【一】通信协议概述

通信协议概述

简介：

        很早之前就思考了要写一下电力系统常用的几种通信协议，一直拖着也没有行动，这次终于下定决心来出一个《通信协议》这样的专栏。电力行业数字化方面资料较少，我理解主要一方面是数字化程度还不高，一方面是电力行业技术保密要求高，所有很难找到行业的技术资料，所以我决心开个头把自己在行业的积累全盘分享出来，方便大家熟悉到行业的一些技术。

概览：

IEC 60870-5协议族

        了解IEC 60870-5协议族系列的协议之前我们需要了解一下IEC，国际电工委员会（IEC）成立于1906年，它是世界上成立最早的国际性电工标准化机构，负责有关电气工程和电子工程领域中的国际标准化工作，而IEC 60870-5协议族正式由国际电工委员会编制的。

IEC 102规约

        IEC 60870-5-102是一种通信协议，用于远程监测和控制电力系统中的设备和过程。它是IEC 60870-5协议族中的一员，也被称为TCP/IP规约。
        一、IEC 60870-5-102协议的主要特点有:
        1、采用 TCP/IP协议进行通信，具有高效性和稳定性;
        2、支持点对点通信和广播通信;
        3、支持双向通信，可实现命令控制和状态反馈;
        4、具有多种数据传输格式，包括二进制、ASCII码和BCD码等;
        5、支持多种数据传输方式，包括定时传输、变化传输和请求/响应传输等。

IEC 104规约

        IEC 104（International Electrotechnical Commission 104）是一种用于远程监控和控制系统的通信协议。它是国际电工委员会（IEC）制定的标准协议，用于在电力系统、水处理、工业自动化等领域中实现设备之间的通信。

Modbus规约

        Modbus是一种通信协议，用于在自动化系统中实现设备之间的通信。它是由Modicon公司（现在属于施耐德电气）在1979年开发的，成为了一种广泛应用的工业通信协议。

        Modbus协议有多个变种，包括Modbus ASCII、Modbus RTU和Modbus TCP。它们在物理层和数据链路层上有所不同。

        Modbus ASCII：使用ASCII字符编码进行数据传输，通常在串行通信中使用。数据以ASCII码形式表示，每个字符由7位表示。
        Modbus RTU：使用二进制编码进行数据传输，通常在串行通信中使用。数据以二进制形式表示，每个字符由8位表示。
        Modbus TCP：基于TCP/IP网络进行数据传输，通常在以太网通信中使用。数据以TCP/IP数据包的形式进行传输。

        Modbus协议支持多种功能码，用于定义不同的操作类型，包括读取数据、写入数据、读取设备状态等。它可以用于传输各种类型的数据，如开关量、模拟量、设备状态等。

        Modbus协议被广泛应用于工业自动化、楼宇自动化和能源管理等领域。它的简单性、可靠性和可扩展性使得它成为了一种常用的通信协议，许多设备和系统都支持Modbus通信接口。

Modbus比其他通信协议使用的更广泛的主要原因有：

        1、公开发表并且无版权要求

        2、易于部署和维护

        3、对供应商来说，修改移动本地的比特或字节没有很多限制

        Modbus允许多个 (大约240个) 设备连接在同一个网络上进行通信，举个例子，一个测量温度和湿度的装置，并且将结果发送给计算机。在数据采集与监视控制系统（SCADA）中，Modbus通常用来连接监控计算机和远程终端控制系统（RTU）。

MQTT协议

        MQTT(消息队列遥测传输)是ISO 标准(ISO/IEC PRF 20922)下基于发布/订阅范式的消息协议。它工作在 TCP/IP协议族上，是为硬件性能低下的远程设备以及网络状况糟糕的情况下而设计的发布/订阅型消息协议，为此，它需要一个消息中间件 。

        MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。MQTT协议是轻量、简单、开放和易于实现的，这些特点使它适用范围非常广泛。在很多情况下，包括受限的环境中，如：机器与机器（M2M）通信和物联网（IoT）。其在，通过卫星链路通信传感器、偶尔拨号的医疗设备、智能家居、及一些小型化设备中已广泛使用。

        MQTT协议是为大量计算能力有限，且工作在低带宽、不可靠的网络的远程传感器和控制设备通讯而设计的协议，它具有以下主要的几项特性：

        1、使用发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合；

        2、对负载内容屏蔽的消息传输；

        3、使用 TCP/IP 提供网络连接；

        4、有三种消息发布服务质量：

        5、小型传输，开销很小（固定长度的头部是 2 字节），协议交换最小化，以降低网络流量；

        6、使用 Last Will 和 Testament 特性通知有关各方客户端异常中断的机制。

总结：

        本篇内容主要是为后续通信系列文章起到开篇的作用，文中内容主要是收集和汇总而成，对通信协议整体进行了概述，IEC 60870-5协议族方面目前只使用到了102和104，后续接触到新的协议会重新更新文章内容。