南瑞以太網(wǎng)-變電站以太網(wǎng)傳輸層規(guī)范

1、南京南瑞繼保電氣有限公司變電站以太網(wǎng)傳輸規(guī)范版本修訂歷史日期描述人員2003. 5. 161.0首次規(guī)范葉鈴，許文慶、楊世界1簡介41.1目的4 1.2 范圍 4 1.3參考資料41.4定義、術(shù)語41.5概述.4 2模型定義.4 3約束條件.5 4以太網(wǎng)端口的定義65站地址的定義6 6設(shè)備地址的定義6 7傳輸層控制報文的定義及使用方法67. 1 APCI 格式67. 2設(shè)備類型77. 3設(shè)備狀態(tài)信息的定義774路由轉(zhuǎn)發(fā)77. 5雙網(wǎng)的使用876TCP及UDP報文的選擇877 TCP連接的建立878APDU報文的傳輸及處理879時定義98設(shè)備配置管理的傳輸層約定嬲由設(shè)備的補充說明9 10其它說明

2、10目錄變電站以太網(wǎng)傳輸規(guī)范1簡介1.1 目的本規(guī)范定義了變電站內(nèi)統(tǒng)一的基于以太網(wǎng)的傳輸規(guī)范，使得站內(nèi)的設(shè)備能夠在 一致的傳輸規(guī) 范上通訊以及相互聯(lián)系。1.2范圍本規(guī)范適用于變電站以及集控站自動化系統(tǒng)內(nèi)需要通過以太網(wǎng)相互通訊的設(shè) 備，也可以在其他一些相似的系統(tǒng)中使用。1.3 參考資料1.4 定義、術(shù)語設(shè)備：本規(guī)范中的設(shè)備指的是邏輯上獨立的應(yīng)用，而不是物理設(shè)備，監(jiān)控軟件 等同稱為設(shè)備，包括虛設(shè)備。一個物理設(shè)備可以包含多個設(shè)備。傳輸協(xié)議層：負(fù)責(zé)應(yīng)用報文的正確傳送以及網(wǎng)絡(luò)連接的維護(hù)。路由設(shè)備：連通不同設(shè)備之間通訊的設(shè)備，包括規(guī)約轉(zhuǎn)換設(shè)備、網(wǎng)關(guān)、遠(yuǎn)動設(shè) 備等。APCI :應(yīng)用規(guī)約控制信息ASDU :應(yīng)

3、用服務(wù)數(shù)據(jù)單元APDU :應(yīng)用規(guī)約數(shù) 據(jù)單元雙網(wǎng)：指同一個物理設(shè)備上的兩個網(wǎng)絡(luò)，這兩個網(wǎng)絡(luò)以對等方式或主備方式收 發(fā)數(shù)據(jù)。過程層：過程層的定義參見IEC61850.1.5 概述本規(guī)范定義了站內(nèi)自動化系統(tǒng)內(nèi)部基于以太網(wǎng)通訊傳輸?shù)囊?guī)定，包括了模型定 義、約束條件、以太網(wǎng)端口的定義、傳輸層控制報文的定義及使用方法、傳輸層通 訊的管理、路由設(shè)備的補充說明、其它說明。2模型定義站內(nèi)通訊模型分為三個層次：設(shè)備的通訊模型分為應(yīng)用服務(wù)層、傳輸協(xié)議層、網(wǎng)絡(luò)收發(fā)層。I網(wǎng)絡(luò)薪發(fā)層冊川二 應(yīng)用朋務(wù)層I I應(yīng)用服務(wù)層I網(wǎng)絡(luò)加發(fā)層1應(yīng)用服務(wù)層形成應(yīng)用數(shù)據(jù)包ASDU , ASDU數(shù)據(jù)包的定義詳見南瑞繼保電氣 有限公司的變電

4、站應(yīng)用報文規(guī)范。傳輸協(xié)議層添加傳輸協(xié)議層的報文控制 APCI ,同時控制數(shù)據(jù)重發(fā)機制，在該 層要保證發(fā)送給應(yīng)用服務(wù)層的數(shù)據(jù)是有序的。傳輸協(xié)議層負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)連接的維護(hù)。每 包APDU報文只包含一包ASDU報文，多包APDU報文可以組合在一起送給網(wǎng)絡(luò) 收發(fā)層，也可以從網(wǎng)絡(luò)收發(fā)層接收多包 APDU組合的報文。如果網(wǎng)絡(luò)收發(fā)層采用 TCP/IP協(xié)議，傳輸協(xié)議層組織的 TCP報文長度不超過64KB BYTES,UDP報文長 度不超過1KB BYTES。網(wǎng)絡(luò)收發(fā)層控制網(wǎng)絡(luò)報文的完整性，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層報文的長度限制將應(yīng)用協(xié)議層報文進(jìn)行拆分和組裝。如果通訊基于以太網(wǎng)方式，網(wǎng)絡(luò)收發(fā)層則采用TCP/UDP協(xié) 議；如采用串口

5、等方式，網(wǎng)絡(luò)收發(fā)層則采用相應(yīng)的協(xié)議。在本規(guī)范中，網(wǎng)絡(luò)通訊采 用以太網(wǎng)方式。3約束條件站內(nèi)通訊采用雙網(wǎng)方式時，相互通訊的設(shè)備使用雙發(fā)雙收的方法，即發(fā)送方的 報文在雙網(wǎng)上同時發(fā)送，接收方雙網(wǎng)接收后選取一個報文給應(yīng)用服務(wù)層。站內(nèi)以太網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼為 255.255.0.0，子網(wǎng)地址為198.120和198.121 （特殊情況下另行規(guī)定），其中198.120子網(wǎng)簡稱為A網(wǎng)，198.121子網(wǎng)簡稱為B網(wǎng)。設(shè)備的主機地址采用16位方式，設(shè)備雙網(wǎng)的主機地址相同。以太網(wǎng)通訊以字節(jié)方式傳輸，字節(jié)順序采用LITTLE_ENDIAN順序。網(wǎng)絡(luò)土發(fā)層應(yīng)用服務(wù)層站控層4以太網(wǎng)端口的定義本規(guī)范中采用以下端口 ：1） T C

6、P的偵聽端口為60002）監(jiān)視方向的UDP接收端口為60013）控制方向的UDP接收端口為60024）站內(nèi)設(shè)備的UDP管理端口為6003。5）間隔層聯(lián)鎖數(shù)據(jù)傳送端口為6005。6）主備機通訊的TCP偵聽端口為6006。5廠站地址的定義考慮到跨廠站的數(shù)據(jù)通訊，在自動化系統(tǒng)內(nèi)對每個廠站都設(shè)置一個唯一不為零 的廠站地址，廠站地址為16位長度。站內(nèi)設(shè)備相互通訊時，可以將廠站地址簡化 設(shè)置為00廠站的廣播地址為0Xffff 。6設(shè)備地址的定義考慮到大型變電站中一個字節(jié)的地址范圍可能不夠使用，所以設(shè)備地址采用16位地址，帶有以太網(wǎng)或現(xiàn)場總線接口的設(shè)備直接選用16位地址。由于采用標(biāo)準(zhǔn)103規(guī)約通訊的設(shè)備使用

7、的是8位地址，所以路由設(shè)備將其報文轉(zhuǎn)發(fā)時應(yīng)擴(kuò)展成16位地址。全站設(shè)備的16位地址必須唯一。0XFFFF為廣播地址。若使用主備方 式，設(shè)備地址中的最低位作為主備設(shè)備配對使用。在設(shè)備地址范圍內(nèi)，0XFF00-OXFFFD歸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用，0XFE00H- 0XFEFF歸站級設(shè)備使用（其中 0XFEFE、0XFEFF用于系列配置軟件的地址）, 0X0100-0XFC00之間低字節(jié)為零的地址歸路由設(shè)備使用，零地址保留，0XFFFF為廣播地址，其余的地址范圍屬于間隔層或過程層設(shè)備。各設(shè)備的IP地址也依此劃分。7傳輸層控制報文的定義及使用方法7. 1 APCI 格式typedef struct _tagPa

8、cketHeadWORD wFirstFlag; /0xEB90HDWORD wLength; /數(shù)據(jù)長度WORD wSecondFlag; 0xEB90HWORD wSourceFactoryld; /源廠站地址WORD wSourceAddr; /源設(shè)備地址WORD wDestinationFactoryld; / 目標(biāo)廠站地址WORD wDestinationAddr; / 目標(biāo)設(shè)備地址WORD wDataNumber; /數(shù)據(jù)編號WORD wDeviceType; /設(shè)備類型WORD wDeviceState; /設(shè)備網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)WORD wFirstRouterAddr; /傳輸路徑首級

9、路由裝置地址WORD wLastRouterAddr; /傳輸路徑末級路由裝置地址WORD wReservel; /保留字節(jié) 0xFFFFPacketHead;APCI報文的數(shù)據(jù)長度為源廠站號、源設(shè)備地址、目標(biāo)廠站號、目標(biāo)設(shè)備地 址、數(shù)據(jù)編號、傳輸路徑首級路由裝置地址、傳輸路徑末級路由裝置地址、設(shè)備類 型、設(shè)備網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、一個保留字節(jié)和 ASDU報文的長度之和。源廠站地址和目標(biāo)廠站地址的定義見廠站地址的定義。在報文按本規(guī)范發(fā)往 站外時，必須將本廠站的地址及目標(biāo)廠站地址置上，如果有專門對外站的路由設(shè)備 時，源廠站地址可以由路由設(shè)備填寫。間隔設(shè)備中主動上送的報文，其目標(biāo)廠站及 源廠站地址填零，該類報

10、文跨廠站傳送時，由本廠站中對外通訊的路由設(shè)備在數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)發(fā)時將本廠站地址及目的站地址填入。源設(shè)備地址和目標(biāo)設(shè)備地址的定義見設(shè)備地址的定義。設(shè)備報文需要對多個目 標(biāo)發(fā)送時，應(yīng)將目標(biāo)設(shè)備地址設(shè)為廣播地址。采用用通訊的設(shè)備仍采用傳統(tǒng)的單 字節(jié)地址（地址零保留），接入以太網(wǎng)時由路由設(shè)備將自己的高字節(jié)路由地址拼上 設(shè)備地址，成為新的設(shè)備地址；轉(zhuǎn)發(fā)到串口設(shè)備時，將設(shè)備地址的高位字節(jié)置零。 與串口設(shè)備相似的設(shè)備也可以同樣處理。示例：路由地址為0X2200,設(shè)備地址為0X0033,那么在一臺網(wǎng)上報文的地址為 0X2233;數(shù)據(jù)編號的范圍為：0-0XFFFF。傳輸路徑首級路由裝置地址是報文經(jīng)過路由時由最早一個路由

11、設(shè)備填寫的路由 設(shè)備地址；傳輸路徑末級路由裝置地址是報文經(jīng)過路由時由最后一個路由設(shè)備填寫 的路由設(shè)備地址。若未經(jīng)路由則兩個地址的值為 007. 2設(shè)備類型設(shè)備類型定義及使用說明如下：1:站控節(jié)點類型1，該類型表明設(shè)備接收全站的所有數(shù)據(jù)。2:站控節(jié)點類型2,該類型的設(shè)備接收除錄波數(shù)據(jù)之外的所有數(shù)據(jù)。3:保護(hù)管理類型，該類型的設(shè)備只接收與保護(hù)及故障錄波器相關(guān)的數(shù)據(jù)。40:路由設(shè)備41:保護(hù)設(shè)備42:測控設(shè)備43:保護(hù)測控設(shè)備44:故障錄波設(shè)備45:計量設(shè)備（電度表）46:防誤校驗設(shè)備49:其他7. 3設(shè)備狀態(tài)信息的定義設(shè)備的狀態(tài)信息的定義：BIT 0 :主備方式，0X00表示單機運行，0X01表示

12、主備運行方式。BIT 1 :主備狀態(tài)，0X00代標(biāo)主機（單機），0X01代表備機。BIT 2-3 :設(shè)備處于主備方式運行時，本設(shè)備與另一臺互為主備設(shè)備之間的通 訊狀態(tài)，BIT2表示A網(wǎng)狀態(tài)，BIT3表示B網(wǎng)狀態(tài)，0表示通訊正常，1表示通訊 異常。BIT 45 : A網(wǎng)通訊狀態(tài)，0X01代表正常，0X02表示異常，0X00表示本網(wǎng)未 使用。BIT 6 7 : B網(wǎng)通訊狀態(tài),0X01代表正常,0X02表示異常,0X00表示本 網(wǎng)未使用。BIT 8 :路由標(biāo)志，該位默認(rèn)值為零，經(jīng)過路由設(shè)備時，由路由設(shè)備置 位，0X01表示報文經(jīng)過路由設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)，0X00表示未經(jīng)過路由。7. 4路由轉(zhuǎn)發(fā)當(dāng)使用用口等非以

13、太網(wǎng)的設(shè)備需要接入自動化系統(tǒng)時，或者使 用不同規(guī)約的設(shè)備接入時，這些設(shè)備需要經(jīng)過路由設(shè)備轉(zhuǎn)接，才能與自動化系統(tǒng)相互通訊，另為其它廠站的 信息需要接入本站時，也可能需要路由轉(zhuǎn)接（另一種可能是將該站的設(shè)備作為本站 的一部分）。當(dāng)設(shè)備報文經(jīng)過路由設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)時，由路由設(shè)備負(fù)責(zé)報文的APCI中路由標(biāo)志位及路由設(shè)備地址的填寫。如果是跨廠站轉(zhuǎn)發(fā)，應(yīng)同時填寫源廠站地址及目標(biāo)廠站地 址。7. 5雙網(wǎng)的使用當(dāng)系統(tǒng)使用雙網(wǎng)通訊時，APDU報文在雙網(wǎng)上同時發(fā)送，目標(biāo)設(shè)備在雙網(wǎng)上接 收后確定一個APDU報文進(jìn)行處理，接收的APDU報文的選擇方法見5.4節(jié)。7. 6 TCP及UDP報文的選擇在本規(guī)范中，重要的數(shù)據(jù)一般采用

14、TCP協(xié)議傳送，使用UDP協(xié)議傳送的數(shù)據(jù) 主要是循環(huán)發(fā)送的廣播數(shù)據(jù)，例如遙測數(shù)據(jù)，對時數(shù)據(jù)以及廣播發(fā)送的保護(hù)測量值 等。命令及其應(yīng)答數(shù)據(jù)使用TCP發(fā)送。問隔層聯(lián)鎖使用的報文采用 UDP協(xié)議通訊。設(shè)備的配置以及管理使用 UDP協(xié)議通訊。7. 7 TCP連接的建立在變電站或集控站自動化系統(tǒng)中，對于間隔層設(shè)備和過程層設(shè)備的通訊，過程 層設(shè)備作為通訊服務(wù)器，間隔層設(shè)備作為客戶端。對于間隔層設(shè)備和站控層設(shè)備的 通訊，問隔層設(shè)備作為通訊服務(wù)器，站控層設(shè)備作為客戶端。TCP連接的建立可以按人工配置的要求建立，也可以由客戶端設(shè)備根據(jù)相連 設(shè)備的類型自動確定相互關(guān)系，從而決定是否建立連接。固定配置的連接，在設(shè)備

15、初始化時，向服務(wù)器發(fā)起連接，失敗后間隔 3秒再次 連接，重復(fù)3次，失敗后，將連接間隔時間1分鐘；當(dāng)設(shè)備接收到對方的UDP報 文接收時，立即發(fā)起連接。自動確定方式時，根據(jù)UDP報文地接收觸發(fā)連接當(dāng)客戶端設(shè)備根據(jù)相連設(shè)備的類型自動確定相互關(guān)系時，應(yīng)遵守下列規(guī)則（本 規(guī)則只適用于間隔層與站控層通訊）：1、站控層的設(shè)備接收到間隔層設(shè)備的報文時，根據(jù)其自身的類型決定與間隔 層的哪些設(shè)備建立TCP連接。2.、互為主備關(guān)系的設(shè)備相互通訊時，設(shè)備地址中最低位為1的設(shè)備作為服務(wù)器端，設(shè)備地址中最低位為0的設(shè)備作為客戶端，例如，0XFF00與OXFF01為某 個主備路由設(shè)備的地址，由地址為 0XFF00的設(shè)備通過

16、站控層網(wǎng)絡(luò)向地址為 OXFF01的設(shè)備中請TCP連接，通過這一連接，相互交換數(shù)據(jù)，確定主備。7. 8 APDU報文的傳輸及處理當(dāng)傳輸層收到ASDU報文及相關(guān)信息后，組織 APCI的數(shù)據(jù)，包括設(shè)置數(shù)據(jù) 編號，將APCI與ASDU組合成APDU報文。用UDP發(fā)送時，傳輸層可以將多個 APDU報文組成一個UDP報文發(fā)送。傳輸層根據(jù)網(wǎng)絡(luò)配置將報文傳送給 A網(wǎng)的網(wǎng) 絡(luò)收發(fā)層或者同時傳送給 A網(wǎng)與B網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)收發(fā)層。數(shù)據(jù)編號的設(shè)置與是否在 A 網(wǎng)、B網(wǎng)上傳輸無關(guān)。接收方收到報文后，根據(jù)數(shù)據(jù)編號確定有效報文并將其解包，將 ASDU及相 關(guān)信息上送。APCI中的數(shù)據(jù)編號由報文的發(fā)送方設(shè)置，報文的接收方依據(jù)數(shù)據(jù)編

17、 號選擇雙網(wǎng)接收報文中的有效報文。數(shù)據(jù)報文在本規(guī)范中僅用于雙網(wǎng)接收報文的取 舍，不作為報文先后次序和報文丟失的判斷依據(jù)。采用UDP通訊方式時：對于接收方來說，第一次收到某個設(shè)備的UDP端口發(fā)送的數(shù)據(jù)，默認(rèn)為其數(shù)據(jù)編號正確，對于以后再次收到的報文則需經(jīng)過數(shù)據(jù)編號 的校驗；若該設(shè)備的UDP數(shù)據(jù)編號超時得不到刷新則默認(rèn)為下一次收到報文的數(shù) 據(jù)編號正確。采用TCP通訊方式時，設(shè)備之間的任何一個或一對（對于雙網(wǎng)） TCP連接都 設(shè)置一個獨立的數(shù)據(jù)編號。在連接建立時，設(shè)置初始值，發(fā)送編號為 0、接收判斷 的編號為-1。對于每一個報文均需判斷其數(shù)據(jù)編號的合法性。若超時數(shù)據(jù)編號得不到刷新，則斷開鏈接重新鏈接，

18、數(shù)據(jù)編號重新設(shè)置初始值。雙網(wǎng)情況下，成對的連 接在第一個連接建立時設(shè)置數(shù)據(jù)編號，任何一個網(wǎng)絡(luò)連接的單獨斷開對該數(shù)據(jù)編號 沒有影響，但其重新連接后仍使用原有的數(shù)據(jù)編號，只有在 A、B網(wǎng)的連接都斷 開后，才重新開始。在本節(jié)下面白描述中，A網(wǎng)接收、B網(wǎng)接收特指成對的TCP連接上A、B網(wǎng) 數(shù)據(jù)的接收，或者A、B網(wǎng)上成對的UDP報文的接收，并且報文是由同一個發(fā)送 方發(fā)出，該發(fā)送方指與接收方直接相連的設(shè)備。在單網(wǎng)通訊的情況下，報文的數(shù)據(jù)編號沒有實際意義，所有的接收報文都認(rèn)定 有效。為了與雙網(wǎng)通訊兼容，要求發(fā)送方的數(shù)據(jù)編號使用方式同雙網(wǎng)通訊式的方 式。發(fā)送方組織APCI時，將當(dāng)前的數(shù)據(jù)編號填入 APCI,同時將數(shù)據(jù)編號增1保 留，數(shù)據(jù)編號溢出時自動歸零。接收方的任何一個網(wǎng)接收到報文后，依據(jù)下列原則判定有效報文并處理，保留 新的數(shù)據(jù)編號，同時舍棄無效的報文。數(shù)據(jù)編號從06553