据手册查询具体的I帧含义和ASDU（信息体）的具体规定了。所以不再具体介绍了。以后如果有新情况，我再补充这个笔记。

补充：
手册里的7 应用报文与数据结构可看出来主站和DTU,RTU之间的交互类型。
列举类型如下：
第一类：主站的系统命令
总召唤：获取所有遥测、遥信数据。
电能量召唤：召唤所有电量数据。
时钟读取：核对时间。
复位进程：
初始化结束：

第二类：DTU,RTU发送给主站
遥信报文
遥测报文
电能量报文
故障事件信息

第三类：双方交互
遥控命令报文

第四类：文件传输
召唤目录
读文件服务
写文件服务
写文件数据

第五类：远程参数读写
切换定值区
读取当前定制区
读多个/全部参数和定值
写多个参数和定值
故障录波采用文件服务传输。
历史数据文件也采用文件服务传输。
软件升级

参考资料《电力系统104规约帧报文解析》