簡(jiǎn)介這份資料聚焦電力系統(tǒng) IEC-104 規(guī)約的報(bào)文解析面向從事電力自動(dòng)化、SCADA 通信開(kāi)發(fā)與調(diào)試的工程師及初學(xué)者。內(nèi)容圍繞常用報(bào)文類型展開(kāi)逐字節(jié)說(shuō)明其作用與含義幫助讀者在開(kāi)發(fā)中快速定位問(wèn)題、理解報(bào)文規(guī)則減少反復(fù)查閱標(biāo)準(zhǔn)文檔的時(shí)間成本。資源包共 11 個(gè)文件約 838KB包含 PDF 文檔與 HTML 頁(yè)面兩種瀏覽方式輔以 js 腳本、字體圖標(biāo)及樣式文件可直接打開(kāi) index.html 在瀏覽器中查看也可閱讀 PDF 版本。目前已有 8257 人學(xué)習(xí)下載說(shuō)明其在電力通信領(lǐng)域具有較高的參考價(jià)值。讀者可借此掌握 104 報(bào)文的幀結(jié)構(gòu)、類型標(biāo)識(shí)與傳輸原因等關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)形成從報(bào)文捕獲到含義解讀的完整認(rèn)知適合作為日常開(kāi)發(fā)調(diào)試的速查手冊(cè)與入門學(xué)習(xí)材料。1. 為什么一張 IEC-104 報(bào)文表能省掉半天抓包很多做電力自動(dòng)化的工程師第一次接觸 104 規(guī)約都是在變電站后臺(tái)和主站對(duì)不上點(diǎn)的時(shí)候。抓包工具里刷出一屏68開(kāi)頭的十六進(jìn)制盯著68 0E 00 00 00 00 46 01 03 00 01 00 00 00 00這種串完全不知道從哪看起。IEC-104 本質(zhì)是 IEC-60870-5-101 的 TCP/IP 封裝版本把串口上的 FT1.2 幀塞進(jìn) TCP 載荷用 APCI 做鏈路控制、ASDU 做業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。它跑在 2404 端口一個(gè)連接就是一條鏈路主站是控制方RTU 或測(cè)控裝置是被控方。真正讓人頭疼的不是協(xié)議本身而是報(bào)文類型太多總召喚、遙測(cè)、遙信、遙控、時(shí)鐘同步、電度召喚每種 ASDU 的類型標(biāo)識(shí)TypeID不同信息對(duì)象地址IOA的編排規(guī)則也不同。手里有一份按類型整理好的報(bào)文詳解配合抓包對(duì)照定位問(wèn)題的時(shí)間能從半天壓到十幾分鐘。這篇內(nèi)容適合剛接手 104 調(diào)試的自動(dòng)化工程師、做規(guī)約測(cè)試的軟件開(kāi)發(fā)者以及需要寫(xiě) 104 主站或從站模擬程序的人。2. IEC-104 幀結(jié)構(gòu)與 APCI 鏈路層報(bào)文拆解2.1 三種幀格式的判別方法104 的 APCI 只有 6 個(gè)字節(jié)但三種幀格式的區(qū)分全在這 6 個(gè)字節(jié)里。第一個(gè)字節(jié)固定是0x68第二個(gè)字節(jié)是 APDU 長(zhǎng)度不含啟動(dòng)符和長(zhǎng)度字節(jié)本身。關(guān)鍵看第 3、4 字節(jié)的控制域幀類型控制域第 1 字節(jié)特征用途典型報(bào)文I 格式bit0 0傳輸 ASDU 數(shù)據(jù)68 0E 00 00 00 00 64 01 06 00 01 00 00 00 00 14S 格式bit01, bit10確認(rèn)收到 I 幀68 04 01 00 00 00U 格式bit01, bit11鏈路啟停、測(cè)試68 04 07 00 00 00STARTDT act判別順序很簡(jiǎn)單先看控制域第一字節(jié)最低位為 0 就是 I 幀為 1 再看次低位為 0 是 S 幀為 1 是 U 幀。U 幀的六種功能碼STARTDT、STOPDT、TESTFR 的 act/confirm都落在控制域第一字節(jié)的高 6 位。2.2 用 Python 解析 APCI 頭部抓包拿到的原始字節(jié)流第一步就是把 APCI 剝出來(lái)。下面這段代碼處理 TCP 流里粘包的情況按長(zhǎng)度字段切分 APDUimport struct def parse_apci(data: bytes): 解析 IEC-104 APCI 頭部返回幀類型和控制域信息 frames [] offset 0 while offset len(data): if data[offset] ! 0x68: offset 1 continue length data[offset 1] apdu data[offset: offset 2 length] if len(apdu) 2 length: break # 半包等下次數(shù)據(jù) ctrl1 apdu[2] if ctrl1 0x01 0: ftype I send_seq (apdu[2] | (apdu[3] 8)) 1 recv_seq (apdu[4] | (apdu[5] 8)) 1 info {type: ftype, tx: send_seq, rx: recv_seq, asdu: apdu[6:]} elif ctrl1 0x03 0x01: info {type: S, rx: (apdu[4] | (apdu[5] 8)) 1} else: info {type: U, func: ctrl1 0xFC} frames.append(info) offset 2 length return frameslength字段只統(tǒng)計(jì)控制域加 ASDU 的字節(jié)數(shù)不含啟動(dòng)符和它自己所以切片時(shí)是2 length。I 幀的發(fā)送序號(hào)和接收序號(hào)各占 15 位低字節(jié)在前右移一位去掉格式位。U 幀的功能碼用ctrl1 0xFC取出高 6 位0x07是 STARTDT act0x0B是 STARTDT con0x13是 STOPDT act0x23是 STOPDT con0x43是 TESTFR act0x83是 TESTFR con。2.3 鏈路建立與序號(hào)確認(rèn)機(jī)制鏈路剛連上時(shí)雙方都處于停止?fàn)顟B(tài)主站必須先發(fā)68 04 07 00 00 00請(qǐng)求激活傳輸從站回68 04 0B 00 00 00確認(rèn)后才允許發(fā) I 幀。這個(gè)握手不做后面所有總召喚都會(huì)被丟棄這是新手最常見(jiàn)的坑。I 幀的序號(hào)是 15 位循環(huán)0 到 32767。發(fā)送方每發(fā)一個(gè) I 幀 tx 加一接收方收到后用自己的 rx 記錄期望的下一個(gè)序號(hào)。當(dāng)接收方累計(jì)收到 8 個(gè) I 幀默認(rèn)參數(shù) k12、w8就要回一個(gè) S 幀確認(rèn)否則發(fā)送方窗口耗盡會(huì)停發(fā)。調(diào)試時(shí)如果看到 I 幀發(fā)到某個(gè)序號(hào)后卡住先查 S 幀有沒(méi)有正?；?。提示k 和 w 是可配置參數(shù)k 是發(fā)送方未確認(rèn) I 幀的最大數(shù)量w 是收到多少個(gè) I 幀后必須發(fā) S 幀確認(rèn)。不同廠家默認(rèn)值可能不同對(duì)接前先確認(rèn)。3. ASDU 類型標(biāo)識(shí)與常用報(bào)文實(shí)戰(zhàn)解析3.1 總召喚與遙測(cè)遙信上送總召喚是調(diào)試時(shí)第一個(gè)要跑通的流程。主站發(fā)類型標(biāo)識(shí) 100C_IC_NA_1的 ASDU從站回 100 確認(rèn)然后依次上送類型 1單點(diǎn)遙信、9歸一化遙測(cè)、11標(biāo)度化遙測(cè)、13短浮點(diǎn)遙測(cè)最后再發(fā)一個(gè) 100 表示總召喚結(jié)束。一條典型的單點(diǎn)遙信報(bào)文68 0E 00 00 00 00 01 01 03 00 01 00 00 00 00 00。拆開(kāi)看01是 TypeID單點(diǎn)信息01是可變結(jié)構(gòu)限定詞VSQ高 1 位表示是否連續(xù)低 7 位是信息對(duì)象個(gè)數(shù)這里 1 個(gè)03是傳送原因3 表示突發(fā)spontaneous00 01是公共地址00 01 00是信息對(duì)象地址 IOA最后一個(gè)00是遙信值bit0 表示分合。歸一化遙測(cè)的 TypeID 是 9值是兩個(gè)字節(jié)的有符號(hào)數(shù)實(shí)際工程值 原始值 × 系數(shù)。短浮點(diǎn)遙測(cè) TypeID 是 13值占 4 字節(jié)IEEE 754 格式直接struct.unpack(f, ...)就能還原。3.2 遙控與時(shí)鐘同步報(bào)文遙控分四步選擇、選擇確認(rèn)、執(zhí)行、執(zhí)行確認(rèn)。TypeID 是 45C_SC_NA_1 單點(diǎn)遙控或 46C_DC_NA_1 雙點(diǎn)遙控。選擇和執(zhí)行靠傳送原因區(qū)分6 是激活7 是激活確認(rèn)8 是停止激活10 是激活終止。def build_control_cmd(ioa: int, value: bool, select: bool): 構(gòu)造單點(diǎn)遙控 ASDUselectTrue 為選擇False 為執(zhí)行 type_id 45 vsq 0x01 cot 6 if select else 6 # 激活 ca struct.pack(H, 1) ioa_bytes struct.pack(I, ioa)[:3] sco (0x01 if value else 0x00) | (0x80 if select else 0x00) asdu bytes([type_id, vsq, cot]) ca ioa_bytes bytes([sco]) apci bytes([0x68, len(asdu) 4, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00]) return apci asduSCO 字節(jié)的 bit7 是選擇/執(zhí)行標(biāo)志1 為選擇0 為執(zhí)行bit0 是合分閘1 為合。時(shí)鐘同步用 TypeID 103C_CS_NA_1ASDU 里帶 7 字節(jié) CP56Time2a 時(shí)間前兩字節(jié)是毫秒后面依次是分、時(shí)、日、月、年。3.3 傳送原因與公共地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系傳送原因COT是排查問(wèn)題的關(guān)鍵字段常見(jiàn)值如下COT 值含義典型場(chǎng)景3突發(fā)遙信變位主動(dòng)上送5被請(qǐng)求響應(yīng)總召喚6激活主站下發(fā)命令7激活確認(rèn)從站確認(rèn)收到命令10激活終止命令執(zhí)行完成20響應(yīng)站召喚總召喚數(shù)據(jù)公共地址CA一般 2 字節(jié)標(biāo)識(shí)不同的 RTU 或裝置。如果主站收到數(shù)據(jù)但點(diǎn)表對(duì)不上先核對(duì) CA 和 IOA 是否和點(diǎn)表一致這兩個(gè)字段錯(cuò)一個(gè)數(shù)據(jù)就映射到別的點(diǎn)位上。4. 104 報(bào)文調(diào)試排錯(cuò)與性能優(yōu)化技巧4.1 常見(jiàn)異常報(bào)文定位鏈路建不起來(lái)先看 STARTDT 有沒(méi)有回 confirm。如果主站發(fā)了68 04 07 00 00 00但從站沒(méi)回68 04 0B 00 00 00檢查從站是否配置了允許建立連接、端口是否被占用、防火墻是否放行 2404?？傉賳境瑫r(shí)看從站有沒(méi)有回類型 100 的激活確認(rèn)。如果確認(rèn)回了但數(shù)據(jù)不上送多半是點(diǎn)表配置為空或 IOA 越界。遙控失敗重點(diǎn)看選擇確認(rèn)和執(zhí)行確認(rèn)的 COT 是不是 7如果從站回的是否定確認(rèn)COT47說(shuō)明命令被拒絕查遙控閉鎖或權(quán)限配置。序號(hào)錯(cuò)亂是另一個(gè)高頻問(wèn)題。如果主站收到的 I 幀 rx 序號(hào)和本地期望的不一致說(shuō)明有丟包或重復(fù)。104 本身不帶重傳靠 TCP 保證可靠但 TCP 斷開(kāi)重連后序號(hào)會(huì)重置主站必須重新發(fā) STARTDT。4.2 用 tcpdump 和 Wireshark 過(guò)濾 104 流量現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有專用工具時(shí)tcpdump 加 Wireshark 是最快的組合。在裝置側(cè)抓包# 抓取 2404 端口流量保存為 pcap 供 Wireshark 分析 tcpdump -i eth0 -w iec104.pcap tcp port 2404 # 實(shí)時(shí)查看 104 報(bào)文十六進(jìn)制 tcpdump -i eth0 -X tcp port 2404 and tcp[13] 8 ! 0第一條命令把流量存下來(lái)Wireshark 打開(kāi)后直接能識(shí)別 IEC 60870-5-104 協(xié)議自動(dòng)解析出 TypeID、COT、IOA。第二條只抓 PSH 標(biāo)志置位的包過(guò)濾掉純 ACK減少噪音。Wireshark 里可以用iec60870_asdu.typeid 100這樣的過(guò)濾器只看總召喚。4.3 批量測(cè)試與參數(shù)調(diào)優(yōu)做規(guī)約測(cè)試時(shí)經(jīng)常需要模擬從站批量上送數(shù)據(jù)。用 Python 起一個(gè)簡(jiǎn)易從站循環(huán)構(gòu)造遙測(cè)幀import socket, time, struct def send_measure(sock, ioa, value): 發(fā)送短浮點(diǎn)遙測(cè)TypeID13 asdu bytes([13, 0x01, 0x03]) struct.pack(H, 1) asdu struct.pack(I, ioa)[:3] asdu struct.pack(f, value) bytes([0]) apci bytes([0x68, len(asdu) 4, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00]) sock.send(apci asdu) s socket.create_connection((127.0.0.1, 2404)) for i in range(100): send_measure(s, 0x4001 i, 220.5 i * 0.1) time.sleep(0.05)struct.pack(f, value)把浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)成 4 字節(jié)小端IOA 取 3 字節(jié)。批量發(fā)送時(shí)注意 k 窗口發(fā)太快會(huì)觸發(fā)流控實(shí)際測(cè)試中每發(fā) 8 幀插一個(gè) S 幀確認(rèn)更穩(wěn)。參數(shù)調(diào)優(yōu)上k 值調(diào)大能提高吞吐但增加內(nèi)存占用w 值調(diào)小確認(rèn)更及時(shí)但增加網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷一般保持默認(rèn)即可除非鏈路質(zhì)量差需要調(diào)整。注意模擬從站時(shí)公共地址和 IOA 必須和主站點(diǎn)表嚴(yán)格對(duì)應(yīng)否則主站會(huì)丟棄或映射錯(cuò)誤。測(cè)試前先導(dǎo)出點(diǎn)表核對(duì)一遍。本文還有配套的精品資源點(diǎn)擊獲取