IEC 104 规约，即 IEC 60870-5-104，是电力自动化领域中常用的通信协议之一，广泛应用于远动系统和电力调度系统。该规约基于 TCP/IP 协议，用于远距离电力设备的数据采集和控制。本文将深入介绍 IEC 104 规约的基础知识、工作原理以及在电力系统中的应用，帮助您更好地理解这一关键通信标准。
1. 什么是 IEC 104 规约？
IEC 104 规约 是 IEC 60870-5 系列标准的扩展，专门为远程控制和电力系统自动化通信设计。它基于 IEC 60870-5-101 规约，但使用了 TCP/IP 协议实现远程数据传输，使其适用于现代网络环境下的远程监控和数据采集（SCADA）系统。
IEC 104 规约通过 IP 网络将数据从远程终端单元（RTU）传输到控制中心，极大提高了通信的可靠性和灵活性。它被广泛应用于变电站自动化、配电自动化等场景。
2. IEC 104 的主要特性
2.1 基于 TCP/IP 的传输方式
IEC 104 规约的显著特点之一是其基于 TCP/IP 协议栈进行数据传输，这使得数据可以通过局域网（LAN）或广域网（WAN）进行传递。TCP 提供了可靠的连接，确保了数据传输的完整性和顺序。
2.2 长连接与实时性
IEC 104 使用 长连接，即服务器与客户端之间建立稳定的连接，用于不断发送和接收数据。这种连接方式使得系统能够及时接收到远程设备的状态信息，确保实时性。
2.3 数据对象与应用服务
IEC 104 通过数据对象与应用服务实现远动功能。每个数据对象都有一个唯一的地址，用于标识特定的测量值、状态或控制命令。应用服务包括遥测（测量值的读取）、遥信（设备状态的读取）和遥控（控制命令的发送）。
3. IEC 104 的工作原理
3.1 通信架构
IEC 104 采用客户端-服务器架构，其中：
- 控制中心作为客户端，发送控制命令并接收遥测和遥信数据。
- **远程终端单元（RTU）**作为服务器，负责采集现场设备的数据，并响应控制中心的请求。
3.2 报文格式
IEC 104 的报文格式分为多个部分，包括启动字符、长度域、控制域、应用服务数据单元（ASDU）等。ASDU 是报文的核心部分，包含了具体的数据类型、信息对象和相关信息。
- 启动字符：标识报文的起始。
- 长度域：指示整个报文的长度。
- 控制域：用于控制连接的建立和数据传输的可靠性。
- ASDU：包含具体的数据和信息对象地址。
3.3 报文传输过程
报文的传输过程通常包括：
- 连接建立：客户端与服务器通过 TCP 三次握手建立连接。
- 数据传输：控制中心发送请求，RTU 将测量数据和状态信息打包为 ASDU，并通过 TCP 发送给控制中心。
- 连接维护与断开：当通信需求结束后，双方通过 TCP 四次挥手断开连接。
4. IEC 104 的典型应用场景
4.1 变电站自动化
在变电站中，IEC 104 规约用于实现对各种设备的远程监控与控制，例如断路器、隔离开关等。通过 IEC 104，可以实时获取设备的运行状态和电力参数，如电压、电流等。
4.2 配电自动化
在配电自动化系统中，IEC 104 规约被用于远程监控配电线路的运行状态，并对出现故障的配电设备进行遥控处理，以尽快恢复供电。
4.3 SCADA 系统
SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系统是利用 IEC 104 规约采集远程数据的主要场景之一。SCADA 系统可以通过 IEC 104 获取实时的数据，用于电力调度和监控，提高电网的稳定性和可靠性。
5. IEC 104 与其他规约的比较
- IEC 101：IEC 101 是 IEC 60870-5 系列中较早的标准，使用串行通信进行数据传输，适用于点对点的短距离通信。相比之下，IEC 104 使用 TCP/IP 进行通信，支持远距离的数据传输和复杂的网络拓扑。
- Modbus：Modbus 也是一种广泛应用的工业协议，与 IEC 104 不同，Modbus 主要应用于工控领域的数据采集，且不具备长连接和实时性的特点。
6. IEC 104 规约的优势与挑战
6.1 优势
- 实时性强：IEC 104 使用长连接，确保了数据的实时性，可以及时传输设备的状态和参数。
- 基于标准协议：采用 TCP/IP 协议，支持广泛的网络环境，具有很好的互操作性。
- 灵活性高：可以通过局域网或广域网传输数据，适应不同类型的网络需求。
6.2 挑战
- 网络安全问题：由于 IEC 104 基于 TCP/IP，可能面临网络攻击的风险，因此在应用时需要加强安全措施，如加密通信、VPN 隧道等。
- 复杂的实现：对于没有相关经验的开发人员，实施 IEC 104 通信可能相对复杂，尤其是在涉及设备地址映射和报文格式时。
结论
IEC 104 规约 在现代电力自动化系统中起着至关重要的作用，通过基于 TCP/IP 的数据传输和长连接方式，实现了远程设备的监控和控制。理解 IEC 104 的工作原理、报文结构以及应用场景，能够帮助我们更好地管理和维护电力系统，提高系统的可靠性和稳定性。随着电力系统逐渐向智能化迈进，IEC 104 规约将在未来的智能电网中继续扮演重要角色。