在电力系统和工业自动化领域，稳定、高效的通信协议是保障系统稳定运行和高效管理的基础。今天，我们来深入了解一种广泛应用的协议——IEC60870-5-104（简称IEC104），它以其独特的优势，成为电力系统监控和远程控制的重要支撑。
一、什么是IEC104协议？
IEC104协议是一种基于TCP/IP的工业以太网通信协议，广泛应用于电力系统的监控和远程控制领域，如发电厂、变电站和输电线路的监测和控制。同时，也被应用于其他远程监视和控制系统，如工业自动化等领域。IEC104协议具有实时性、安全性和可扩展性等特点，能够提供可靠的双向数据传输，确保关键信息的及时传递；具有良好的扩展性，可以适应不同规模和复杂度的系统需求。
二、报文结构
IEC104协议的报文结构由三大部分组成：APCI（应用规约控制信息）、ASDU（应用服务数据单元）和APDU（应用规约数据单元）。
APCI包含报文长度和控制域信息，用于控制报文的传输；ASDU包含数据单元标识、信息体和时标等，用于传输具体的业务数据；APDU可以是一个完整的APDU，或仅包含APCI域，用于控制目的。
APDU长度用于接收端确认完整性，最大值为253。
控制域用于协议控制和业务处理。
三、报文类型
IEC104协议定义了三种报文类型，分别是编号的信息传输格式（I格式）、编号的监视功能格式（S格式）、不编号的控制功能格式（U格式）。
1. I格式
区分标识为控制域第一个8位位组的第一个bit位为0，控制域第三个8位位组的第一位bit位为0。I格式报文必须有发送序列号N（S）和接收序列号N（R）；凡是传送遥测、遥信、遥控、遥调等信息都只能使用I格式报文。
2. S格式
控制域第一个8位位组的第一个bit位为1、第二个bit位为0，控制域第三个8位位组的第一个bit位为0。S格式的报文只包括APCI，故报文长度大小仅为6字节，只能用来给予对方的报文序号确认，不能用于传送信息。
3. U格式
控制域第一个8位位组的第一个bit位为1、第二个bit位为1，控制域第三个8位位组的第一个bit位为0。U格式的报文只包括APCI，故报文长度大小仅为6字节，在同一时刻，测试、停止或启动只有一个功能可以被启动，只能用于传输规约控制。
四、应用数据服务单元（ASDU）
主要包括类型标识、可变结构限定词、传送原因、应用服务数据单元公共地址、信息体。
1. 类型标识
定义了信息对象的结构、类型和格式，一个ASDU内全部信息对象应具有相同的结构、类型和格式，占用1字节或一个八位位组。
2. 可变结构限定词
占用1字节或一个八位位组，低7位表示本ASDU内包含的信息对象数量，最高位SQ表示信息对象的排列方式。
3. 传送原因
占2字节，第一个字节又三部分组成：低六位是传送原因序号，次高位表示肯定或否定确认，最高位是测试标志；第二个字节用来响应来自哪个主站的召唤，一般情况不使用，置为0。
4. 应用服务数据单元公共地址
占2字节，规定高字节固定为0。
5. 信息体
见各命令报文详解。
五、安全传输机制
IEC104协议采用多种机制确保数据传输的安全性和可靠性：
1. 超时机制
IEC104协议定义了4个关键超时时间参数，确保报文在规定时间内得到响应，提高传输可靠性。
2. K/W机制
K值和W值机制用于控制发送和接收缓存区的报文数量，避免缓存溢出和报文丢失。
3. 序列号机制
发送序列号N(R)和接收序列号N(S)用于检测报文顺序，防止报文丢失和重复。
六、传输流程与业务应用
IEC104协议的传输流程包括链路建立、数据传输、链路监控和链路断开四个阶段。通过I格式报文进行双向数据传输和交互，S格式报文监控链路状态，U格式报文用于链路控制。
在业务应用方面，IEC104协议可采集电力系统中的模拟量和数字量数据，支持遥控和遥调操作，提高运维效率和安全性。同时，它能及时上报各类事件和告警信息，帮助运维人员快速响应和处理异常情况，确保系统稳定运行。
七、结语
IEC104协议以其独特的优势，在电力系统和工业自动化领域发挥着重要作用。通过深入了解其报文结构、报文类型、安全传输机制和传输流程，我们可以更好地应用这一协议，提升系统监控和远程控制的效率和可靠性。
希望这篇文章能帮助大家更好地理解IEC104协议，也欢迎大家在评论区分享你的见解和应用经验！
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