油氣技術(shù)培訓(xùn)-通訊協(xié)議-標(biāo)準(zhǔn)格式-2015.08.24

中國(guó)石油長(zhǎng)輸油氣管道

自動(dòng)化與通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)培訓(xùn)

二○一五年八月·西安

第一部分SCADA系統(tǒng)

第一章常用協(xié)議介紹主講人：吳海霞（泰爾文特控制系統(tǒng)（中國(guó)）有限公司）通訊協(xié)議介紹定義：兩個(gè)設(shè)備之間進(jìn)行信號(hào)或者數(shù)據(jù)傳輸時(shí)所規(guī)定的數(shù)據(jù)格式與通訊方式。數(shù)據(jù)格式有標(biāo)準(zhǔn)的和非標(biāo)準(zhǔn)的。

常用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議有：Modbus、IEC104、CIP、Profibus、CAN總線等常用的通訊方式列舉：串行通訊232、485、422以太網(wǎng)（10M/100M）衛(wèi)星GPRS/CDMA無線網(wǎng)絡(luò)GSM網(wǎng)絡(luò)電話Modem通訊機(jī)制–網(wǎng)絡(luò)七層協(xié)議提供應(yīng)用程序間通訊處理數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)加密建立、維護(hù)和管理會(huì)話建立主機(jī)端到端連接尋址和路由選擇提供介質(zhì)訪問、鏈路管理比特流傳輸系統(tǒng)架構(gòu)圖-方式一系統(tǒng)架構(gòu)圖-方式二協(xié)議轉(zhuǎn)換器CIP協(xié)議MODBUS協(xié)議…Modbus協(xié)議---特點(diǎn)工業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，很多設(shè)備都支持此協(xié)議一問一答方式支持狀態(tài)量、16位整型數(shù)、32位整型數(shù)、float對(duì)設(shè)備中的寄存器數(shù)據(jù)進(jìn)行讀和寫的功能，數(shù)據(jù)不帶時(shí)間標(biāo)簽和品質(zhì)效率高，可進(jìn)行ms級(jí)讀寫操作協(xié)議縝密，有校驗(yàn)機(jī)制每個(gè)數(shù)據(jù)包不超過255個(gè)字節(jié)端口號(hào)，默認(rèn)502Modbus協(xié)議---傳輸流程1000110002100031000410005...4000140002400034000440005...狀態(tài)寄存器(1bit)

用功能碼02讀保持寄存器(2bytes)

用功能碼03讀閥門1的狀態(tài)RTU、PLC控制器

溫度1閥門1的就地遠(yuǎn)控閥門1的偏差報(bào)警泵1的起停0V或者5V4mA或者20mA

進(jìn)站壓力

進(jìn)站瞬時(shí)流量

進(jìn)站累計(jì)流量

0或10到655350V到5V4mA到20mA上位監(jiān)控系統(tǒng)status1status23status4status5...analog1analog23analog4analog5...閥門1的開、關(guān)、動(dòng)作、錯(cuò)誤0到65535轉(zhuǎn)換成0到100度Modbus

協(xié)議32位整型或者float型Modbus協(xié)議---modbus_RTU和modbus_TCP協(xié)議格式區(qū)別

地址（1byte）功能碼（1byte）數(shù)據(jù)（nbytes）CRC校驗(yàn)（2bytes）目的地址（2bytes）協(xié)議id（2bytes）長(zhǎng)度（2bytes）地址（1byte）功能碼（1byte）數(shù)據(jù)（nbytes）Modbus_RTUModbus_TCP6個(gè)字節(jié)的包頭Modbus協(xié)議---控制器常用的功能碼01：讀線圈狀態(tài)------讀狀態(tài)量輸出的“開/關(guān)”狀態(tài)02：讀輸入狀態(tài)-------讀狀態(tài)量輸入的“開/關(guān)”狀態(tài)03：讀保持寄存器04：讀輸入寄存器05：置單線圈06：置單寄存器15：置多線圈16：置多寄存器Modbus協(xié)議---功能碼01讀線圈狀態(tài)發(fā)送：名稱舉例

（十六進(jìn)制）設(shè)備的地址11功能碼01起始地址的高位00起始地址的地位13讀取點(diǎn)的數(shù)量的高位00讀取點(diǎn)的數(shù)量的低位25錯(cuò)誤校驗(yàn)（LRC或CRC）--接受：名稱舉例

（十六進(jìn)制）設(shè)備的地址11功能碼01字節(jié)數(shù)05數(shù)據(jù)（線圈27-20）CD數(shù)據(jù)（線圈35-28）6B數(shù)據(jù)（線圈43-36）B2數(shù)據(jù)（線圈51-44）0E數(shù)據(jù)（線圈56-52）1B錯(cuò)誤校驗(yàn)（LRC或CRC）--線圈：2726252423222120狀態(tài)：11001101接受：名稱舉例

（十六進(jìn)制）設(shè)備的地址11功能碼03字節(jié)數(shù)06數(shù)據(jù)高位（寄存器40108）02數(shù)據(jù)低位（寄存器40108）2B數(shù)據(jù)高位（寄存器40109）00數(shù)據(jù)低位（寄存器40109）01數(shù)據(jù)高位（寄存器40110）00數(shù)據(jù)低位（寄存器40110）64錯(cuò)誤校驗(yàn)（LRC或CRC）--Modbus協(xié)議---功能碼03讀保持寄存器發(fā)送：名稱舉例

（十六進(jìn)制）設(shè)備的地址11功能碼03起始地址的高位00起始地址的地位6B讀取點(diǎn)的數(shù)量的高位00讀取點(diǎn)的數(shù)量的低位03錯(cuò)誤校驗(yàn)（LRC或CRC）--5551100■如果寄存器40108和40109組成32位整型數(shù)，并且寄存器40108為高位，寄存器40109為低位，解析而得的值為：555*65536+1?！鋈绻拇嫫?0108和40109組成32位整型數(shù)，并且寄存器40108為低位，寄存器40109為高位，解析而得的值為：1*65536+555。CIPESP協(xié)議---ABPLC組網(wǎng)架構(gòu)升級(jí)升級(jí)CIPESP協(xié)議---特點(diǎn)適用于Rockwell公司所有系列的ABPLC（PLC5、SLC500、RSLogix5000）一問一答方式直接讀取PLC中定義的數(shù)組數(shù)據(jù)，如16位整型、32位整型、浮點(diǎn)型等；批量讀取。對(duì)PLC中的數(shù)組進(jìn)行讀和寫的功能讀寫數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不帶時(shí)間標(biāo)簽和品質(zhì)效率高，可進(jìn)行ms級(jí)讀寫操作協(xié)議縝密，有校驗(yàn)機(jī)制端口號(hào)，CIP協(xié)議默認(rèn)44818，ESP協(xié)議默認(rèn)2222CIPESP協(xié)議---TELVENT公司的SCADA系統(tǒng)連接ABPLC的性能表

由Rockwell公司認(rèn)證FunctionDescriptionDataTypeinCIPProtocolMethodofAccessingdataScanFrequencyTestedTypeofServiceinCIPMaximumpointsperframeDataintegrityAndvalidationMethodCommentAndNotesTestedResultQuerythestatusvalueBoolTagname/Array250msSingleorMultiplepoints3200TCP/CRCDisplaythestatusofthevalveCorrectForcethestatusvalueBoolTagname/Array250msSingleorMultiplepoints3200TCP/CRCControlthevalve/pump/switchesCorrectQueryanalogpointvalue16bitsintegerTagname/Array250msSingleorMultiplepoints200TCP/CRCDisplayrawvalueCorrectForceanalogpointvalue16bitsintegerTagname/Array250msSingleorMultiplepoints200TCP/CRCForcerawvalueCorrectDisplayanalogpointvalue32bitsintegerTagname/Array250msSingleorMultiplepoints100TCP/CRCDisplaylongintegervalueCorrectForceanalogpointvalue32bitsintegerTagname/Array250msSingleorMultiplepoints100TCP/CRCForcelongintegervalueCorrectDisplayanalogpointvalue32bitsIEEEfloatTagname/Array250msSingleorMultiplepoints100TCP/CRCDisplayfloatnumbersCorrectForceanalogpointvalue32bitsIEEEfloatTagname/Array250msSingleorMultiplepoints100TCP/CRCForcefloatnumbersCorrectIEC104協(xié)議---特點(diǎn)工業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議總召喚加逢報(bào)則報(bào)功能支持單點(diǎn)信息、標(biāo)度化值、短浮點(diǎn)數(shù)對(duì)設(shè)備中的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀和寫的功能帶時(shí)間標(biāo)簽和數(shù)據(jù)品質(zhì)有同步時(shí)鐘命令端口號(hào)，默認(rèn)2404IEC60870-5101102103104IEC104協(xié)議---規(guī)約結(jié)構(gòu)啟動(dòng)字符68HAPDU長(zhǎng)度（最大253）控制域八位位組1控制域八位位組2控制域八位位組3

控制域八位位組4IEC101和104定義的ASDU

APDU長(zhǎng)度APCI(應(yīng)用規(guī)約控制信息)

APDU(應(yīng)用規(guī)約數(shù)據(jù)單元)ASDU(應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元)IEC104協(xié)議---APCI控制信息的三種格式I格式可計(jì)數(shù)的信息傳輸功能S格式可計(jì)數(shù)的確認(rèn)功能U格式啟動(dòng)，停止，測(cè)試功能IEC104協(xié)議---I格式的控制域八位位組1八位位組2八位位組3八位位組4說明：I格式的APDU數(shù)據(jù)包，用于總召喚、逢變則報(bào)、發(fā)送命令、同步時(shí)鐘等一些數(shù)據(jù)包。

只有I格式的APDU數(shù)據(jù)包中，包含ASDU（應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元）。IEC104協(xié)議---I格式的發(fā)送和接受序列號(hào)發(fā)送方增加發(fā)送序列號(hào)，按1增加。當(dāng)發(fā)送方給接受方發(fā)送了I格式的數(shù)據(jù)包后，接受方把發(fā)送方的發(fā)送序列號(hào)加上1做為接受方的接受序列號(hào)，接受方把發(fā)送方的接受序列號(hào)作為接受方的發(fā)送序列號(hào)。正常的傳輸模型，圖解如下：I（a,b)

a=發(fā)送序號(hào)

b=接收序號(hào)IEC104協(xié)議---S格式的控制域八位位組1八位位組2八位位組3八位位組4說明：S格式的數(shù)據(jù)包,用于收到一定量的數(shù)據(jù)包后，發(fā)送確認(rèn)包。舉例：Q:68040100de60

IEC104協(xié)議---U格式的控制域八位位組1八位位組2八位位組3八位位組4說明：U格式的數(shù)據(jù)包，用于啟動(dòng)、停止、測(cè)試功能。舉例1：Q:680407000000（發(fā)送激活生效）R:68040b000000（回復(fù)激活確認(rèn)）舉例2：R:680443000000(收到測(cè)試生效）

Q:680483000000(回復(fù)測(cè)試確認(rèn))87654321TESTFRSTOPDTSTARTDT11確認(rèn)生效確認(rèn)生效確認(rèn)生效0000IEC104協(xié)議---應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元（ASDU）類型標(biāo)識(shí)一個(gè)字節(jié)可變結(jié)構(gòu)限定詞一個(gè)字節(jié)傳送原因二個(gè)字節(jié)公共地址二個(gè)字節(jié)信息體地址三個(gè)字節(jié)信息體元素元素定義信息體時(shí)標(biāo)7個(gè)字節(jié)…..….

信息體地址n三個(gè)字節(jié)信息體元素n元素定義信息體時(shí)標(biāo)n7個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)單元標(biāo)識(shí)信息體IEC104協(xié)議---類型標(biāo)識(shí)類型標(biāo)識(shí):=UI8[1..8]<0..44><0>:=未定義

<1>:=單點(diǎn)信息M_SP_NA_1<3>:=雙點(diǎn)信息M_DP_NA_1<5>:=步位置信息M_ST_NA_1<7>:=32比特串M_BO_NA_1<9>:=測(cè)量值，規(guī)一化值M_ME_NA_1

<11>:=測(cè)量值，標(biāo)度化值M_ME_NB_1

<13>:=測(cè)量值，短浮點(diǎn)數(shù)M_ME_NC_1<15>:=累計(jì)量M_IT_NA_1<20>:=帶狀態(tài)檢出的成組單點(diǎn)信息M_PS_NA_1<21>:=不帶品質(zhì)描述的規(guī)一化測(cè)量值M_ME_ND_1<22..29>:=保留

*<30>:=帶時(shí)標(biāo)CP56Time2a的單點(diǎn)信息M_SP_TB_1*<31>:=帶時(shí)標(biāo)CP56Time2a的雙點(diǎn)信息M_DP_TB_1*<32>:=帶時(shí)標(biāo)CP56Time2a的步位置信息M_ST_TB_1*<33>:=帶時(shí)標(biāo)CP56Time2a的32比特串M_BO_TB_1*<34>:=帶時(shí)標(biāo)CP56Time2a的測(cè)量值，規(guī)一化值M_ME_TD_1*<35>:=帶時(shí)標(biāo)CP56Time2a的測(cè)量值，標(biāo)度化值M_ME_TE_1*<36>:=帶時(shí)標(biāo)CP56Time2a的測(cè)量值，短浮點(diǎn)數(shù)M_ME_TF_1*<37>:=帶時(shí)標(biāo)CP56Time2a的累計(jì)量M_IT_TB_1*<38>:=帶時(shí)標(biāo)CP56Time2a的繼電保護(hù)裝置事件M_EP_TD_1*<39>:=帶時(shí)標(biāo)CP56Time2a的繼電保護(hù)裝置成組啟動(dòng)事件M_EP_TE_1*<40>:=帶時(shí)標(biāo)CP56Time2a的繼電保護(hù)裝置成組出口信息M_EP_TF_1<41..44>:=保留

表1---在監(jiān)視方向的過程信息IEC104協(xié)議---類型標(biāo)識(shí)

表2在控制方向的過程信息類型標(biāo)識(shí):=UI8[1..8]<45..69>CON<45>:=單命令C_SC_NA_1CON<46>:=雙命令C_DC_NA_1CON<47>:=升降命令C_RC_NA_1CON<48>:=設(shè)點(diǎn)命令，規(guī)一化值C_SE_NA_1CON<49>:=設(shè)點(diǎn)命令，標(biāo)度化值C_SE_NB_1CON<50>:=設(shè)點(diǎn)命令，短浮點(diǎn)數(shù)C_SE_NC_1CON<51>:=32比特串C_BO_NA_1<52..57>:=保留在控制方向的過程信息，帶時(shí)標(biāo)的ASDUCON<58>:=帶時(shí)標(biāo)CP56Time2a的單命令C_SC_NA_1CON<59>:=帶時(shí)標(biāo)CP56Time2a的雙命令C_DC_NA_1CON<60>:=帶時(shí)標(biāo)CP56Time2a的升降命令C_RC_NA_1CON<61>:=帶時(shí)標(biāo)CP56Time2a的設(shè)點(diǎn)命令，規(guī)一化值C_SE_TA_1CON<62>:=帶時(shí)標(biāo)CP56Time2a的設(shè)點(diǎn)命令，標(biāo)度化值C_SE_TB_1CON<63>:=帶時(shí)標(biāo)CP56Time2a的設(shè)點(diǎn)命令，短浮點(diǎn)數(shù)C_SE_TC_1CON<64>:=帶時(shí)標(biāo)CP56Time2a的32比特串C_BO_NA_1<65..69>:=保留IEC104協(xié)議---類型標(biāo)識(shí)表3在監(jiān)視方向的系統(tǒng)信息類型標(biāo)識(shí):=UI8[1..8]<70..99><70>:=初始化結(jié)束M_EI_NA_1<71..99>:=保留

表4在控制方向的系統(tǒng)信息類型標(biāo)識(shí):=UI8[1..8]<100..109>CON<100>:=總召喚命令C_IC_NA_1CON<101>:=電能脈沖召喚命令C_CI_NA_1<102>:=讀命令C_RD_NA_1CON<103>:=時(shí)鐘同步命令C_CS_NA_1CON<105>:=復(fù)位進(jìn)程命令C_RP_NA_1CON<107>:=帶時(shí)標(biāo)CP56Time2a的測(cè)試命令C_TS_NA_1<108..109>:=保留IEC104協(xié)議---可變結(jié)構(gòu)限定詞數(shù)目：＝UI7[1..7]<0..127>應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元信息元素(單個(gè)信息元素或同類信息元素組合)的數(shù)目

SQ=單個(gè)或者順序：＝BS1[8]<0..1><0>：＝尋址同一種類型的許多信息對(duì)象中單個(gè)的信息元素或者信息元素的集合(地址1+數(shù)據(jù)1+地址2+數(shù)據(jù)2+地址3+數(shù)據(jù)3+……)<1>：＝尋址ASDU單個(gè)信息對(duì)象中順序的單個(gè)信息元素信息元素的同類集合

(起始地址+數(shù)據(jù)1+數(shù)據(jù)2+數(shù)據(jù)+………)IEC104協(xié)議---傳送原因

7650P/N：否定確認(rèn)（1）/肯定確認(rèn)（0）

T：試驗(yàn)（1）/未試驗(yàn)（0）

<0`63>0:未定義1:周期，循環(huán)

2：背景掃描3：突發(fā)，自發(fā)

4：初始化5:請(qǐng)求

6：激活7：激活確認(rèn)

8：停止激活9：停止激活確認(rèn)

10：激活終止

20：響應(yīng)總召喚TP/N原因IEC104