老旧IEC 60870-5-101设备如何接入现代SCADA系统？一次101到104协议转换实践

在电力自动化项目中，一个比较常见的问题是：

现场设备还能正常运行，但调度中心已经升级。

新的SCADA系统支持基于TCP/IP的IEC 60870-5-104，而现场大量RTU、FTU、TTU、保护装置仍然运行着IEC 60870-5-101协议。如果直接更换现场设备，不仅成本高，还可能影响正在运行的业务。

那么，有没有一种方式，在不更换现场设备的前提下，实现新旧系统互通？

本文结合一个实际项目，分享IEC 60870-5-101到IEC 60870-5-104协议转换的设计思路。

为什么还会有大量IEC 60870-5-101设备？

很多电力、轨道交通、水务以及能源项目建设时间较早，当时大量采用串口通信方式。

典型设备包括：

• RTU（远方终端）

• FTU（馈线终端）

• TTU（配变终端）

• 保护测控装置

• 电能计量设备

这些设备通常具备以下特点：

• RS232、RS485串口通信

• IEC 60870-5-101协议

• 通信速率较低（1200～19200bps）

• 长期稳定运行

虽然设备仍能正常工作，但调度中心和监控平台已经逐渐完成IP化改造，开始统一采用IEC 60870-5-104协议进行通信。

于是就产生了一个典型问题：

现场设备不会升级，而上层系统已经升级。

IEC 60870-5-101 与 IEC 60870-5-104 有什么区别？

很多刚接触电力通信协议的同学容易认为104是101的新版本。

实际上并不是。

它们最大的区别主要体现在通信层。

值得注意的是，两种协议在应用层数据模型基本保持一致。

例如：

• Type ID

• Information Object Address（IOA）

• Cause of Transmission（COT）

• ASDU地址

这些对象定义保持一致，因此协议转换并不是重新定义业务数据，而是完成底层通信方式的转换。

项目中的难点在哪里？

项目初期，曾经讨论过直接更换现场终端。

但很快发现几个现实问题。

1. 存量设备数量巨大

现场已有大量运行多年的终端设备。

全部替换意味着：

• 新设备采购

• 现场施工

• 调试验证

• 停电窗口协调

整体成本较高。

2. 现场设备运行稳定

很多RTU已经连续运行多年。

虽然通信方式较老，但采集数据没有问题。

因此并没有必要为了升级SCADA而全部替换。

3. 新旧系统需要长期共存

不少项目采用分阶段升级。

意味着：

现场还是101。

中心已经104。

因此需要一种过渡方案。

一种比较常见的实现思路

实际项目中，一般会在现场增加协议转换层。

整体架构如下：

RTU / FTU / TTU │ IEC 60870-5-101 │ 协议转换网关 │ IEC 60870-5-104 │ SCADA / DMS

协议转换设备一侧作为101主站，与现场终端通信。

另一侧作为104服务端，通过TCP/IP与SCADA建立连接。

这样做最大的好处是：

现场设备保持不变，而监控中心可以按照104协议进行统一接入。

协议转换需要注意哪些问题？

很多人认为协议转换只是"改个协议"。

实际上真正需要关注的是数据一致性。

例如：

• 信息对象地址（IOA）

• ASDU地址

• Type ID

• 传输原因（COT）

这些对象都需要正确映射。

如果转换过程中发生改变，就可能导致SCADA点表无法正常对应。

因此项目实施时，一般都会保证这些应用层数据保持一致，只转换通信方式和链路层。

网络建设同样重要

完成协议转换之后，现场数据还需要上传到调度中心。

目前项目中比较常见的通信方式包括：

• 工业以太网

• 光纤专网

• 4G/5G无线网络

对于无人值守站点，还会结合VPN、防火墙等机制进行安全接入，实现远程运维和集中管理。

哪些场景会用到这种方案？

除了传统变电站，在很多行业也能看到类似需求，例如：

• 配电自动化

• 光伏电站

• 风电场

• 水务调度

• 燃气管网

• 热力管网

• 铁路供电系统

这些场景都有大量仍在服役的101设备，而新的监控平台则逐步向104协议统一。

项目总结

对于很多电力自动化项目来说，真正需要升级的未必是现场设备，而是通信架构。

相比整体替换终端，通过协议转换实现101设备接入104系统，能够有效保护已有投资，同时降低改造风险。

结合这次项目实践，我认为有几点值得参考：

• 尽量保留稳定运行的现场设备，避免不必要的替换；

• 在协议转换过程中，重点关注IOA、Type ID、COT等应用层对象的一致性；

• 网络改造应同步考虑通信可靠性与安全性，而不仅仅是协议互通；

• 新建项目可以直接采用IP化通信架构，存量项目则更适合采用渐进式升级策略。

对于拥有大量历史设备的电力、水务、能源项目来说，协议转换并不是简单的"新旧协议互译"，更重要的是搭建一座连接存量资产与现代SCADA系统之间的桥梁。