iec系列规约协议讲义.docx

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iec系列规约协议讲义

IEC系列规约

国电南自四方工程部

制定标准的国际组织

国际标准化组织ISO和国际电报电话咨询委员会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进行数据通信协议标准的主要机构。

但由于电力系统对实时性和可靠性的特殊要求，1976年ISO和国际电工委员会IEC规定：

凡属强电工业和电子工业领域的标准化问题继续由IEC负责，其他领域由ISO负责。

为此IECTC-57在CCITT和ISO的国际数据通信协议标准基础上制定了性能增强型结构EPA协议，即IEC60870-5远动传输协议，成为电力信息传输协议的基础。

IECTC-57成立于1964年，原名远动，远方保护及通信技术委员会。

1994年起更名为电力系统控制及其通信技术委员会。

我国对应的原全国远动通信标准化技术委员会从2000年起更名为全国电力系统控制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：

第3工作组：

远动，协议

第7工作组：

远动，与ISO和ITU-T标准兼容的协议

第9工作组：

采用配电线载波的配电自动化

第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

第11工作组：

负责IEC61850中站级数据通信总线的定义

第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：

远动设备和系统第5部分，传输协议（TransmissionProtocols）

IEC60870-5-1：

传输帧格式（TransmissionFrameFormats,1990）

IEC60870-5-2：

链路传输规则（LinkTransmissionProcedures,1992）

IEC60870-5-3：

应用数据的一般结构（GeneralStructureofApplicationData,1992）

IEC60870-5-4：

应用信息元素的定义和编码

（DefinitionandCodingofApplicationInformationElements,1992）

IEC60870-5-5：

基本应用功能（BasicApplicationFunctions,1995）

IEC60870-5-101：

基本远动任务的配套标准（国标为DL/T634-1999，非等效采用）

（TransmissionProtocols-CompanionStandardforBasicTelecontrol

Tasks,1995）

IEC60870-5-102：

电力系统电能计量传输的配套标准（国标为DL/T719-2000，等同采用）

（TransmissionProtocols-CompanionStandardfortheTransmissionof

IntegratedTotalsinElectricPowerSystems,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，等同采用）

（TransmissionProtocols-CompanionStandardfortheInformativeInterface

ofProtectionEquipment,1997）

IEC60870-5-104：

采用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

（TransmmsionProtocolNetworkaccessforIEC60870-5-101usingstandard

transportprofiles）

数据通信协议系列

IEC60870-6：

远动设备和系统第6部分，与ISO标准和ITU-T建议兼容的远动协议

（TelecontrolProtocolsCompatiblewithISOStandardsandITU_T

Recommendations）

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基础上。

IEC60870-6-1：

标准的应用范围和结构（1995）

IEC60870-6-2：

基本标准的应用（1995）

IEC60870-6-501：

TASE.1服务定义（1995）

IEC60870-6-502：

TASE.1协议定义（1995）

IEC60870-6-503：

TASE.2服务与协议（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提供定向传输服务的功能性协议子集

（1994）

IEC60870-6-701：

TASE.1的应用简表（1998）

IEC60870-6-702：

TASE.2的应用简表（ApplicationProfile,1996）

IEC60870-6-802：

TASE.2对象模型，即标准的对象定义（ObjectModels,1994）

配电自动化系列

IEC61334-1：

采用配电线载波的配电自动化

IEC61334-1-1：

配电自动化系统结构（1995）

IEC61334-1-2：

制定规范的导则（1997）

IEC61334-1-4：

中低压配电网数据传输参量的识别（1995）

IEC61334-3-1：

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：

数据通信规则—通信系统的参考模型（1996）

IEC61334-4-32：

数据通信规则—数据链路层的逻辑链路控制（1996）

IEC61334-4-41：

数据通信规则—应用协议的配电网报文规范（1996）

IEC61334-4-42：

数据通信规则—应用协议的应用层（1996）

IEC61334-4-61：

数据通信规则—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）即制造商信息规范，是ISO/IEC9506标准所定义的一套用于工业控制系统的通信协议。

ISO出台MMS的目的是为了规范工业领域具有通信能力的智能传感器，智能电子设备（IED），智能控制设备的通信行为，使出自不同制造商的设备之间具有互操作性，使系统集成变得简单方便。

在国外，MMS技术广泛应用于工业过程控制，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规范。

它独立于应用和设备的开发者，所提供的服务非常通用，适用于多种设备，应用和工业部门。

例如，MMS的读服务允许一个应用（或设备）从另一个应用（或设备）读变量，而不论这个设备是可编程逻辑控制器（PLC）还是工业机器人，MMS的服务和报文是相同的。

MMS标准即ISO/IEC9506，是由ISOTC184和IEC共同负责管理。

ISO/IEC9506由多部分组成，其中ISO/IEC9506-1和ISO/IEC9506-2是基本标准，此外，还有用于专门领域的配套标准，具体如下：

ISO/IEC9506-1：

定义了服务规范（ServiceDefinition,1990），包括

a.虚拟制造设备概念的引入和定义

b.网络环境下各节点之间服务或报文的交换规则

c.与虚拟制造设备和服务有关的属性及参数的定义

ISO/IEC9506-1定义了如下几大类服务

a.环境及通用管理服务

b.虚拟制造设备支持服务

c.域管理服务

d.程序管理服务

e.变量访问服务

f.信号量管理服务

g.操作员通信服务

h.事件管理服务

i.日志管理服务

每一大类服务又定义了很多通信服务子类

ISO/IEC9506-2：

定义了协议规范（ProtocolSpecification,1990），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。

协议规范

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服务和协议

（CompanionStandardforRobotics,1991）

ISO/IEC9506-4：

适用于工业数字控制的通信服务和协议

（CompanionStandardforNumericalControl,1992）

ISO/IEC9506-5：

适用于可编程逻辑控制器的通信服务和协议

ISO/IEC9506-6：

适用于工业过程控制的通信服务和协议

（CompanionStandardforProcessControl,1994）

MMS提供了通过网络进行对等（peer-to-peer）实时通信的一套服务集。

MMS应该可以支持多种通信方式，包括以太网，令牌总线，RS-232C，OSI，TCP/IP，MiniMAP

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。

但报文格式的统一只是获得互操作性的一个方面，为此，MMS不仅定义了交换报文的格式，还提供了如下定义：

a.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）

b.服务：

MMS定义了一套访问和管理网络环境下对象的通信服务（如读，写）

c.行为：

MMS定义了当执行相关服务时，设备所应表现出的网络可见行为

对象，服务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部分，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部分的行为，MMS的虚拟制造设备模型就能使设备之间具有很高的互操作性，同时这些定义又不妨碍设备和应用内部使用不断创新的新技术。

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是一个通用的，独立于专用设备的国际标准体系。

MMS为用户提供了独立于所完成功能的通用通信环境。

IEC61850系列

1995年IECTC-57为制定IEC61850，成立了第10，11，12这个工作组，1999年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MMS，其高层抽象定义最终都要映射到底层的MMS上去，所以MMS是IEC61850的基础之一。

IEC61850：

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

的第1个完整的通信标准体系

IEC61850-1：

基本原则，包括介绍和概貌

IEC61850-2：

术语

IEC61850-3：

一般要求，包括质量要求（可靠性，可维护性，系统可用性，轻变性，安全

性），环境条件，辅助工具，其他标准和规范

IEC61850-4：

系统和工程管理，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（责任，测试设备，

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，包括逻辑节点的途径，逻辑通信链路，通信信

息片的概念，功能的定义

这部分使用面向面向对象技术对变电站自动化系统的功能，子功能进行了分

类和定义，并引入了逻辑节点的概念，这些对于分布式系统的设计及互操作

性有重要作用。

IEC61850-6：

变电站自动控制系统结构语言，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基本通信结构—原理和模式

IEC61850-7-2：

变电站和馈线设备的基本通信结构—抽象通信服务接口，包括抽象通信服

务接口的描述，抽象通信服务的规范，服务数据库的模型

这部分参考，吸收并发展了IEC60870-5-103，使其成为IEC60870-5-103的

超集。

这部分定义了抽象通信服务接口ACSI，ACSI定义了与实际所用的通信协

议无关的应用，它定义了相关通信服务，通信对象及参数。

ACSI提供如下

6种服务：

连接服务模型，变量访问服务模型，数据传输服务模型，设备

控制服务模型，文件传输服务模型和时钟同步服务模型。

这些服务模型定

义了通信对象以及如何对这些对象进行访问。

这些定义由各种各样的请求，

响应及服务过程组成。

服务过程描述了某个具体服务请求如何被服务器所

响应以及采取什么动作在什么时候以什么方式响应。

ACSI定义的服务，对

象和参数通过特殊通信服务映射（SCSM）映射到下层应用程序。

IEC61850-7-3：

变电站和馈线设备的基本通信结构—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

这部分定义了逻辑节点所使用的基本数据类型。

IEC61850-7-4：

变电站和馈线设备的基本通信结构—兼容的逻辑节点和数据对象DO寻址，

包括逻辑节点的定义，数据对象及其逻辑寻址

逻辑节点是构成系统的基础，这部分定义了逻辑节点类及其数据对象。

IEC61850-8：

特殊通信映射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ACSI到MMS（ISO/IEC9506）的SCSN映射，这显然受到了美国电

力科学研究院UCA2.0通信协议体系的影响

这部分定义了变电站层和间隔层之间通信的ACSI到ISO/IEC9506即MMS

之间的映射，这种映射关系定义了ACSI中的概念，对象和服务如何与MMS

中的概念，对象和服务进行对应。

这部分给出了在局域网条件下使用与ISO

标准完全兼容的MMS服务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：

特殊通信映射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引入了特殊

通信服务映射（SCSM）。

SCSM将抽象通信服务对象和参数映射到MMS，FMS，DNP或IEC60870-5等应用层。

实际上这种映射的复杂性与通信网络有关，某些ACSI服务也可能不被所使用的网络技术支持。

IEC61850-10：

一致性测试

IEC61850的特点：

使用面向对象的建模技术

使用分层，分布体系

使用抽象通信服务接口（ACSI），特殊通信服务映射SCSM技术

使用MMS技术

具有互操作性（interoperation）

具有面向未来的，开放的体系结构

IEC61850+系列

当前的远动通信体系存在着如下许多问题：

a.设备到控制中心之间的通信不是无缝连接的

b.各标准之间是相互独立互不相关的

c.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

d.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

e.IEC61850与IEC61970CIM（CommonInformationModel，公共信息模型）互相不兼容

f.在不同的控制层次上，没有共同的对象模型

g.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

在网络技术迅猛发展的今天，这种状况很难适应形势发展的需要，因此有必要从信息源（变电站的过程）直到调度中心采用统一的通信协议，统一建模对象和IEC61970CIM（通用信息模型）协调一致，建立各个控制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结构TCA（SeamlessTelecontrolCommunicationArchitecture）。

IEC经讨论决定，TCA采用IEC61850标准为基础（参加讨论的成员有制定传输协议的召集人和制定TASE.2的召集人），充分考虑到如下内容：

ISO/IEC的现有标准和网络标准，IEC61970CIM，采用UML（通信建模语言）建模过程数据和元数据及配置数据，采用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：

a.在所有控制层次都是无缝的协议栈；

b.基于IEC61850系列和IEEELAN标准；

c.对于SCADA/EMS系统的实时数据模型减少了网关和对象的格式转换；

d.由于采用抽象通信服务接口，它和网络层的应用协议（如现在的MMS）和网络协议（如

现在的IP）独立，是面向网络开放的，可以适应网络技术迅猛发展的形势

e.采用对象自我描述的方法，可以满足应用功能发展的要求，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

IEC60870-6系列之TASE.2通信协议

TASE.2通信协议的背景及目前的应用

IECTC-57第7工作组负责制定与ISO和ITU-T兼容的，用于电力系统控制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，开始制定IEC国际标准，称为远方控制应用服务元素TASE（telecontrolapplicationserviceelement，后称为TASE.1）。

TASE.1完成后发现该协议适应性较差，与ISO/ITU-T的兼容性不好，美国和德国坚决反对，强烈要求制定一套与ISO和ITU-T兼容性好的协议。

美国电力科学研究院（EPRI）牵头开发了ICCP（Inter-controlCenterCommunicationsProtocol），于1996年纳入IEC体系，称为TASE.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ISO

9506MMS。

由于MMS已广泛应用于各个行业，所以TASE.2比TASE.1适应性更强，更容易实现。

随着欧洲发电联盟（UCPTE）对TASE.2的采用，结束了持续数年的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，我国也等同采用该标准作为我国电网控制中心之间的计算机通信标准，取代1992年颁布的<<电力系统实时数据通信应用层协议DL476-92>>。

通过TASE.2软件接口规范，可将不同的MMS信息映射到控制中心的管理系统，国内已成功地将TASE.2协议应用于能量管理系统（EMS）进行数据传输，并且以此为基础咳将计算机数据连入国家电力数据网（SPDnet）。

TASE.2控制中心

控制中心模型包括四类基本的主机处理器：

SCADA/EMS、DSM/负荷管理、分布式应用、显示处理器。

SCADA/EMS主机是最主要的处理器,通过数据采集单元（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。

控制中心通常都配置了处于“热备用”状态的冗余的SCADA/EMS主机。

DSM/负荷管理主机供操作员或EMS的应功能。

显示处理器则供当地的运行人员和调度员显示图象和控制用。

通常控制中心有一或多个局域网（LAN）将这些主机连接起来。

控制中心也常常通过中间的通信处理器去访问几个广域网（WAN）。

这些WAN的连接可以包括公司范围内的网络，以便与企业主机和各种实时SCADA网络进行通信。

每一控制中心都有一或多个TASE.2的实体来和远方的控制中心进行数据交换。

还有几种主机处理器，如档案系统、工程工作站或质量控制系统（例如根据ISO9000数据记录用）也可包括在内。

TASE.2控制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提供了一个公共的、抽象的规定。

TASE.2的体系结构及其MMS的关系

图1ICCP，OSI和MMS的关系

ICCP（TASE.2）是基于MMS标准子集的协议，图1表示了ICCP与OSI，MMS的关系。

从图中可以清楚地看出上层协议都依靠下层协议而存在，下层协议向上层协议提供服务。

ICCP

位于MMS层之上，ICCP通过将其定义的结构化数据对象映射到MMS对象上并增加新的语义，使MMS的功能得到增强。

MMS向ICCP提供服务，ICCP再向控制中心应用程序提供服务。

ICCP（TASE.2）协议依靠MMS服务实现控制中心之间的数据交换。

ICCP客户机和服务器调用MMS服务，MMS服务执行规定的请求实现数据交换。

图2表示了ICCP服务器与执行数据值操作的MMS服务之间的关系，其中VCC表示虚拟控制中心。

图3表示了读取数值操作在客户机和服务器双方的操作时序及对MMS服务的调用。

MMS读指示写指示取名字取属性

图2数据值操作到MMS的映射

图3取数据值序列

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模型和服务（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，是因为MMS对象和服务的其它应用与使用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，该网络有可提供路由选择功能的通信处理器从而获得冗余的通路和可靠的服务。

图4表示一个典型的用分组交换网的拓扑结构。

分组交换在控制中心间提供了路由选择和可靠服务（此控制中心可能包括内部网络和路由选择能力）。

图5表示网状网络，该图表明网状网络中冗余通路的概念。

每一控制中心有它自己的很多的直通电路，但同时又能提供在那些直通电路间寻求迂回路由的一种机制。

控制中心Ｃ为从控制中心Ａ至Ｂ的网络业务提供了一条可选的路由通路。

网络配置需要有一些关键的控制中心以提共重要的路由选择能力。

图4分组交换网络图5网状网络

TASE.2通信协议中的基本概念

a.联系

TASE.2的“联系”是建立在MMS模型中“联系”概念的基础上的。

“联系”存在于两个

TASE.2实例（instance）之间，它是TASE.2实例间通信的基础及途径。

两个TASE.2实例之间要共享资源必须先利用MMS服务建立联系，这个联系一旦建立即长期存在，除非发