电、水、气综合能源互联系统通信协议(T-SMA 0015—2020).pdf
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1、团团体体标标准准T/SMA 0015-2020电、水、气综合能源互联系统通信协议C Co om mm mu un ni ic ca at ti io on n P Pr ro ot to oc co ol l o of f I In nt te eg gr ra at te ed d E En ne er rg gy y I In nt te er rc co on nn ne ec ct ti io on n S Sy ys st te em mf fo or r E El le ec ct tr ri ic c,W Wa at te er r a an nd d G Ga as s M M
2、e et te er rs s2020-12-01-发布2020-12-15-实施上海市计量协会发布T/SMA 00152020I电、水、气综合能源互联系统通信协议Communication Protocol of IntegratedEnergy Interconnection System forElectric,Water and Gas Meters归口单位:上海市计量协会水表、电能表、燃气表专业委员会主要起草单位:国网上海市电力公司上海市燃气设备计量检测中心有限公司上海市供水水表强制检定站有限公司上海城投水务(集团)有限公司参加起草单位:杭州炬华科技股份有限公司威胜集团有限公司本标准
3、委托上上海海市市计计量量协协会会水水表表、电电能能表表、燃燃气气表表专专业业委委员员会会解释T/SMA 00152020T/SMA 00152020II本标准主要起草人:王新刚朱彬若杨连青杜成刚张伟李磊姜芸芸黄晓俊刘壮丽参加起草人:戴辰朱铮张垠江剑峰顾臻陈金涛赵舫刘峥嵘唐志成李双平T/SMA 00152020III目录1 范围.12 规范性引用文件.13 术语和定义.14 符号和缩略语.35 通信架构.45.1 信息交换模型.45.2 面向应用连接的数据交换.45.3 请求/响应类型的数据交换.45.4 通知/确认类型的数据交换.55.5 服务器模型.56 物理层.56.1 接口形式.56.2
4、 RS-485 标准串行电气接口.56.3 M-Bus 总线.66.4 微功率无线.66.5 低功耗微功率无线.67 数据链路层.77.1 帧结构.77.2 字节格式.117.3 传输规则.118 应用层.138.1 应用层服务规范.138.2 应用层协议规范.228.3 应用层数据单元规范.268.4 应用层编码规范.559 接口类与对象标识.559.1 对象模型.559.2 接口类的表示方法.559.3 接口类.559.4 对象标识.67附录 A(规范性附录)对象标识定义.72附录 B(资料性附录)状态字.85附录 C(资料性附录)校验算法.87附录 D(资料性附录)APDU 编码举例.9
5、0附录 E(规范性附录)物理单位枚举定义及数值举例.106附录 F(规范性附录)有关一致性协商.109T/SMA 00152020IVT/SMA 00152020V引言2015年起,国家发改委、能源局、工信部相继出台“互联网+智慧能源”指导意见,将“多表合一”纳入“互联网+”行动战略,原国家质检总局积极组织落实国务院计量发展规划并大力支持“互联网+智慧能源计量发展”。为落实国家“互联网+智慧能源”发展战略,上海政府和相关企事业单位经过多次协商,针对电、水、气三表的特点确定了电、水、气综合能源“集联集抄”的互联技术方向,但通信协议的不统一成为制约“互联网+智慧能源”发展的关键因素。为规范电、水、
6、气三表与采集终端之间进行数据交互的通信协议,打开电、水、气三表通信方式不统一的局面,实现电、水、气综合能源信息的一体化采集和应用,结合目前已开展电、水、气“三表集抄”工作的实践经验,在遵循国家和电、水、气行业相关标准的基础上,制定本标准。本标准为首次发布。本标准按照GB/T 1.1-2020标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则的规定起草。T/SMA 001520201电、水、气综合能源互联系统通信协议1范围本标准规定了电、水、气综合能源互联系统数据传输的基本原则、接口形式、数据链路、数据标识和数据表达格式的要求。本标准适用于电、水、气综合能源互联系统中,点对点、多点共线及一点对多
7、点的通信方式,适用于采集终端对电、水、气三表执行主从问答方式以及电、水、气三表主动上传方式的通信。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T 16262.1信息技术抽象语法记法(ASN.1)第1部分 基本记法规范GB/T 17966微处理器系统的二进制浮点运算GB/T 26831.2-2012社区能源计量抄收系统规范第2部分:物理层与链路层DL/T 698.44-2016电能信息采集与管理系统第4-4部分:通信协议微功率无线通信协议DL/T 698.45-2
8、017电能信息采集与管理系统第4-5部分:通信协议-面向对象的数据交换协议DL/T 790.6采用配电线载波系统的配电自动化 第6部分 A-XDR编码规则3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1综合能源互联系统integrated energy interconnection system一定区域内利用先进的物理信息技术和创新管理模式,整合电、水、气多种能源,对其计量、状态等信息采集、数据传输、实时监控的系统。3.2采集终端acquire terminal对电、水、气等信息采集、数据传输、数据管理以及执行或转发命令的设备,包括各类集中器和采集器。3.3智能表 smart meter具有多
9、种费率计量、分析、判断、计算、用户端控制、双向数据通信、多种数据传输模式、数据存储与冻结、事件记录等功能的设备,包括电能表、水表、气表。3.4面向对象的用电信息数据交换协议 object oriented electric data exchange protocolT/SMA 0015-20202基于面向对象建模方法建立的一套适用于用电信息采集系统的互操作性数据交换通信协议。面向对象建模以接口类实现继承关系,以对象来封装数据及操作,以对象为互操作的基本要素。3.5对象标识 object identification标识终端中对象唯一名称的编码。3.6逻辑名 logical name用于标识接
10、口类的实例,它是接口类的第一个属性,它的值与对象标识一致。3.7类标识码 class_id用于区别对象接口类的标识码,即接口类的名称。3.8服务器地址 server address客户机/服务器(Client/Server)访问模型中的服务器(Server)的通信地址。3.9逻辑地址logic address服务器模型中逻辑设备的地址。3.10客户机地址 client address客户机/服务器(Client/Server)访问模型中的客户机(Client)的通信地址。3.11采集启动时标 acquisition start time启动采集任务时的设备时钟当前值,其值只与启动时刻有关,与执
11、行的时间长短无关。3.12采集成功时标 acquisition time客户机成功接收到服务器响应时的设备时钟当前值。3.13采集存储时标 acquisition storage time采集到的数据进行存储的时间。3.14组地址 group address具有某一相同属性的设备群组编码,如属于同一行业,同一变电站,同一线路,可以响应同一个命令。3.15T/SMA 001520203通配地址 the wildcard address在十进制编码表示的地址码中出现一位或多位采用了通配符的地址码。3.16消息鉴别码 Message Authentication Code用于鉴别消息的完整性的固定长
12、度的认证标识。4符号和缩略语符号和略缩语的定义如表1所示。表 1 符号和略缩语定义符号和缩略语全文表示=定义为AAddress地址域ACDAsk Call Demand请求访问标识ADAcquired Data采集数据APDUApplication layer Protocol Data Unit应用层协议数据单元A-XDRAdapted Extended Data Representation可调整的扩展数据表示BBinary二进制CAClientAddress客户机通信地址CSDColumn Selection Descriptor列选择描述符DARData Access Result数据
13、访问结果DIRDirection传输方向位ESAMEmbedded SecureAccess Module嵌入式安全控制模块FCSFrame Check Sum帧校验HHex十六进制HCSHead Check Sum帧头校验ICInterface Class接口类LSBLeast Significant Bit最低有效位MACMessage Authentication Code消息鉴别码MSMeter Set电能表集合OADObjectAttribute Descriptor对象属性描述符OIObject Identify对象标识OMDObject Method Descriptor对象方法
14、描述符PIIDPriority and Invoke ID序号及优先标志PIID-ACDPriority and Invoke ID withACD带请求访问标识的序号及优先标志PRMPrimary Request Message启动标识位RCSDRecord Column Selection Descriptor记录列选择描述符RNRandom Numbers随机数ROADRecord Object Attribute Descriptor记录型对象属性描述符RSDRecord Selection Descriptor记录选择描述符SAServer Address服务器通信地址SCscram
15、bling code扰码TITime Interval时间间隔T/SMA 0015-20204TSATarget Server Address目标服务器地址5通信架构5.1信息交换模型本部分信息交换模型见图1。客户机和服务器的应用进程分别位于不同的设备,它们的信息交换借助于通信协议实现。图 1 信息交换模型客户机和服务器的应用使用最高层协议的服务,所以应用层是唯一包含服务组件的协议层,应用层协议数据单元(APDU)通过数据链路层协议传输帧的链路用户数据域传输。5.2面向应用连接的数据交换本部分是面向应用连接的数据交换协议,数据交换过程见图2。图 2 面向应用连接的数据交换过程客户机和服务器在开
16、始通信前,之间的通信信道必须先完成连通,简称预连接。预连接建立后,默认具有一个最低权限的应用连接,客户机和服务器之间可直接进行数据交换。当客户机需要得到较高权限的服务器服务时,客户机必须发起建立较高权限的应用连接。5.3请求/响应类型的数据交换本部分支持请求/响应类型数据交换,即:客户机应用进程向服务器应用进程提出服务请求,服务器应用进程向客户机应用进程提供远程服务响应,见图3。服务响应(SERVICE.response)服务请求(SERVICE.request)客户机应用服务器应用客户机服务器T/SMA 001520205图 3 请求/响应类型数据交换5.4通知/确认类型的数据交换本部分支持
17、通知/确认类型数据交换,即:服务器应用进程根据客户机预先定制的主动上报内容,向客户机应用进程提供远程主动上报数据服务,客户机应用进程向服务器应用进程回复服务确认,见图4。客户机应用客户机服务器应用服务器服务确认(SERVICE.response)服务提供(SERVICE.notification)图 4 通知/确认类型数据交换5.5服务器模型服务器模型见图5,物理设备由若干逻辑设备构成,每个逻辑设备由若干可访问的接口类对象构成,包括一个预先建立的应用连接对象(简称预连接对象)、若干个应用连接对象、若干个其他接口类对象。逻辑设备0为必须具备的逻辑设备。预连接对象为逻辑设备必须具备的对象。应用连接
18、对象为可选对象,根据访问权限所需进行增加。其他接口类对象为可选对象,根据设备功能所需进行增加。图 5 服务器模型6物理层6.1接口形式物理通信接口主要包括RS-485接口、M-Bus接口、微功率无线接口和低功耗微功率无线接口。6.2RS-485 标准串行电气接口本标准采用RS-485标准串行电气接口,使多点连接成为可能。RS-485接口的一般性能应符合下列要求。a)驱动与接收端耐静电放电(ESD)15kV(人体模式)。T/SMA 0015-20206b)共模输入电压:-7V12V。c)差模输入电压:大于 0.2V。d)驱动输出电压:在负载阻抗 54时,最大 5V,最小 1.5V;e)三态方式输
19、出;f)半双工通信方式;g)驱动能力不小于 32 个同类接口;h)缺省速率:2400bps,在通信速率不大于 100kbps 条件下,有效传输距离不小于 1200m;i)总线是无源的,由仪表或数据终端提供隔离电源。6.3M-Bus 总线Meter-BUS物理接口(简称M-Bus总线)应符合GB/T26831.2中第4节物理层的规定。6.4微功率无线工作频率为471MHz486MHz,共有33个信道组,应符合DL/T698.44规范的相关规定。6.5低功耗微功率无线6.5.1一般要求低功耗微功率无线采用低功耗模式,具备网络模式和点抄模式两种物理层规范。6.5.2网络模式a)工作频率范围无线通信工
20、作频率为:492MHz494MHz。b)码形NRZ码。c)调制方式规定调制方式使用FSK(Frequency Shift Keying),用两个频率特征信号分别代表二进制的0和1。为了减小调制信号的带外频率分量,改善信号频率,基带信号采用高斯滤波(GFSK)的方式,高斯滤波器的BT值,取BT0.5。见表2。表 2 GFSK 符号编码符号编码“0”“1”d)调制频率偏差调制信号的频率相对于载波频率的摆动幅度值,频率偏差值为 1.2kHz0.2kHz。e)信道带宽在前述定义的频率偏差之下,信道带宽小于12.5kHz。f)码流发送顺序码流发送的顺序定义为:低码位在前,高码位在后。g)数据格式每个字节
21、由8位数据和1位校验组成。T/SMA 001520207h)信道分配通信信道定义在492MHz494MHz频段,共设6个信道,这些信道的中心频率的定义如表3所示。表 3 信道分配列表信道编号信道中心频率(MHz)备注0492.080默认信道1492.3302492.5803492.8304493.0805493.330i)空中码元速率空中码元速率是指射频信号在空中传输的速率,空中码元速率为2.4kbps,误差 0.05%。6.5.3点抄模式a)工作频率范围无线通信工作频率为:494MHz496MHz。其中主频率494.998MHz,备选频点494.467MHz、495.378MHz、495.9
22、98MHz。b)码形NRZ码。c)调制方式规定调制方式使用FSK,用两个频率特征信号分别代表二进制的0和1。为了减小调制信号的带外频率分量,改善信号频率,基带信号采用高斯滤波(GFSK)的方式,高斯滤波器的BT值,取BT0.5。d)调制频率偏差调制信号的频率相对于载波频率的摆动幅度值,频率偏差值为28.8kHz0.2kHz。e)信道带宽在前述定义的频率偏差之下,信道带宽小于150kHz。f)码流发送顺序码流发送的顺序定义为:低码位在前,高码位在后。g)数据格式每个字节由 8 位数据和 1 位校验组成。h)信道分配通信信道定义在494MHz496MHz频段,设4个信道,中心频率分别为494.46
23、7MHz、494.998MHz、495.378MHz、495.998MHz,其中494.998MHz为默认信道。i)空中码元速率空中码元速率是指射频信号在空中传输的速率,空中码元速率为38.4kbps,误差0.05%。7数据链路层7.1帧结构T/SMA 0015-202087.1.1帧格式本部分采用异步式传输帧结构,定义见图6。起始字符(68H)长度域 L控制域 C帧头地址域 A帧头校验 HCS链路用户数据链路用户数据(应用层)帧校验 FCS帧尾结束字符(16H)图 6 帧格式定义7.1.2长度域 L长度域L由2字节组成,定义见图7。bit15 bit14 bit13 bit12 bit11
24、bit10 bit9 bit8 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0保留用户数据长度图 7 长度域定义用户数据长度:由bit0bit13组成,采用BIN编码,是传输帧中除起始字符和结束字符之外的帧字节数。7.1.3控制域 C7.1.3.1控制域格式定义控制域C为1个字节,按位或位的组合使用,定义见图8。bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0传输方向位 DIR启动标识位 PRM分帧标识位保留扰码标志SC功能码图 8 控制域 C 定义7.1.3.2传输方向位及启动标志位传输方向位:DIR=0表示此帧是由客户机发出的;DIR=1表示
25、此帧是由服务器发出的。启动标志位:PRM=1表示此帧是由客户机发起的;PRM=0表示此帧是由服务器发起的。传输方向位DIR和启动标志位PRM组合意义见表4。表 4 传输方向位 DIR 和启动标志位 PRM 组合意义DIRPRM组合意义00客户机对服务器上报的响应01客户机发起的请求T/SMA 00152020910服务器发起的上报11服务器对客户机请求的响应7.1.3.3分帧标识位分帧标识位为1,表示此帧链路用户数据为APDU片段,收齐所有片段按片段序号合并后为完整APDU;分帧标识位为0表示此帧链路用户数据为完整APDU。7.1.3.4扰码标识位扰码标识位为0,表示此帧链路用户数据不加扰码;
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