1.3.2-第一部分SCADA系统教材_第三章中控系统通讯协议

二○一二年八月·成都长输管道监控SCADA系统常用通讯协议介绍泰尔文特控制系统(中国)有限公司吴海霞通讯协议介绍定义：两个设备之间进行信号或者数据传输时所规定的数据格式与通讯方式。数据格式有标准的和非标准的。常用的标准协议有：Modbus、IEC104、CIP、Profibus、CAN总线等常用的通讯方式列举：a)以太网（10M/100M）b)串行通讯232、485、422c)GPRS/CDMA无线网络d)GSM网络e)卫星f)电话Modem通讯机制–网络七层协议在网络中，Modbus、CIP、IEC104协议处于第7层应用层。系统架构图Modbus协议---特点工业界标准的协议，很多设备都支持此协议一问一答方式支持状态量、16位整型数、32位整型数、float对设备中的寄存器数据进行读和写的功能，数据不带时间标签和品质效率高，可进行ms级读写操作协议缜密，有校验机制每个数据包不超过255个字节端口号，默认502Modbus协议---传输流程1000110002100031000410005...4000140002400034000440005...状态寄存器(1bit)用功能码02读保持寄存器(2bytes)用功能码03读阀门1的状态RTU、PLC控制器温度1阀门1的就地远控阀门1的偏差报警泵1的起停0V或者5V4mA或者20mA进站压力进站瞬时流量进站累计流量0或10到655350V到5V4mA到20mA上位监控系统status1status23status4status5...analog1analog23analog4analog5...阀门1的开、关、动作、错误0到65535转换成0到100度Modbus协议32位整型或者float型Modbus协议---modbus_RTU和modbus_TCP协议格式区别地址（1byte）功能码（1byte）数据（nbytes）CRC校验（2bytes）目的地址（2bytes）协议id（2bytes）长度（2bytes）地址（1byte）功能码（1byte）数据（nbytes）Modbus_RTUModbus_TCPModbus协议---控制器常用的功能码01：读线圈状态------读状态量输出的“开/关”状态02：读输入状态-------读状态量输入的“开/关”状态03：读保持寄存器04：读输入寄存器05：置单线圈06：置单寄存器15：置多线圈16：置多寄存器Modbus协议---功能码01读线圈状态发送：名称举例（十六进制）设备的地址11功能码01起始地址的高位00起始地址的地位13读取点的数量的高位00读取点的数量的低位25错误校验（LRC或CRC）--接受：名称举例（十六进制）设备的地址11功能码01字节数05数据（线圈27-20）CD数据（线圈35-28）6B数据（线圈43-36）B2数据（线圈51-44）0E数据（线圈56-52）1B错误校验（LRC或CRC）--线圈：2726252423222120状态：11001101Modbus协议---功能码03读保持寄存器发送：名称举例（十六进制）设备的地址11功能码03起始地址的高位00起始地址的地位6B读取点的数量的高位00读取点的数量的低位03错误校验（LRC或CRC）--接受：名称举例（十六进制）设备的地址11功能码03字节数06数据高位（寄存器40108）02数据低位（寄存器40108）2B数据高位（寄存器40109）00数据低位（寄存器40109）00数据高位（寄存器40110）00数据低位（寄存器40110）64错误校验（LRC或CRC）--CIPESP协议---ABPLC组网架构升级升级CIPESP协议---特点适用于Rockwell公司所有系列的ABPLC（PLC5、SLC500、RSLogix5000）一问一答方式直接读取PLC中定义的数组数据，如16位整型、32位整型、浮点型等；批量读取。对PLC中的数组进行读和写的功能读写数据，数据不带时间标签和品质效率高，可进行ms级读写操作协议缜密，有校验机制端口号，CIP协议默认44818，ESP协议默认2222CIPESP协议---TELVENT公司的SCADA系统连接ABPLC的性能表由Rockwell公司认证FunctionDescriptionDataTypeinCIPProtocolMethodofAccessingdataScanFrequencyTestedTypeofServiceinCIPMaximumpointsperframeDataintegrityAndvalidationMethodCommentAndNotesTestedResultQuerythestatusvalueBoolTagname/Array250msSingleorMultiplepoints3200TCP/CRCDisplaythestatusofthevalveCorrectForcethestatusvalueBoolTagname/Array250msSingleorMultiplepoints3200TCP/CRCControlthevalve/pump/switchesCorrectQueryanalogpointvalue16bitsintegerTagname/Array250msSingleorMultiplepoints200TCP/CRCDisplayrawvalueCorrectForceanalogpointvalue16bitsintegerTagname/Array250msSingleorMultiplepoints200TCP/CRCForcerawvalueCorrectDisplayanalogpointvalue32bitsintegerTagname/Array250msSingleorMultiplepoints100TCP/CRCDisplaylongintegervalueCorrectForceanalogpointvalue32bitsintegerTagname/Array250msSingleorMultiplepoints100TCP/CRCForcelongintegervalueCorrectDisplayanalogpointvalue32bitsIEEEfloatTagname/Array250msSingleorMultiplepoints100TCP/CRCDisplayfloatnumbersCorrectForceanalogpointvalue32bitsIEEEfloatTagname/Array250msSingleorMultiplepoints100TCP/CRCForcefloatnumbersCorrectCIPESP协议---CIP命令代码封装数据长度命令代码会话句柄状态发送端上下文可选项2bytes2bytes4bytes4bytes8bytes4bytes000000000000000000000000000000000000000000000000封装头部nbytes00…00封装数据常用命令有:注册命令(0x0065)取消注册命令(0x0066)发送数据命令(0x006f)所有命令在EtherNet/IP规范的第二卷第2章中定义。CIPESP协议---如何配置路由信息CPUEthEth如果以太网卡和cpu卡在同一个机架上，所需要的路由信息为：0100其中：01表示上背板，00表示cpu的槽号，根据cpu实际插的槽号而定EthEthCNBCPUCNB如果以太网卡和cpu卡不在一个机架上，所需要的路由信息为：010002150100其中：0100表示上背板CNB(和ENBT同一机架的CNB)的槽号为0，0215表示上网络CNB（和CPU同一机架的CNB）的节点号为21，0100表示上背板CPU槽号为00槽0槽节点号21CPUCNB节点号22IEC104协议---特点工业界标准的协议总召唤加逢报则报功能支持单点信息、标度化值、短浮点数对设备中的数据进行读和写的功能带时间标签和数据品质有同步时钟命令端口号，默认2404IEC104协议---规约结构启动字符68HAPDU长度（最大253）控制域八位位组1控制域八位位组2控制域八位位组3控制域八位位组4IEC101和104定义的ASDUAPDU长度APCI(应用规约控制信息)APDU(应用规约数据单元)ASDU(应用服务数据单元)IEC104协议---APCI控制信息可计数的信息传输功能－I格式可计数的确认功能－S格式启动，停止，测试功能－U格式IEC104协议---I格式的控制域87654321发送序列号N(S)LSB0MSB发送序列号N(S)接收序列号N(R)LSB0MSB接收序列号N(R)八位位组1八位位组2八位位组3八位位组4说明：I格式的APDU数据包，用于总召唤、逢变则报、发送命令、同步时钟等一些数据包。只有I格式的APDU数据包中，包含ASDU（应用服务数据单元）。IEC104协议---I格式的发送和接受序列号发送方增加发送序列号，按1增加。当发送方给接受方发送了I格式的数据包后，接受方把发送方的发送序列号加上1做为接受方的接受序列号，接受方把发送方的接受序列号作为接受方的发送序列号。正常的传输模型，图解如下：I（a,b)a=发送序号b=接收序号A站B站APDU发送或接收后的内部计数器V状态I(0,0)I(1,0)I(2,0)I(0,3)I(1,3)I(3,2)APDU发送或接收后的内部计数器V状态AckV(S)V(R)0001231224V(S)V(R)Ack0001231324IEC104协议---S格式的控制域87654321010接收序列号N(R)LSB0MSB接收序列号N(R)八位位组1八位位组2八位位组3八位位组4说明：S格式的数据包,用于收到一定量的数据包后，发送确认包。举例：Q:68040100de60IEC104协议---U格式的控制域八位位组1八位位组2八位位组3八位位组4说明：U格式的数据包，用于启动、停止、测试功能。举例1：Q:680407000000（发送激活生效）R:68040b000000（回复激活确认）举例2：R:680443000000(收到测试生效）Q:680483000000(回复测试确认)87654321TESTFRSTOPDTSTARTDT11确认生效确认生效确认生效0000IEC104协议---应用服务数据单元（ASDU）类型标识一个字节可变结构限定词一个字节传送原因二个字节公共地址二个字节信息体地址三个字节信息体元素元素定义信息体时标7个字节…..….信息体地址n三个字节信息体元素n元素定义信息体时标n7个字节数据单元标识信息体IEC104协议---类型标识类型标识:=UI8[1..8]0..440:=未定义1:=单点信息M_SP_NA_13:=双点信息M_DP_NA_15:=步位置信息M_ST_NA_17:=32比特串M_BO_NA_19:=测量值，规一化值M_ME_NA_111:=测量值，标度化值M_ME_NB_113:=测量值，短浮点数M_ME_NC_115:=累计量M_IT_NA_120:=带状态检出的成组单点信息M_PS_NA_121:=不带品质描述的规一化测量值M_ME_ND_122..29:=保留*30:=带时标CP56Time2a的单点信息M_SP_TB_1*31:=带时标CP56Time2a的双点信息M_DP_TB_1*32:=带时标CP56Time2a的步位置信息M_ST_TB_1*33:=带时标CP56Time2a的32比特串M_BO_TB_1*34:=带时标CP56Time2a的测量值，规一化值M_ME_TD_1*35:=带时标CP56Time2a的测量值，标度化值M_ME_TE_1*3