第3章：FTU通信协议基础：IEC 60870-5-101/104协议入门、Modbus协议在FTU中的应用

通信协议，说白了就是FTU跟主站之间“说话”的规矩。你想想看，一个FTU装在电线杆上，主站可能在几十公里外的调度中心，它们之间怎么交换数据？靠的就是协议。这一章，我带你搞定FTU最常用的两套协议：IEC 101/104和Modbus。

3.1 为什么FTU需要通信协议？

没有协议，FTU采集到的电流、电压数据就是一堆乱码。主站不知道哪个字节代表A相电流，哪个字节代表开关状态。协议就是双方约定好的“翻译手册”。

我在现场调试时遇到过这种情况：FTU和主站都通电了，数据就是传不上来。查了半天，发现是协议里的地址位对不上。嗯，这种坑踩过一次就记住了。

3.2 IEC 60870-5-101协议入门

IEC 101，全称IEC 60870-5-101，是电力系统专用的串口通信协议。它基于RS-232或RS-485物理层，在配电网自动化中应用非常广泛。

3.2.1 协议特点

• 主从模式：主站发起请求，FTU（从站）响应。不会出现两个设备同时说话的情况。
• 帧格式固定：每个报文都有固定的起始字符、长度、控制域、地址域、用户数据和校验码。
• 支持多种数据类型：遥测（测量值）、遥信（状态量）、遥控（控制命令）、遥调（设定值）。

3.2.2 典型报文结构

我习惯把IEC 101的报文拆成三部分看：

起始字符(0x68) + 长度(L) + 长度(L) + 起始字符(0x68)
控制域(C) + 地址域(A) + 链路用户数据(ASDU)
校验和(CS) + 结束字符(0x16)

举个例子，一个简单的“召唤全数据”命令：

68 0B 0B 68 73 01 64 01 06 00 01 00 00 00 14 16

这里0x73是控制域，表示“请求/响应”模式。0x01是FTU地址。后面的ASDU部分告诉FTU：“把你所有的遥测遥信都发上来”。

3.3 IEC 60870-5-104协议入门

IEC 104是IEC 101的网络版。它把101的报文封装在TCP/IP包里，通过以太网传输。说白了，就是把串口那套东西搬到了网络上。

3.3.1 协议特点

• 基于TCP/IP：默认端口号2404。主站作为客户端，FTU作为服务器。
• 支持主动上报：FTU检测到遥信变位（比如开关跳闸），可以主动把数据推给主站，不用等主站来问。
• 传输更可靠：TCP协议自带重传机制，丢包了会自动补发。

3.3.2 APDU结构

IEC 104的报文叫APDU（应用协议数据单元），结构如下：

启动字符(0x68) + APDU长度(1字节) + 控制域(4字节) + ASDU(可变长度)

控制域里的四个字节很关键。我简单解释一下：

• 如果是主站发的命令，控制域里包含发送序号和接收序号。
• 如果是FTU的响应，控制域里也包含序号，用来确认收到了哪些报文。

举个例子，一个“总召唤”命令（让FTU把所有数据都发上来）：

68 0E 00 00 00 00 64 01 06 00 01 00 00 00 00 14

注意这里的0x68是启动字符，0x0E是长度（14字节），后面四个0x00是控制域（表示这是I帧，序号从0开始）。

3.4 Modbus协议在FTU中的应用

Modbus协议，我愿称之为“工业界的通用语言”。它简单、轻量、容易实现，很多FTU都支持Modbus，尤其是跟PLC、触摸屏或者第三方系统对接时。

3.4.1 Modbus RTU vs Modbus TCP

3.4.2 常用功能码

在FTU里，我常用的Modbus功能码就这几个：

• 0x03：读取保持寄存器。用来读遥测数据，比如A相电流、B相电压。
• 0x04：读取输入寄存器。用来读遥信状态，比如开关分合位。
• 0x06：写单个寄存器。用来发遥控命令，比如合闸、分闸。
• 0x10：写多个寄存器。用来批量设置参数，比如定值修改。

3.4.3 实际报文示例

假设FTU地址是0x01，主站想读A相电流（存在寄存器地址0x0000）：

主站发送：01 03 00 00 00 01 84 0A
FTU响应： 01 03 02 02 1C B9 7D

解释一下：

• 发送：地址01，功能码03，起始地址0000，读1个寄存器，CRC校验84 0A。
• 响应：地址01，功能码03，数据长度02（2字节），数据02 1C（十六进制，换算成十进制是540，表示54.0A，如果量程是0.1A/位的话），CRC校验B9 7D。

3.5 协议选择建议

在实际项目中，怎么选协议？我个人的习惯是这样的：

• 跟调度主站通信：首选IEC 104。因为电力系统主站基本都支持104，而且功能完善，支持主动上报。
• 跟本地PLC或触摸屏通信：用Modbus RTU或TCP。简单、稳定、调试方便。
• 老旧设备改造：如果主站只支持IEC 101，那就用101。但要注意串口参数（波特率、数据位、校验位）必须一致。

嗯，这一章的内容就到这里。协议这东西，光看文档是学不会的。我建议你找个FTU和串口调试助手，实际抓几个报文看看。把报文里的每个字节都搞明白，你就真正入门了。