用 Java 实现 IEC 104 协议

IEC 104 协议是国际电工委员会（IEC）制定的一种通信协议，广泛用于电力系统的自动化和监控。它有助于实现控制中心与远端终端设备（如变电站）的数据交换，确保电力数据的实时性和可靠性。本文将介绍如何用 Java 实现 IEC 104 协议并给出简单的代码示例。

IEC 104 协议概述

IEC 60870-5-104协议是IEC 60870-5系列协议中的一种，它是一种基于TCP/IP的应用层协议。IEC 104协议用于远程监控和控制，主要特征为：

  • 通信模式：使用主站（Master）与从站（Slave）的方式进行数据交互。
  • 数据类型：包括测量值、状态信息、控制命令等。
  • 可靠性：具有确认应答机制，保证数据的完整性。

类图设计

在实现 IEC 104 协议时，我们可以考虑设计几个关键类：

classDiagram
    class IEC104Master {
        +connect()
        +sendData(data)
        +receiveData()
    }

    class IEC104Slave {
        +connect()
        +sendData(data)
        +receiveData()
    }

    class ProtocolHandler {
        +encodeData(data)
        +decodeData(data)
    }

    IEC104Master -- ProtocolHandler : uses
    IEC104Slave -- ProtocolHandler : uses

类的说明

  • IEC104Master: 代表主站，负责与从站的数据交互。
  • IEC104Slave: 代表从站，响应主站的请求。
  • ProtocolHandler: 处理数据的编码和解码。

示例代码

接下来，我们将通过简单的代码示例来演示 IEC 104 协议的实现。

1. IEC104Master 类

import java.io.*;
import java.net.*;

public class IEC104Master {
    private Socket socket;

    public void connect(String host, int port) throws IOException {
        socket = new Socket(host, port);
    }

    public void sendData(String data) throws IOException {
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        out.write(data.getBytes());
        out.flush();
    }

    public String receiveData() throws IOException {
        InputStream in = socket.getInputStream();
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(in));
        return reader.readLine();
    }

    public void close() throws IOException {
        socket.close();
    }
}

2. IEC104Slave 类

import java.io.*;
import java.net.*;

public class IEC104Slave {
    private ServerSocket serverSocket;

    public void connect(int port) throws IOException {
        serverSocket = new ServerSocket(port);
    }

    public void listen() throws IOException {
        Socket clientSocket = serverSocket.accept();
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));
        
        String data;
        while ((data = reader.readLine()) != null) {
            System.out.println("Received data: " + data);
            // 可以进行处理并回应主站
        }
    }
    
    public void close() throws IOException {
        serverSocket.close();
    }
}

3. ProtocolHandler 类

public class ProtocolHandler {
    public byte[] encodeData(String data) {
        // 简化示例，不做具体编码
        return data.getBytes();
    }

    public String decodeData(byte[] bytes) {
        return new String(bytes);
    }
}

数据统计与分析

在实现 IEC 104 协议的过程中，我们可以将通信数据的统计和分析进行可视化，这里用饼状图展示主站与从站的数据交互比例。

pie
    title IEC 104 数据交互比例
    "主站发送数据": 40
    "从站应答数据": 60

结论

通过以上代码示例，我们可以看到用 Java 实现 IEC 104 协议的基础架构。主站与从站之间的通信过程虽然简单，但在实际应用中需要考虑各种边界情况和异常处理。此外，您可以根据具体的需求，对数据的编码方式及协议的实现进行扩展和优化。

IEC 104 协议的实现为电力系统自动化提供了重要支持，其可靠性和实时性能够大幅提高电力设备的调度和管理效率，希望本文的介绍能够帮助您更好地理解和应用该协议。