石文江，黃佳偉，朱亮亮，陳興元

（國(guó)網(wǎng)大連供電公司電力調(diào)度控制中心，遼寧 大連 116011）

遠(yuǎn)動(dòng)104規(guī)約接收序號(hào)不連續(xù)問(wèn)題的分析與解決

石文江，黃佳偉，朱亮亮，陳興元

（國(guó)網(wǎng)大連供電公司電力調(diào)度控制中心，遼寧 大連 116011）

遠(yuǎn)動(dòng)104規(guī)約I幀序號(hào)計(jì)數(shù)的連續(xù)性對(duì)SCADA系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義，針對(duì)104規(guī)約運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)的“接收序號(hào)不連續(xù)”問(wèn)題，通過(guò)典型報(bào)文分析找到了問(wèn)題原因及解決方法，即模數(shù)測(cè)試方法和I幀序號(hào)人工清零重新計(jì)數(shù)的方法。

遠(yuǎn)動(dòng)104規(guī)約；接收序號(hào)；模數(shù)；I幀；SCADA

隨著電力調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)大部分變電站的覆蓋，基于TCP／IP網(wǎng)絡(luò)通信的DL／T634.5104規(guī)約［1］（以下簡(jiǎn)稱CS104）由于其運(yùn)維簡(jiǎn)便、鏈路可靠得到了用戶的青睞，目前已取代DL／T634.5101規(guī)約成為調(diào)控中心的主數(shù)據(jù)源。但在大連調(diào)控中心主站系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常周期性地出現(xiàn)某些廠站的畫(huà)面數(shù)據(jù)刷新時(shí)斷時(shí)續(xù)、遙控時(shí)好時(shí)壞的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)這些廠站的實(shí)錄報(bào)文進(jìn)行過(guò)濾排查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題幾乎都出現(xiàn)在主站前置服務(wù)器報(bào)錯(cuò)“接收序號(hào)不連續(xù)”的期間，典型報(bào)文如圖1所示。文獻(xiàn)［1－6］總結(jié)了CS104現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，文獻(xiàn)［7］應(yīng)用信息安全技術(shù)對(duì)CS104的APDU及其傳輸模式進(jìn)行了研究，但這些文獻(xiàn)均沒(méi)有涉及接收序號(hào)不連續(xù)的問(wèn)題，本文根據(jù)規(guī)約［8］標(biāo)準(zhǔn)深入分析了故障報(bào)文，找出了問(wèn)題產(chǎn)生的原因，并提出了相應(yīng)的解決方法。

1 報(bào)文分析

1.1 序號(hào)計(jì)數(shù)原理

圖1 主站端實(shí)錄報(bào)文

圖2 CS104控制域格式

CS104報(bào)文只有3種報(bào)文格式：用于信息傳輸?shù)腎格式、用于編號(hào)監(jiān)視的S格式、用于通信控制的U格式，其中發(fā)送和接收序號(hào)計(jì)數(shù)僅發(fā)生在I幀中，U幀沒(méi)有序號(hào)，S幀只有接收序號(hào)，U、S幀均不參與序號(hào)的累加計(jì)數(shù)。I、U、S幀報(bào)文的控制域如圖2所示，它們從報(bào)文中的幀頭68和幀長(zhǎng)L后的第3個(gè)字節(jié)開(kāi)始，到第6個(gè)字節(jié)結(jié)束。發(fā)送方的前后2個(gè)I幀中的發(fā)送序號(hào)必須是連續(xù)加1的，接收方的前后2個(gè)I幀中的接收序號(hào)也必須是連續(xù)加1的，由于I幀報(bào)文中的發(fā)送序號(hào)和接收序號(hào)的最低位固定為0，因此它在報(bào)文中呈現(xiàn)出連續(xù)的偶數(shù)。S幀用于向?qū)Ψ酱_認(rèn)所接收到I幀報(bào)文的個(gè)數(shù)，即接收方將最后收到的I幀發(fā)送序號(hào)加1（在報(bào)文中加2）作為S幀的接收序號(hào)發(fā)送給對(duì)方，以便對(duì)方清除發(fā)送緩沖區(qū)中序號(hào)小于該S幀接收序號(hào)的I幀數(shù)據(jù)。

1.2 主廠站間故障定位

從圖1第1個(gè)下劃線標(biāo)識(shí)部分及其上下相鄰報(bào)文看，廠站上傳的I幀報(bào)文的發(fā)送序號(hào)是連續(xù)的，發(fā)送序號(hào)從0x77B8到0x77C4，圖1中的下劃線（1）是主站應(yīng)答的S幀報(bào)文，其報(bào)文的接收序號(hào)為0x77C0（實(shí)際序號(hào)為30 656／2＝15 328）等于緊接上一個(gè)廠站的I幀發(fā)送序號(hào)0x77BE＋2（實(shí)際序號(hào)為15 328＋1＝15 329），因此得到主站的確認(rèn)。隨后出現(xiàn)的“接收序號(hào)不連續(xù)”的報(bào)文，根據(jù)廠站端記錄的報(bào)文來(lái)分析，序號(hào)的計(jì)數(shù)也是連續(xù)的，因此造成該問(wèn)題的原因在主站端。

1.3 故障原因分析

問(wèn)題原因可以從主站在故障點(diǎn)前后下發(fā)的報(bào)文來(lái)分析。圖1中下劃線（3）是主站接收到7幀接收序號(hào)不連續(xù)的I幀報(bào)文后發(fā)出的1幀U格式啟動(dòng)激活報(bào)文（STARTDT），圖1中下劃線（4）是主站緊接著下發(fā)的總召報(bào)文，該報(bào)文中的發(fā)送序號(hào)和接收序號(hào)都是0，因此可以推定主站試圖通過(guò)U格式啟動(dòng)激活命令來(lái)實(shí)現(xiàn)廠站I幀序號(hào)的清零并重新計(jì)數(shù)的目的，這主要是因?yàn)橹髡镜哪?shù)設(shè)定為0x77c6（報(bào)文中低前高后，十進(jìn)制為30662，實(shí)際序號(hào)15 331），即序號(hào)0x77c4的下一個(gè)序號(hào)應(yīng)為0，但從隨后廠站上送的I幀來(lái)看，發(fā)送序號(hào)依舊繼續(xù)計(jì)數(shù)，見(jiàn)圖1中下劃線（2），導(dǎo)致主站判斷為接收序號(hào)不連續(xù)的錯(cuò)誤。但這里廠站也存在一個(gè)嚴(yán)重缺陷，當(dāng)主站發(fā)送的總召報(bào)文中的發(fā)送和接收序號(hào)突然變0，即出現(xiàn)了不連續(xù)的情況時(shí)，該廠站并沒(méi)有丟棄該報(bào)文，而是繼續(xù)響應(yīng)總召，并且所應(yīng)答的I幀報(bào)文的發(fā)送序號(hào)繼續(xù)原有計(jì)數(shù)，在廠站向主站傳送24幀單點(diǎn)遙信（數(shù)據(jù)類型0x01，報(bào)文的第7個(gè)字節(jié)）和5幀短浮點(diǎn)數(shù)遙測(cè)（數(shù)據(jù)類型0x0d）后總召結(jié)束，但終因主站不向廠站應(yīng)答S幀進(jìn)行確認(rèn)而使廠站在圖1中下劃線（5）的時(shí)點(diǎn)出現(xiàn)t1超時(shí)而關(guān)閉會(huì)話，主站被迫連續(xù)發(fā)送U格式啟動(dòng)激活報(bào)文來(lái)試圖建立會(huì)話，隨后在圖1中下劃線（6）時(shí)會(huì)話被重新打開(kāi)，I幀從零開(kāi)始重新計(jì)數(shù)（圖1中下劃線（6）和（7）），通信恢復(fù)正常。所以從長(zhǎng)時(shí)間看，該廠站由于CS104調(diào)試中遺留的bug而呈現(xiàn)畫(huà)面數(shù)據(jù)刷新時(shí)斷時(shí)續(xù)，遙控操作時(shí)好時(shí)壞的現(xiàn)象出現(xiàn)。

2 問(wèn)題的解決方法

2.1 嚴(yán)格驗(yàn)證序號(hào)編碼的正確性

CS104的I幀序號(hào)的連續(xù)編碼是保證所傳信息合法性的重要措施之一，在廠站接入主站的施工調(diào)試中必須嚴(yán)格驗(yàn)證。因此圖1中的廠站CS104的軟件版本必須修改升級(jí)，對(duì)接收序號(hào)不連續(xù)的I幀必須丟棄，并及時(shí)回1個(gè)S幀報(bào)文給主站告知廠站所接收到的合法I幀報(bào)文的數(shù)目，接著馬上關(guān)閉本次會(huì)話，隨后主動(dòng)打開(kāi)。

2.2 模數(shù)的設(shè)定與測(cè)試

序號(hào)的連續(xù)編碼終究是要溢出的。CS104的模數(shù)就是避免溢出而設(shè)定的一個(gè)值，使序號(hào)編碼在達(dá)到模數(shù)－1時(shí)重新從零開(kāi)始計(jì)數(shù)，循環(huán)不止。但在DL／T634.5104—2009規(guī)約中沒(méi)有明確規(guī)定其具體值，這導(dǎo)致了不同廠家的CS104模數(shù)設(shè)定值不同。但根據(jù)ITU_T X.25 2.3.2.2.1的規(guī)定，模數(shù)值可以取8，128或32 768。由于遠(yuǎn)動(dòng)信息量大，主廠站在線連續(xù)通信時(shí)間長(zhǎng)，因此CS104模數(shù)宜取32 768，這個(gè)值可以通過(guò)地區(qū)電網(wǎng)CS104的實(shí)施細(xì)則予以明確，主站和所有的廠站需共同遵守。為了測(cè)試廠站和主站CS104通信I幀報(bào)文序號(hào)達(dá)到32 767（在報(bào)文中低前高后排列為f0 ff）后是否從零開(kāi)始計(jì)數(shù)，可以將廠站的遙測(cè)變化上送閥值設(shè)為0，對(duì)于新建廠站還要選中1路遙測(cè)人工加入模擬量，以便加快廠站上送主站的I幀報(bào)文的速度，如果以1 s 1幀I格式的報(bào)文計(jì)算，大概需要9 h就能看到結(jié)果。對(duì)主站下傳報(bào)文的模數(shù)測(cè)試比較困難，按10 min 1次下發(fā)總召和對(duì)時(shí)計(jì)算，需要114天才能看到結(jié)果，為此在主站CS104程序中應(yīng)增加監(jiān)控程序，對(duì)每個(gè)廠站監(jiān)視當(dāng)主站下發(fā)的I幀的發(fā)送序號(hào)由32 767變到0時(shí)廠站是否正常響應(yīng)，如果某個(gè)廠站不能正常響應(yīng)，應(yīng)產(chǎn)生報(bào)警記錄到SCADA告警窗并向該廠站發(fā)送遠(yuǎn)方復(fù)位命令的報(bào)文。

2.3 序號(hào)人工清零重新計(jì)數(shù)的方法

調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，CS104的I幀序號(hào)的連續(xù)性是不應(yīng)被打斷的，但由于某些特殊原因需要人工清零并重新計(jì)數(shù)時(shí)，不宜使用圖1中主站下發(fā)U格式啟動(dòng)激活命令的方法。因?yàn)樵贑S104中，STARTDT、STOPDT被設(shè)計(jì)用來(lái)切換冗余組內(nèi)的數(shù)據(jù)連接，在DL／T634.5104—2009 10.7部分中明確指出了“一個(gè)冗余組中的每個(gè)連接的發(fā)送／接收計(jì)數(shù)器連續(xù)計(jì)數(shù)，與是否使用STARTDT／STOPDT無(wú)關(guān)”，雖然在10.7部分提到了“任何連接如果不是處于STOPPED狀態(tài)，則在新的連接啟動(dòng)事件發(fā)生時(shí)應(yīng)被立即關(guān)閉。這意味著可使用不對(duì)稱超時(shí)t1（超時(shí)t2同）縮短切換時(shí)間，即改變控制站t1使之小于被控站的t1”，但它的主要目的是用于縮短冗余組內(nèi)數(shù)據(jù)連接的切換時(shí)間，并保證在冗余組內(nèi)只有一個(gè)激活連接，而不是在激活連接上通過(guò)下發(fā)U格式STARTDT報(bào)文使該連接立即被關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)重新從零開(kāi)始計(jì)數(shù)的目的。并且規(guī)約強(qiáng)調(diào)在連接切換時(shí)，序號(hào)應(yīng)保持連續(xù)計(jì)數(shù)，這對(duì)預(yù)防黑客軟件竊入有重要意義。要實(shí)現(xiàn)I幀序號(hào)計(jì)數(shù)的人工清零，能夠快速且合法的做法是主站向廠站下發(fā)遠(yuǎn)方復(fù)位命令，它的一個(gè)I幀報(bào)文的示例如下：68 0E D0 01 C6 77 69 01 06 00 3F 00 00 00 00 01，其中D0 01是報(bào)文發(fā)送序號(hào)（0x01d0），C6 77為報(bào)文接收序號(hào)（0x77c6），69為十六進(jìn)制數(shù)據(jù)類型（十進(jìn)制為105），緊接著的01是VSQ（只有1個(gè)信息體），06 00是傳送原因（遠(yuǎn)方復(fù)位激活），3F 00是ASDU公共地址（與站地址同），緊接著的00 00 00是信息體地址（固定為0），最后一個(gè)字節(jié)01是QRP復(fù)位進(jìn)程命令限定詞（進(jìn)程的總復(fù)位）。

3 結(jié)束語(yǔ)

CS104在調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中越來(lái)越重要，它的安全穩(wěn)定運(yùn)行是保證SCADA系統(tǒng)安全可靠的基石，它也是SCADA網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)的一個(gè)重點(diǎn)。CS104的I幀序號(hào)的連續(xù)計(jì)數(shù)是保證CS104穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，而在新建廠站接入調(diào)度主站的施工調(diào)試中，運(yùn)維人員往往忽視了這一環(huán)節(jié)的嚴(yán)格驗(yàn)收。本文提出的解決“接收序號(hào)不連續(xù)”問(wèn)題的方法，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中已被證明是有效的，并且所采用的報(bào)文分析方法對(duì)解決CS104運(yùn)行中出現(xiàn)的其它問(wèn)題也有借鑒意義。

［1］石文江，李 論，洪一云.提高廠站接入主站調(diào)試效率的方法［J］.東北電力技術(shù)，2015，36（6）：21－26.

［2］石文江，潘鵬飛，陳朝紅.曹屯變RTU改造工程二次安全防護(hù)技術(shù)［J］.東北電力技術(shù)，2008，29（6）：48－52.

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［5］廖澤友，蔡運(yùn)清.IEC 60870－5－103和IEC 60870－5－104協(xié)議應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2003，27（4）：66－68.

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［8］遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)第5－104部分傳輸規(guī)約采用標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議集的IEC60870－5－101網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)：DL／T634.5104－2009［S］.

Analysis and Solution on Receiving Serial Number Discontinuous Problem in Telecontrol Protocol 104

SHI Wen?jiang，HUANG Jia?wei，ZHU Liang?liang，CHEN Xing?yuan
（State Grid Dalian Power Supply Company Dispacth Center，Dalian，Liaoning 116011，China）

Continuity of I frame's serial number in telecontrol protocol 104 is very important to safe and stable operation of SCADA，this paper is aimed at the problem of“Receiving Signal Discontinuity”which often occurs in the running of 104 protocol，the cause of the problem is given by the analysis of typical recorded message，the methods about modulus test and I frame's serial number manual reset are also given in this paper.

Telecontrol protocol 104；Receiving message's serial number；Modulus；I frame；SCADA

TM734

A

1004－7913（2016）07－0044－03

石文江（1970—），男，高級(jí)工程師，從事調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)維管理工作。

2016－04－28）