EMS Simulate - 能源管理系统模拟器

一个用于模拟能源管理系统（EMS）中关键设备行为的软件系统，主要用于测试和开发场景。系统支持多种工业通信协议（Modbus TCP/RTU、IEC 60870-5-101/104、DL/T 645-2007、IEC 61850、DNP3），可模拟真实工业设备（如PCS储能变流器、BMS电池管理系统、电表、断路器等）的数据交互。

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EMS Simulate 已上架微软应用商店，可直接在 Windows 10/11 上安装使用。

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功能特性

功能	说明
多协议联调	Modbus TCP/RTU、IEC 60870-5-101/104、DL/T 645-2007、IEC 61850、DNP3，支持设备模拟与客户端采集
设备管理	设备分组与子分组、通道与从站管理、启停、连接监视；支持批量复制及名称、IP、端口偏移配置
测点管理	YC/YX/YK/YT 分类管理、测点编辑、Excel 点表导入与导出、协议属性配置和运行时更新
数据模拟	固定值、随机、递增、递减、正弦波、斜坡、脉冲；支持单点配置、批量配置和模拟数据监视
读取与控制	单点读取、批量读取、后台自动读取，以及各协议支持的遥控、遥调操作
测点联动	乘法/加法系数、自定义公式、跨设备测点映射，构建设备间的数据关联
变化追踪	查看测点变化时间、前后值和来源，区分手动修改、模拟、映射、协议写入和客户端读取
报文分析	在各协议设备下查看收发报文、原始字节与字段解析，辅助定位通信问题
IEC 61850 工具	数据模型与 DataSet、MMS、GOOSE、Reports、Files、定值组、日志，以及 SCL 文件管理和图形化建模
界面与运行环境	Vue 3 Web 界面、Tauri 桌面客户端、中英文切换、界面缩放、存储目录配置及应用日志查看

技术架构

技术栈

层次	技术
前端	Vue 3, TypeScript, Vite, Element Plus
后端	Python 3.11+, FastAPI, SQLAlchemy
协议	pymodbus 3.12, c104, dlt645, pyiec61850-ng, pydnp3-pure，以及 IEC101 FT1.2 实现
数据库	SQLite (默认) / MySQL
桌面壳	Tauri v2 + Rust

界面展示

已有截图直接展示；待补截图以“截图待补”标记，并附建议文件名和图片语法。将截图放入 resources/img/ 后，取消对应图片语法的 HTML 注释，即可替换占位说明。

通用功能

设备与测点管理

主界面 — 设备分组树 + 设备详情面板
添加设备分组
添加子设备组
新增设备 — 选择设备类型与协议
展开列表行编辑测点值
设置数据模拟方式 — 随机 / 步进 / 固定值
编辑测点信息 — 地址、系数、解析码等

批量复制、从站与连接管理

支持复制单个或多个设备，配置名称前后缀、IP 和端口偏移；通过从站管理和连接监视查看设备通信状态。

点表导入与导出

通过 Excel 模板批量配置测点，支持导出点表。仓库提供 Modbus、IEC104、DL/T 645 和 DNP3 示例点表。

模拟配置与实时监视

支持固定值、随机、递增、递减、正弦波、斜坡、脉冲等模拟方式，可按测点设置参数，并批量选择参与模拟的测点。

客户端支持单点、批量和后台自动读取。自动读取在切换页面后继续运行，回到设备页面可恢复查看任务状态；停止设备时结束对应任务。

测点映射、公式与变化追踪

支持以多个源测点构建公式，并将结果映射到目标测点，实现跨设备、跨协议的数据联动。变化历史记录时间、前后值及变化来源，便于追查模拟和通信写入的结果。

应用设置与日志

提供中英文切换、界面缩放、存储目录配置和应用运行日志查看。

应用设置 — 展示界面、语言和存储配置。

应用日志 — 展示日志筛选和日志详情。

协议模块

以下按协议介绍配置、数据操作与报文查看。各协议支持服务端/从站（模拟设备）和客户端/主站（采集或控制设备）角色，具体功能见对应模块。

Modbus TCP / RTU

工业自动化领域应用最广泛的通信协议，支持 TCP 网络连接和 RTU 串口连接两种模式。

属性	TCP	RTU
默认端口	502	—（串口）
数据操作	线圈、离散输入、保持寄存器、输入寄存器的读取及可写区写入	同 TCP
解析码	8/16/32/64 位、大小端、字交换	同 TCP

设备配置与数据操作

支持线圈、离散输入、保持寄存器、输入寄存器四类数据区，内置完整解析码系统适配不同厂商设备。

报文查看

IEC 60870-5-104

电力系统远动通信标准协议，广泛用于变电站与调度中心之间的数据传输。

属性	说明
默认端口	2404
帧类型	YC(遥测)、YX(遥信)、YK(遥控)、YT(遥调)
品质描述	IV/NT/SB/BL/OV 等标准品质位
传输原因	周期、自发、总召等

参数配置与四遥操作

支持四遥（YC/YX/YK/YT）、ASDU 类型配置与筛选、总召、时钟同步及品质描述符。

报文查看

IEC 60870-5-101

IEC104 的串行远动协议版本，与 IEC104 共用 ASDU、四遥点表、品质描述符、传送原因和数值换算。

属性	说明
传输介质	串口（主站 / 从站）
链路层	FT1.2 定长帧、变长帧、单字符确认、校验和、FCB/FCV
地址长度	链路地址 1/2 字节、COT 1/2 字节、公共地址 1/2 字节、IOA 1~3 字节
应用功能	一级/二级数据轮询、总召唤、读命令、遥控/遥调、时钟同步、自发上送

默认采用非平衡传输模式；协议运行参数中可以配置地址宽度、响应超时与轮询间隔。

参数配置与数据操作

📷 IEC101 配置与操作 — 展示串口、链路地址、ASDU 地址宽度和四遥测点。

报文查看

📷 IEC101 报文查看 — 展示 FT1.2 收发帧及链路层、ASDU 字段解析。

DL/T 645-2007

中国电力行业多功能电能表通信协议标准，用于电表数据采集。

属性	说明
默认端口	8899
数据标识	按 DI 配置电能、功率、电压、电流等数据项
系数转换	乘法系数 + 加法系数 → 真实值

电表配置与读写验证

DL/T645 协议测试 — 验证读取值与系数转换的正确性

支持电表数据项标识解析，自动应用乘法/加法系数转换真实值，提供客户端读取验证。

报文查看

IEC 61850

面向智能变电站的设备模拟与联调，提供 MMS 数据访问、GOOSE 发布/订阅、报告控制、文件浏览、定值组和日志功能，并配套 SCL 管理与图形化建模工具。

子模块	功能
MMS / Data Models	服务端建模、客户端模型发现、树形浏览、数据读写与模型导出
Data Sets	数据集成员浏览与批量读取
GOOSE	发布、订阅、接收历史与报文抓包解析
Reports	BRCB/URCB 控制块配置、启停、GI 与报告接收
Files	客户端远程目录浏览和文件下载
Setting Groups	定值组发现、读取、选择编辑组、写入、确认和激活
Logs	日志控制块发现与启停、按时间范围查询日志
SCL 文件管理	ICD/CID/SCD 文件上传、预览、校验、导入与差异对比
图形化建模	模型工程、LD/LN/DO/DA 编辑、CDC 模板、DataSet 与控制块配置、模型校验、版本管理及发布

MMS、数据模型与 DataSet

支持客户端模型发现和模型导出；DataSet 可用于组织测点并进行批量读取。

📷 DataSet 与模型导出 — 展示模型导出格式。

GOOSE 发布、订阅与抓包

Reports 报告控制

Files 文件服务

Setting Groups 定值组

查看定值组控制块，选择编辑组、修改定值并确认，再激活目标定值组。

📷 IEC61850 定值组 — 展示当前激活组、编辑组、定值列表及操作结果。

Logs 日志服务

管理日志控制块

SCL 文件管理与图形化建模

支持 SCL 文件预览、导入和差异对比；图形化建模工作区可创建或导入模型工程，编辑逻辑设备、逻辑节点和数据对象，配置数据集与控制块，执行校验、保存版本并发布模型。

报文查看

MMS 报文

GOOSE 报文

Reports 报文

DNP3

支持 Master（主站/客户端） 与 Outstation（从站/服务端），用于 DNP3 设备的数据采集、事件上送与控制联调。

属性	说明
传输与端口	TCP，默认端口 `20000`；支持 TLS 配置
站点配置	本端与对端站点地址、请求超时、重试与重连参数
点表配置	点索引、静态/事件 Variation、事件 Class、死区、品质位及时间戳
数据采集	Class 0 完整性轮询、Class 1/2/3 事件读取、单点与批量读取
事件上送	可配置 Unsolicited 未请求上报，接收后同步测点值与运行元数据
控制操作	CROB 二进制控制、模拟量输出，支持 Select/Operate 和 Direct Operate
其他操作	时间同步、计数器冻结；支持 Excel 点表导入

主从站配置与数据操作

测点属性与事件配置

报文查看

📷 DNP3 报文查看 — 展示收发方向、链路地址、应用功能码、对象组/变体及原始字节。

快速开始

环境要求

Python >= 3.11
Node.js >= 18
uv、npm、Git（部分 Python 协议依赖从 Git 仓库安装）

安装依赖

在项目根目录安装 Python 依赖并启动后端：

# 如未安装 uv，先执行：pip install uv
uv sync --extra dev
uv run python start_back_end.py

另开一个终端，从项目根目录启动前端：

cd front
npm install
npm run dev

在浏览器中打开 Vite 输出的本地地址。后端配置见配置说明。

Tauri 桌面应用构建

Windows 构建需安装 Rust、MSVC 构建工具及 Tauri CLI。使用仓库打包脚本构建前端、Python 后端及桌面客户端：

# 在项目根目录执行
uv sync --extra dev --extra build
npm install -g @tauri-apps/cli

# 构建 Windows 安装包
.\scripts\build_tauri_windows.ps1

脚本默认生成 MSI 安装包；MSIX 打包入口及额外工具要求见 Windows 打包脚本。Linux 部署见 Debian 打包与部署指南。

文档资源

📚 项目文档: 完整的项目使用说明和 API 参考
设备批量复制、测点映射、公式使用、变化追踪
模拟配置、数据监视与自动读取
📦 Debian 打包与部署指南: 详细介绍了如何在 Linux 环境下构建 deb 安装包

核心概念

测点类型

系统支持四种测点类型：

类型	代码	说明	典型用途
遥测 (YC)	frame_type=0	模拟量测量	电压、电流、功率、温度
遥信 (YX)	frame_type=1	开关量状态	运行状态、故障标志
遥控 (YK)	frame_type=2	开关量命令	启停命令、合分闸
遥调 (YT)	frame_type=3	模拟量命令	功率设定、温度设定

协议类型

协议	服务端	客户端	默认端口
Modbus TCP	✅	✅	502
Modbus RTU	✅	✅	串口
IEC 60870-5-104	✅	✅	2404
IEC 60870-5-101	✅	✅	串口
DL/T 645-2007	✅	✅	8899
DNP3	✅（Outstation）	✅（Master）	20000
IEC 61850 MMS	✅	✅	102
IEC 61850 GOOSE	✅（发布）	✅（订阅）	—（以太网二层）
IEC 61850 Reports	✅	✅	复用 MMS 连接
IEC 61850 Files	✅	✅	—
IEC 61850 Setting Groups	✅	✅	复用 MMS 连接
IEC 61850 Logs	✅	✅	复用 MMS 连接

解析码系统 (Decode)

解析码定义了 Modbus 寄存器数据的解析方式，包括数据类型、字节序和位数。

解析码一览表

16位整数 (1个寄存器)

解析码	名称	说明	字节序
`0x20`	UINT16_BE	16位无符号整数	大端 (AB)
`0x21`	INT16_BE	16位有符号整数	大端 (AB)
`0xC0`	UINT16_LE	16位无符号整数	小端 (BA)
`0xC1`	INT16_LE	16位有符号整数	小端 (BA)
`0xB0`	UINT16_BE_SWAP	16位无符号整数	大端字交换
`0xB1`	INT16_BE_SWAP	16位有符号整数	大端字交换

32位整数/浮点 (2个寄存器)

解析码	名称	说明	字节序
`0x40`	UINT32_BE	32位无符号整数	大端 (ABCD)
`0x41`	INT32_BE	32位有符号整数	大端 (ABCD)
`0x42`	FLOAT_BE	32位浮点数	大端 (ABCD)
`0xD0`	UINT32_LE	32位无符号整数	小端 (DCBA)
`0xD1`	INT32_LE	32位有符号整数	小端 (DCBA)
`0xD2`	FLOAT_LE	32位浮点数	小端 (DCBA)
`0x43`	UINT32_BE_SWAP	32位无符号整数	大端字交换 (CDAB)
`0x44`	INT32_BE_SWAP	32位有符号整数	大端字交换 (CDAB)
`0x45`	FLOAT_BE_SWAP	32位浮点数	大端字交换 (CDAB)
`0xD4`	UINT32_LE_SWAP	32位无符号整数	小端字交换 (BADC)
`0xD5`	INT32_LE_SWAP	32位有符号整数	小端字交换 (BADC)
`0xD3`	FLOAT_LE_SWAP	32位浮点数	小端字交换 (BADC)

64位整数/浮点 (4个寄存器)

解析码	名称	说明	字节序
`0x60`	UINT64_BE	64位无符号整数	大端
`0x61`	INT64_BE	64位有符号整数	大端
`0x62`	DOUBLE_BE	64位双精度浮点	大端
`0xE0`	UINT64_LE	64位无符号整数	小端
`0xE1`	INT64_LE	64位有符号整数	小端
`0xE2`	DOUBLE_LE	64位双精度浮点	小端

8位字符 (1个寄存器)

解析码	名称	说明
`0x10`	CHAR_8_BE	8位无符号字符
`0x11`	CHAR_8_BE_SIGNED	8位有符号字符

字节序说明

以32位浮点数 1234.5 为例，其十六进制表示为 449A5000：

字节序类型	存储顺序	说明
大端 (BE)	`44 9A 50 00`	高字节在前，标准网络字节序
小端 (LE)	`00 50 9A 44`	低字节在前，x86架构常用
大端字交换 (BE_SWAP)	`50 00 44 9A`	寄存器内大端，寄存器间交换
小端字交换 (LE_SWAP)	`9A 44 00 50`	寄存器内小端，寄存器间交换

代码使用示例

from src.enums.modbus_register import Decode, DecodeCode

# 方式一：使用解析码字符串
info = Decode.get_info("0x41")
print(f"寄存器数量: {info.register_cnt}")  # 2
print(f"是否有符号: {info.is_signed}")      # True
print(f"字节序: {info.endian}")             # >

# 方式二：使用枚举（推荐）
info = DecodeCode.FLOAT_BE.value
print(f"解析码: {info.code}")              # 0x42
print(f"描述: {info.description}")         # 32位浮点数(大端)

# 数据打包/解包
packed = Decode.pack_value(info.pack_format, 1234.5)
value = Decode.unpack_value(info.pack_format, packed)

# 获取所有解析码（供前端下拉菜单使用）
all_codes = Decode.get_all_codes()

真实值转换

遥测和遥调类型支持系数转换：

真实值 = 寄存器值 × 乘法系数 + 加法系数
寄存器值 = (真实值 - 加法系数) ÷ 乘法系数

属性	说明	默认值
`mul_coe`	乘法系数	1.0
`add_coe`	加法系数	0.0

项目结构

ems_simulate/
├── src/                        # 后端源码
│   ├── config/                 # 配置管理
│   │   ├── config.py          # 全局配置
│   │   └── log/               # 日志配置
│   ├── data/                   # 数据层
│   │   ├── dao/               # 数据访问对象
│   │   └── service/           # 业务服务
│   ├── device/                 # 设备模拟器 ⭐
│   │   ├── core/              # 核心类
│   │   │   ├── device.py      # Device 主类
│   │   │   ├── point/        # 测点管理与计算
│   │   │   └── data/         # 数据读取与导出
│   │   ├── protocol/          # 协议处理器
│   │   │   ├── base_handler.py      # 基类
│   │   │   ├── modbus_handler.py    # Modbus
│   │   │   ├── iec104_handler.py    # IEC104
│   │   │   ├── iec101_handler.py    # IEC101
│   │   │   ├── dlt645_handler.py    # DLT645
│   │   │   ├── dnp3_handler.py      # DNP3 Master/Outstation
│   │   │   └── iec61850_handler.py  # IEC61850
│   │   ├── simulator/         # 模拟控制
│   │   ├── factory/           # 设备工厂
│   │   └── types/             # 设备类型
│   ├── enums/                  # 枚举和数据结构
│   │   ├── modbus_register.py # 解析码定义 ⭐
│   │   └── points/            # 测点类型
│   ├── proto/                  # 底层协议实现
│   │   ├── pyModbus/          # Modbus 服务端/客户端
│   │   ├── iec104/            # IEC104 服务端/客户端
│   │   ├── iec101/            # IEC101 FT1.2 主站/从站
│   │   ├── iec60870/           # IEC101/IEC104 公共 ASDU 层
│   │   ├── dlt645/            # DLT645 协议库
│   │   ├── dnp3/              # DNP3 主站/从站、事件、控制与 TLS
│   │   └── iec61850/          # IEC61850 MMS/GOOSE/Reports/Files/SV
│   ├── modeling/               # IEC61850 模型工程、校验与版本管理
│   └── web/                    # Web API
│       └── api/
│           ├── device/        # 设备控制接口
│           ├── channel/       # 通道与协议管理
│           ├── point/         # 测点与映射接口
│           ├── modeling/      # IEC61850 图形化建模接口
│           └── scl/           # SCL/ICD 文件管理
├── front/                      # 前端源码 (Vue3)
│   ├── src/
│   │   ├── components/        # 组件
│   │   ├── views/             # 页面
│   │   └── api/               # API封装
│   └── package.json
├── src-tauri/                  # Tauri 桌面壳 (Rust)
│   ├── src/
│   │   ├── lib.rs             # Tauri Builder
│   │   └── backend.rs         # 后端进程管理
│   └── tauri.conf.json
├── data/                       # SQLite 数据库
├── start_back_end.py          # 后端入口
├── pyproject.toml             # Python 依赖与配置
└── uv.lock                    # Python 依赖锁定文件

开发指南

添加新设备类型

在 src/device/types/ 下创建新设备类
继承 Device 基类
实现 setSpecialDataPointValues() 方法（可选）

from src.device.core.device import Device, DeviceType

class MyDevice(Device):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.device_type = DeviceType.Other

    def setSpecialDataPointValues(self):
        # 设置特殊测点关联逻辑
        pass

扩展新协议

在 src/device/protocol/ 下创建处理器
继承 ServerHandler 或 ClientHandler
实现抽象方法

from src.device.protocol.base_handler import ServerHandler

class MyProtocolHandler(ServerHandler):
    def initialize(self, config):
        pass

    async def start(self) -> bool:
        self._is_running = True
        return True

    async def stop(self) -> bool:
        self._is_running = False
        return True

    def read_value(self, point):
        pass

    def write_value(self, point, value):
        pass

    def add_points(self, points):
        pass

许可证

本项目采用 GNU General Public License v3.0（GPL-3.0），详见 LICENSE。

贡献

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Name		Name	Last commit message	Last commit date
.github/workflows		.github/workflows
.pen		.pen
data		data
debian		debian
docs		docs
front		front
plan		plan
resources		resources
scripts		scripts
src-tauri		src-tauri
src		src
tests		tests
www		www
.gitignore		.gitignore
.pre-commit-config.yaml		.pre-commit-config.yaml
CHANGELOG.md		CHANGELOG.md
LICENSE		LICENSE
Package.appxmanifest		Package.appxmanifest
README.en.md		README.en.md
README.md		README.md
config.ini		config.ini
ems_simulate_backend.spec		ems_simulate_backend.spec
pyproject.toml		pyproject.toml
start_back_end.py		start_back_end.py
uv.lock		uv.lock

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设备与测点管理

批量复制、从站与连接管理

点表导入与导出

模拟配置与实时监视

测点映射、公式与变化追踪

应用设置与日志

协议模块

Modbus TCP / RTU

设备配置与数据操作

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参数配置与四遥操作

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参数配置与数据操作

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MMS、数据模型与 DataSet

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测点类型

协议类型

解析码系统 (Decode)

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32位整数/浮点 (2个寄存器)

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8位字符 (1个寄存器)

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真实值转换

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