IEC104 是当前电力系统的主流通信规约，作为 IEC101 的以太网升级版本，能适配现代电网高实时、大容量的通信需求。本文在 101 的基础上（ 电力通信规约的鼻祖：IEC101），简要介绍 104 的特性。
一、背景：解决 IEC101 短板
IEC104 的诞生是为了解决 IEC101 串口通信的短板：串口通信距离有限、速率低、无法适配网络化组网。104 保留了 101 成熟业务逻辑，适配以太网传输。
二、现状：是电力行业主流规约
当前 IEC104 已基本替代传统串口远动通道的非平衡式 IEC101，成为电力 SCADA 的主流通信规约。
2. 技术特点
优势：
- 基于 TCP/IP 传输，通信距离无限制、速率高
- 双向可主动通信，支持变化主动上送、周期更新
- 组网灵活，支持大规模终端接入
- 向下兼容 101 数据结构，升级改造成本低
局限： - 网络结构更复杂，易受网络波动、端口占用、IP 冲突影响。在极简低成本、强干扰的小型现场，不如 101 简便。
3. IEC104 与 IEC101 的关联
104 就是跑在以太网上的 101，业务内容不变。
- 相同部分：应用层业务逻辑、四遥数据格式、地址编码、标准公用 ASDU 数据单元结构完全一致。
- 不同部分：底层链路不同。IEC101 是串口 RS232/RS485 + FT1.2，IEC104 是以太网二层 + TCP/IP 传输层。
三、分层逻辑
1. 物理层：
载体为标准网线、光纤、工业交换机，硬件为通用以太网设备。
2. 网络层 + 传输层：IP + TCP
基于 TCP 协议传输，默认通信端口2404 。区别于 101 的半双工轮询，104 支持全双工通信，主站、从站均可主动发起报文交互，从站可自主完成变化上送。
3. APCI 协议控制封装层：104 专属中间封装层
替代 IEC101 的 FT1.2 链路帧管控逻辑，是 104 报文传输的管控层，负责 TCP 字节流的成帧、校验、APCI 滑动窗口流量控制、链路心跳。
4. 应用层
保留电力四遥数据格式、公共地址、信息对象地址、传送原因、交互流程，同时拓展了 104 专属的链路交互机制。
四、104 报文结构
IEC104 报文整体称为 APDU，分为报文头（APCI 控制信息）和数据单元（ASDU 应用数据）两大部分。
1. 报文头 APCI
APCI 为 104 专属链路控制头部，固定 6 字节，适配 I、S、U 三类帧的传输需求。
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| 字节位置 | 字段名称 | 取值/格式 | 功能说明 |
| 第 1 字节 | 启动字符 | 固定 0x68 | 报文帧起始标识，用于识别合法 IEC104 报文，界定 TCP 数据流帧边界 |
| 第 2 字节 | APDU 长度 | 0x04～0xFD | 标识后续整帧报文长度，包含剩余 4 字节控制域 + ASDU 数据单元长度，APDU 最大支持 253 字节 |
| 第 3-6 字节 | 控制域 | 按帧类型差异化定义 | 根据 I、S、U 帧类型分配不同功能位，承载报文类型标识、发送序列号、接收确认序列号、链路控制指令，实现 APCI 滑动窗口流量控制、报文应答、链路心跳、启停管控 |
2. 三类报文帧结构
- I 帧（信息帧）：包含 APCI 报文头 + ASDU 数据单元，是核心业务报文，用于主从站之间四遥数据交互、召唤应答、参数下发等业务传输。
- S 帧（确认帧）：仅含 6 字节 APCI 报文头，无业务数据，专门用于对端报文序号确认，配合 APCI 滑动窗口实现有序传输，TCP 协议本身负责底层丢包重传保障传输可靠性。
- U 帧（无编号控制帧）：仅含 6 字节 APCI 报文头，无业务数据，主要负责链路层管控，包含 STARTDT（链路激活）、TESTFR（心跳检测）、STOPDT（链路断开）三类指令。链路初始化握手依靠 STARTDT 完成。
3. 数据单元 ASDU
ASDU 为业务数据载体，继承 IEC101 报文结构，长度可变，仅 I 帧业务报文携带该单元，S 帧、U 帧无 ASDU 数据单元。
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| 字段名称 | 取值/格式 | 功能说明 |
| 类型标识 | 单字节固定编码，对应各类电力业务 | 区分遥测、遥信、单点遥控、双点遥控、遥调、带时标数据等各类业务报文 |
| 可变结构限定词 | 单字节，高位标识是否连续、低位标识信息对象数量 | 管控单帧报文的数据排布形式，标识帧内信息对象是否为连续地址、统计本帧包含的信息对象个数，适配单点位、多点位批量数据上送场景 |
| 传送原因 | 单字节，对应固定传输场景 | 标注数据的上传触发场景，包含周期轮询上送、设备变位变化上送、主站总召唤、手动单点召唤、参数下发应答、故障复位等，便于后台判别数据有效性与更新逻辑 |
| 公共地址 | 双字节，唯一对应场站终端 | 用于标识报文所属的设备 |
| 信息对象地址 | 三字节，站内唯一点位编码 | 定位单台设备内的具体监测、控制点位，如某开关遥信、某线路遥测、某刀闸遥控等 |
| 数据内容 | 长度随类型标识动态变化 | 承载具体的业务数据：遥测、遥控、遥信、遥调等 |
| 品质描述 | 单字节位图格式，包含多状态位 | 标注数据的运行状态，涵盖数据有效/无效、刷新/未刷新、溢出、故障、闭锁等状态 |
| 时标 | 可选，3/7 字节高精度时标 | 记录数据变位、采集、执行的精确时间，适配故障溯源、时序数据分析、电网事件顺序记录（SOE）场景。通过类型标识区分是否带时标 |
4. 业务数据类型
104 规约支持定点数据、突发数据、总招、变化上送、事件上送等所有电力业务。主要数据交互机制详解如下：
- **总招：**标准流程：TCP 链路建立 → 主站下发 STARTDT 激活 U 帧握手 → 链路就绪后主站下发总召唤报文，向从站请求全站所有遥测、遥信的当前稳态数据。从站收到总招报文后，批量打包全站点位数据，通过 I 帧报文集中上送主站，完成全站数据初始化同步。总招仅在链路建立、链路中断重连、人工刷新时触发，无需频繁执行。
- **变化上送：**104 原生双向通信，从站具备高效主动上报能力。当现场遥信变位、遥测数值越限/突变、设备故障告警、保护动作等数据发生变化时，从站触发变化上送报文，将变化数据带时标上送主站。无数据变化时，从站仅维持链路心跳，不冗余上送稳态数据。
- **周期上送：**针对无突变的常规遥测、遥信数据，从站按照预设周期定时上送稳态数据。
典型完整交互流程：
TCP 链路建立 → 链路初始化（STARTDT U 帧握手）→ 主站下发总招报文 → 从站总招应答、全量数据上送 → 从站周期上送稳态遥测遥信 → 现场数据突变、从站主动变化上送事件报文 → 主站下发遥控/遥调命令报文 → 双方报文确认、执行收尾。
5. 多数据批量报文
IEC104 支持单帧多数据、多点位批量传输。
（1）多点传输模式说明
- 非连续多点模式：每个点位独立携带完整信息对象地址，适用于零散点位数据上送。
- 连续多点模式：首个点位携带完整地址，后续点位按地址自增排序，无需重复写地址，节省报文字节开销，是电网批量数据传输的主流模式。
（2）各类单点标准字节长度
IEC104 同类型标识的单点位数据字节长度固定，多数据批量传输时，仅需叠加单点位固定长度，结合头部长度字段判定报文结束，不受点位数量影响。各类常用点位字节规格如下：
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| 数据类型 | 字节长度 | 说明 |
| 单点遥信（无时标） | 4 字节 | 地址 3 字节 + 状态及品质 1 字节，用于常规遥信周期上送 |
| 单点遥信（带 SOE 时标，7 字节时标） | 11 字节 | 地址 3 字节 + 状态及品质 1 字节 + 7 字节时标。也可使用 3 字节时标，则总长为 7 字节 |
| 归一化遥测值 | 6 字节 | 地址 3 字节 + 数值 2 字节 + 品质 1 字节，电网模拟量采集主流格式 |
| 标度化遥测值 | 6 字节 | 字节结构与归一化遥测一致，仅数值解析逻辑不同 |
| 遥控指令 | 4 字节 | 地址 3 字节 + 控制指令 1 字节。遥控执行遵循选择-执行双帧交互机制，一次遥控动作必须发两条独立 I 帧 |
| 遥调指令 | 5 字节 | 地址 3 字节 + 设定值 2 字节，适配电网设备参数远程调节场景 |
以单点遥信（无时标）为例，连续多点模式：首点 4 字节（地址 + 数据），后续所有连续点位仅占 1 字节（仅数据字节，地址自动递增）。
（3）单批次/单帧是否支持不同数据类型？
不支持。IEC104 单帧 ASDU 报文严格遵循一帧一类型原则。
五、网络拓扑
1. 点对点拓扑
结构：调度主站 ↔ 单台变电站/RTU 终端
2. 星型组网拓扑（主流）
结构：1 个调度主站 + 多台 DTU/FTU/变电站终端，全部接入工业交换机，形成星型网络
特点：组网简单、扩展无上限、维护方便，单台终端故障不影响整体网络。
3. 多主多从冗余拓扑
结构：多个调度主站可建立独立 TCP 套接字对接同一批场站终端，依靠应用层实现主备切换逻辑
特点：支持冗余备份、故障自动切换，链路异常重连后可自动触发总招补数，从站上送数据可同步上传至多主站。
六、问题解答
1. IEC104 实时性为什么远优于 IEC101？
- 以太网速率远高于串口波特率
- 通信模式升级，原生高效变化上送主动上报能力，非平衡 101 只能被动等待轮询周期
- 长期稳定运行时 TCP 长连接持续在线，整体吞吐与响应速度碾压串口
2. IEC104 是否兼容老旧 101 设备？
可通过串口服务器、规约转换器，实现 101 串口报文与 104 网络报文的双向转换。转换器可适配平衡/非平衡 101、透传变化上送与时标，让老旧设备接入现代网络系统。