IEC62056標準體系簡介
0 引言
隨著微電子技術和資訊技術的發展，電力系統由智慧計量儀錶、自動化裝置、現代通信設備等組成的各類系統逐步取代過去由感應系計量表計、手動裝置、人工作業等組成的運行模式。為滿足電力市場變革和用戶管理中的抄表（含自動）、使用者服務、價格表（電費）、負荷/供應管理、服務品質、設備/系統檢查、資料資訊和增值服務、配電系統自動化(DSA)等方面的需求，各生產廠家、系統集成商、電力供應商提出大量解決方案。由於此類解決方案大多是為解決生產運行中某些具體問題設計的，因而其通信協定一般採用自訂方式，例如，電能表增加新功能、系統功能改變或擴充等。
當電力系統使用者管理、貿易結算、供電合同、價格表（電費）等方面（即電力市場商務過程，這個商業過程從對交付產品-能量的測量開始，到費用徵收為止）綜合管理時，由於各系統的通信協定不相容，造成系統間互連、互通性困難。
為瞭解決上述問題，滿足市場商務過程對計量資料一致性、合法性、溯源性、安全性的要求，IEC TC13 WG14根據公共事業部門的商業過程的特點，制定了IEC 62056《電能計量－用於抄表、費率和負荷控制的資料交換》系列國際標準。該標準採用物件標識、物件建模、物件訪問和服務、通信介質接入方式等方法，從通信的角度建立了儀錶的介面模型，它不包含儀錶的資料獲取和資料處理方面的內容，從“外部”來看，這個介面模型代表了計量儀錶在商業過程中的“行為特徵”。
IEC 62056標準體系整體上分兩大部分，即COSEM和DLMS:
一部分是與通信協議、介質無關的電能計量配套技術規範——COSEM（COmpanion Specification for Energy Metering），包括IEC 62056－61（OBIS）和IEC 62056－61（介面類別）兩部分；
另一部分是依據OSI參考模型和IEC61334制定了通信協定模型[3]，即設備語言報文規範——DLMS（Device Language Message Specification）。該標準體系不僅適用於電能計量，而是集電、水、氣、熱統一定義的標準規範，支援多種通信介質接入方式，其良好的系統互連性和互通性是迄今為止較為完善的計量儀錶通信標準。
1 IEC62056標準體系介紹
IEC 62056標準體系目前共包括六部分，見圖1：
第61部分：物件標識系統
第62部分：介面類別
第53部分：COSEM應用層
第46部分：使用HDLC（High Level Data Link Control） 協定的資料連結層
第42部分：連線導向的非同步資料交換的實體層服務和過程
第21部分：直接本地資料交換
IEC62056標準體系主要針對OSI參考模型中的三個部分制定了技術規範：應用進程、應用層和低層通信協議。通過制定這些技術規範，使遵循這些規範的計量儀錶、支撐工具以及其它系統元件具有互通性，能夠方便地進行系統集成。
1.1 IEC62056-61物件標識系統（OBIS）
IEC62056-61物件標識系統部分規定了OBIS（OBject
Identification System）的結構，並為計量儀錶中的每一個常用資料項目都提供了唯一的標識碼，資料項目不僅包含了測量值，而且還包含了計量儀錶的配置資訊和表示計量儀錶行為特徵的抽象資料。標識碼的定義基於DIN-43863-3:1997，電氣儀錶-第三部分：費率計量裝置作為電氣儀錶的附加設備-EDIS-電能資料標識系統。本標準定義的ID碼標識的物件包括：
- 介面類別的各種實例的邏輯名，其定義見IEC 62056-62標
準；
- 通過通信線傳輸的資料；
- 計量儀錶顯示的資料。
其目的在於對所有通過當地或遠方資料交換進行人工或自動採集的資料項目採取與製造商無關的方法進行唯一標識，實現製造商的設備和系統之間的互通性。
OBIS碼是一個由6個數碼組成的組合編碼，其結構如圖2，
它以分層的形式描述了每個資料項目的準確含義，各數碼的用途如下：
數碼B用於標識測量通道號，如：電能表輸入測量通道的編號（供電饋路）；
數碼C用於標識資訊來源相關的抽象或物理資料項目，如：正向有功功率、電流、電壓等；
數碼D用於標識定義類型或由數碼A和C所標識的物理量按各種特定演算法處理的結果如：對正向有功功率求積分值得到正向有功電能、在固定時間間隔內求平均值得到正向有功平均功率、按固定區間和滑差子間隔進行時間滑動計算平均功率得到正向有功最大需量及發生時間等；
數碼E用於標識針對由費率寄存器對測量結果所做的進一步處理，如：正向有功電能按時間表執行的費率結果，也就是常說的正向有功總電能0、費率1、費率2、費率3等；
數碼F用於標識結算和資料項目的存儲方式等，如：正向有功總
從數碼B到數碼D為廠家自訂標識碼預留了空間。
在IEC62056-61 中僅定義了用於電能的OBIS碼，例如“正向有功總電能底度值”資料，其OBIS碼為1.1.1.8.0.255，表示能量類型為電類、測量通道號為1、資訊來源為正向有功功率、處理方法為積分值、費率類型為總費率、結算方式與結算週期無關。其它能量類型如水、氣、熱等的標識碼在歐洲標準EN13757中定義。
1.2 IEC62056-62介面類別（IC）
圖3 介面類別庫從上面的介紹可以看出，COSEM的理念是非常清晰的，它希望簡化計量儀錶的通信設計，製造商可以把精力集中在以提高產品性能的核心技術的開發方面，為用戶提供快捷和高水準的服務，避免在儀錶通信部分花去大量的精力進行低水準重複開發。
使用DLMS/COSEM標準與計量儀錶通信基於客戶機/伺服器模型，其中計量計費系統主站（或其它抄表設備）充當客戶機，計量儀錶充當伺服器，給客戶機提供服務，因此在DLMS/COSEM中，計量儀錶也稱為COSEM伺服器。如圖4所示，COSEM伺服器模型為三層體系結構：
第一層：物理設備。它包含一個或多個邏輯裝置,其中一個必須是管理邏輯裝置，用來抽象表示物理電能表。
第二層：邏輯裝置。它包含一組可訪問COSEM物件，用來表示計量儀錶的功能單元。
第三層：COSEM對象。它是構建邏輯裝置的功能模組，即COSEM物件模型。
圖5演示如何使用COSEM伺服器模型來構建一塊具有簡單功能電能表的模型，該模型包括1個管理邏輯裝置，包括4個可訪問的COSEM物件：LDN（Logical Device Name）邏輯裝置名對象、正向有功總電能底度值寄存器對象、正向有功費率1電能底度值寄存器對象、A（Association）連線物件。
在解除管制的市場中，所有參與者都需要得到資料，但通常只有部分資料存取權限。為了滿足這種市場需求，使用“連接”物件來控制訪問方式。“連接”物件針對不同的客戶，執行相應的身份驗證機制，提供不同層次的資訊。安全級別分為最低、低（LLS）、高（HLS）三種。最低安全級別主要在資料獲取系統獲取未知儀錶的結構時使用。低安全級別為客戶機身份驗證提供了一個密碼。它主要在通道能夠提供充分保證防止偷聽和報文（密碼）反演時採用。高級安全是一個四步驗證的過程，採用加密演算法和金鑰。使用高級安全時，客戶機和伺服器都需要進行驗證。這種驗證機制在通道不能提供充分保證防止偷聽和報文（密碼）反演時採用。COSEM規範沒有規定加密演算法。另外在COSEM應用層中也使用了加密技術。
 圖4
COSEM伺服器模型  圖5 具有簡單功能電能表的模型 |
1.3 IEC62056-53 COSEM應用層
為在通信介質中傳輸COSEM物件模型，IEC62056參照OSI參考模型，制定了簡化的三層通信模型，包括應用層、資料連結層（或中間協議層）和實體層，如圖6所示。COSEM應用層完成對COSEM物件的屬性和方法的訪問，將資訊轉換為位元組串，通過低層通信協議在對等的應用層之間傳送這些資訊，實現了物件模型與低層通信協定隔離。對於各種類型的通信介質，只需更換與其配套的低層通信協議，絲毫不會影響COSEM應用層及物件模型。
COSEM應用層是在DLMS的基礎上制定的。DLMS原來是指配電線報文規範（Distribution Line Message Specification），它是一個應用層規範，與低層通信協定和通道無關，是為支援配電設備在電腦集成環境中進行發送和接收報文通信而設計的，它由IEC TC 57制定成國際標準IEC 61334-4-41。為了給結構化建模和儀錶資料交換提供具有互通性的環境，這一概念後來發展成為設備語言報文規範，用於支援諸如遠方抄表、負荷控制/管理和增值服務等應用，並適用於計量各種能量類型如電、水、氣和熱等。COSEM的主要目的是為計量設備或系統提供一個面向商業領域的物件模型，同時保持與現存DLMS標準的向前相容性,為了達到這些目的，COSEM包容並發展了DLMS。除了與原有DLMS標準保持完全相容外，COSEM還通過使用COSEM物件來更加滿足計量的特定需求。
使用COSEM介面類別與儀錶通信基於客戶機/伺服器模型，計量儀錶在此模型中充當伺服器的角色。通常情況下，客戶機和伺服器的應用進程分別位於不同的設備，它們之間的資訊交換借助於通信協定來實現，如圖6所示。
圖6– 通過通信協定進行資訊交換
由IEC62056-61的介紹可知，對COSEM物件的引用可以使用物件的邏輯名，即OBIS碼，但是為了相容以前的計量儀錶，還可以採用短名來引用COSEM物件方法和屬性。因此伺服器側COSEM應用層提供兩套機制和DLMS服務集來訪問物件的方法和屬性。短名引用從以前的DLMS標準繼承而來，邏輯名引用則是為了支援對象模型對DLMS標準進行了擴展。客戶機側應用層總是使用邏輯名引用。
當使用短名引用時，每個物件的屬性和方法首先必須映射到由DLMS命名的變數。通過讀取“短名連接”物件的object_list屬性可以獲得分配給計量設備的基本名。短名引用通過COSEM應用層的READ和WRITE服務實現。
當使用邏輯名引用時，屬性和方法可通過物件的邏輯名，即OBIS碼，並在確定該屬性和方法的索引值之後進行訪問。邏輯名引用通過COSEM應用層的GET、SET（對於屬性）和ACTION（對於方法）服務實現。
1.4 低層通信協議
為使計量儀錶的COSEM物件模型通過其它通信介質傳輸，如Internet、GPRS、PLC等，只需要更換低層通信協議即可，通信介質僅依賴於低層通信協議，而不會影響COSEM應用層及COSEM物件模型。目前在Internet上應用已經通過了可行性研究，將來COSEM 應用可以方便地與其它Internet應用一起使用和發展。
2 IEC62056標準體系的特點
相對於其它常用的計量儀錶通信協議，如IEC1107、IEC 62056-31、IEC 60870-5-102以及北美使用的通信協議ANSI C12.18（光口）、C12.19（公用表）和C12.21（電話通信）和國內使用的DL/T645等，IEC62056標準體系能夠支持各種各樣的商務活動、支持變革與競爭，並顯著降低系統生存週期費用，這是IEC62056標準與其它通信協定標準的本質區別。該標準體系的特點有：
⑴ 定義了物件模型，該模型適用於各種能量類型，包括電、氣、水、熱等。每個物件都有一個唯一的標識碼，用來標識在介面上顯示和通信線路上傳輸的資料。該模型還支援廠家自訂實例、屬性和方法，並可增加新的介面類別和版本而不會改變訪問物件的服務，從而實現了互通性。
⑵ 介面類別將儀錶功能進行了標準化，包括寄存器、需量記錄、費率和活動時間表、時鐘同步處理以及能量品質監測等等。同時定義了屬性值的資料類型，並將資料類型隨同資料一起傳送，從而保證資料含意不會出現二義性，確保了資料的溯源性和一致性。
⑶ 支援多用戶訪問，具有多重身份驗證和存取權限機制，確保資料的安全性。
⑷ 由於物件模型完全做到了與通信介質無關，因而可以廣泛選擇通信介質，無需改變模型和資料獲取系統的應用程式。
與其它協定不同，在資料獲取系統中需要為每一個新的計量儀錶型號定制專用的設備驅動程式，而該標準體系支援構建一個通用的設備驅動程式，一個客戶機系統既支援全部標準化的性能，又可以支援特殊性能。
IEC62056標準體系目前在國際上得到了廣泛的認可，並已經應用於多種能量計量領域（如電、熱水、冷水、氣、熱等）的儀錶、集中器、計量計費系統、自動抄表系統、負荷控制和管理系統、配電自動化系統和其它增值服務等。國外一些知名廠家已經生產出遵循該標準的計量儀錶和計量計費系統。
IEC62056標準體系完全支持各種類型計量儀錶的應用，包括從複雜儀錶如關口表和大用戶表，到簡單儀錶如居民用戶表。製造廠家只需根據具體需要，從標準化的物件程式庫中選取適當的物件來實現各種各樣的功能，
生產廠家還可以採用標準化的方法，自訂物件來實現對於廠家的獨特功能。這種標準化的物件程式庫及設計方法既能保證各個廠家遵循統一的標準，又不會限制每個廠家的創新能力。
IEC62056標準亦適用於計量計費系統的設計。系統主站只需構建一個通用的設備驅動程式，就能支援不同廠家不同型號表計以及多種能量類型，通信介質升級換代也不會影響主站的應用程式，克服了以往系統主站需要為每一個新的計量設備類型定制專用的設備驅動程式的弊端。
4 結束語
由於IEC62056標準體系具有良好的互連性和互通性，實現了原始計量資料的溯源性和一致性，具有其它計量儀錶通信標準所無法比擬的優點，因而在全世界範圍內得到了廣泛認可和應用。計量儀錶製造廠家和系統集成商只要共同遵循IEC62056標準體系，實現計量儀錶通信標準的統一，將會給計量儀錶製造廠家、系統集成商和用戶帶來巨大的經濟效益。
注:全國電工儀器儀錶標準技術委員會已經將IEC62056等效國家標準(報批階段)名稱為自動抄表系統
《自動抄表系統》標準體系包括四個部分：
—— 第一部分：總則
—— 第二部分：抄表系統
—— 第三部分：應用層資料交換協定
—— 第四部分：低層通信協議
《自動抄表系統》作為開放式標準體系，互連性和互通性是本標準的主要目的。為此，作為資料交換協定的第二部分“應用層資料交換協定”和第三部分“低層通信協定”等同採用IEC 62056《抄表、費率和負荷控制的資料交換》相應的標準檔，有利於與國際標準接軌。
由於《自動抄表系統》標準是一個龐大而又複雜的標準體系，將標準體系劃分為相對獨立的幾個部分，這樣有利於各部分獨立發展。同時，將IEC 62056系列標準劃分為“應用層資料交換“和“低層通信“兩個部分。有利於對標準的理解和慣策。
本系統標準是以計量儀錶資料獲取為基礎，以COSEM資料交換為核心的自動抄表規範。
本標準由全國電工儀器儀錶標準化技術委員會提出並歸口。
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