4. IEC 60870-5-101/104协议解析

在SCADA系统中，IEC 60870-5-101/104是电力仪表与主站之间最常用的通信协议。101用于串口链路，104用于TCP/IP网络，两者共享同一套应用层数据结构——ASDU（Application Service Data Unit，应用服务数据单元）。理解ASDU的字段构成、信息对象地址的分配规则、传输原因的含义，以及遥测遥信数据如何映射到具体信息对象，是解析报文和排查通信问题的核心能力。

一、ASDU的整体结构

一个完整的104报文由APCI（应用规约控制信息）和ASDU两部分组成。APCI固定6字节，包含启动字符0x68、长度字段和4个控制域字节，负责链路层的序号管理和连接控制。ASDU则承载真正的业务数据，其结构由数据单元标识和信息对象两部分构成。

数据单元标识固定6字节，依次为：类型标识（TypeID，1字节）、可变结构限定词（VSQ，1字节）、传输原因（COT，2字节）、公共地址（CA，2字节）。信息对象部分则根据TypeID和VSQ的不同，包含一个或多个信息对象，每个信息对象由信息对象地址（IOA，3字节）和信息元素组成。

TypeID决定信息对象的类型和长度。例如，遥测常用M_ME_NC_1（类型标识13，短浮点数测量值）、M_ME_NA_1（类型标识9，归一化测量值）；遥信常用M_SP_NA_1（类型标识1，单点信息）、M_DP_NA_1（类型标识3，双点信息）。VSQ的最高位SQ表示信息对象是否连续寻址，低7位表示信息对象个数。当SQ=0时，每个信息对象都带独立的IOA；当SQ=1时，只给出第一个IOA，后续对象地址依次递增。

二、信息对象地址（IOA）的分配规则

IOA是3字节无符号整数，取值范围0～16777215。在电力仪表接入场景中，IOA通常由主站规划，与仪表的测量点一一对应。常见的分配方式有两种：一是按功能分区，例如1～9999分配给遥信，10000～19999分配给遥测，20000以上分配给电度；二是按设备编号加测点序号组合，例如设备1的A相电压为10001，B相电压为10002，C相电压为10003。

实际工程中，IOA必须与主站点表严格一致。如果仪表侧或通信网关侧配置的IOA与主站点表不匹配，主站会收到数据但无法正确映射到画面或数据库，表现为“有报文无数据”或“数据串点”。排查时，应先在104报文中定位IOA字段，再与点表逐条核对。

三、传输原因（COT）的含义

COT为2字节，低字节为传输原因值，高字节为源发站地址（通常为0）。COT说明“为什么发送这个ASDU”，常见值包括：

• 3：突发（Spontaneous）——仪表检测到遥测越死区或遥信变位时主动上送。
• 5：请求（Request）——主站请求后仪表响应。
• 6：激活（Activation）——主站下发控制命令。
• 7：激活确认（Activation Confirmation）——仪表确认收到控制命令。
• 10：激活终止（Activation Termination）——控制命令执行结束。
• 20：响应站召唤（Interrogated by Station）——总召唤时仪表上送数据。

解析报文时，COT是判断数据性质的关键。例如，收到COT=3的遥测，说明是仪表主动上送的变位数据；收到COT=20的遥测，说明是总召唤响应，通常用于初始化或周期对时后的数据刷新。

四、遥测遥信数据映射

遥信（单点/双点信息）的信息元素通常为1字节，包含SPI（单点信息）或DPI（双点信息）以及品质描述词。单点信息中，SPI=0表示分，SPI=1表示合；双点信息中，DPI=1表示分，DPI=2表示合，DPI=0和3表示中间态或故障态。品质位包括IV（无效）、NT（非当前）、SB（被取代）、BL（被闭锁）、OV（溢出）等，解析时需一并提取。

遥测（测量值）的信息元素根据TypeID不同，可能是归一化值（2字节有符号整数，范围-1～1-2^-15）、标度化值（2字节有符号整数）或短浮点数（4字节IEEE 754）。短浮点数最直观，直接按IEEE 754解析即可得到实际工程值。归一化值则需要乘以量程系数，例如量程为100A，归一化值为0.5，则实际电流为50A。

以某配电室仪表接入为例：主站点表定义IOA=10001为A相电压，TypeID=13，量程0～300V；IOA=20001为断路器位置，TypeID=1。当仪表上送报文68 1A ... 0D 01 03 00 01 00 40 01 00 00 00 00 ...时，解析出IOA=0x000140=320，若点表中320对应A相电压，则值为0.0V；若点表中320对应其他测点，则说明IOA配置错误。

五、实际解析中的常见问题

104协议采用TCP长连接，报文可能粘包或分片。解析时必须先读取APCI中的长度字段，再按长度截取完整ASDU，不能假设一次recv就是一个完整报文。此外，SQ=1的连续寻址模式容易出错：如果VSQ低7位为3，SQ=1，则报文只包含一个IOA，后续两个信息对象的IOA分别为IOA+1和IOA+2。若误按SQ=0解析，会把后续信息元素的前3字节误读为IOA，导致整个报文错位。

时标类型也需注意。CP56Time2a为7字节时标，包含毫秒、秒、分、时、日、月、年。部分TypeID不带时标，部分带时标，解析前应确认TypeID对应的信息元素长度。例如M_ME_NC_1不带时标，信息元素为5字节（4字节浮点+1字节品质）；M_ME_NC_1带时标时，信息元素为12字节。

掌握ASDU结构、IOA分配、COT语义和遥测遥信映射规则后，即可用一段简单的解析代码将104报文转换为可读的测点值。实际工程中，建议将点表以CSV或数据库形式维护，解析程序通过IOA查表获取测点名称、量程和单位，从而实现从原始字节到SCADA画面数据的完整链路。