电力系统远动第5章 数据通信与远动通信规约要点课件.ppt

电力系统调度自动化,电气工程学院 林国松,第五章 数据通信与远动通信规约,问答式传输规约,3,IEC6080-5-101传输规约,4,计算机网络与局域网,5,第一节 数据通信概述,一、数据通信系统模型,模拟信号,信号的某一参量可以取无限多个数值，且直接与消息相对应。,数字信号,信号在时间上离散，且表征信号的某一参量只能取有限个数值。,模拟通信系统,数字通信系统,第一节 数据通信概述,一、数据通信系统模型,（1）信息源的作用是将电流、电压等被测量的数值，以及开关的分合闸状态、变压器分接头位置等消息，以信号形式输出，即信息源是把待传输的消息转换成原始电信号。信息源的输出或是连续变化的模拟信号，或是离散的数字信号，用s表示。（2）信源编码可以对信息源发出的模拟信号完成模/数转换，得到它所对应的数字信号。然后对这些数字信号以及s中原有的数字信号进行编码，在信源编码的输出得到一串离散的数字信息。在远动系统中，它是二进制的数字信息序列，记为m。信源编码的目的是提高数字通信传输的有效性，通过各种方式的编码尽可能地去除信号中的冗余信息。,第一节 数据通信概述,一、数据通信系统模型,（3）信道编码：为了使传送的数码具有检错和纠错能力，按一定的规则在信源编码的基础上增加一些冗余码元（又称监督码），但又不是信息源发出的,使这些冗余码元与被传送信息码元之间建立某种相关性。信道编码使信息序列m变成较原来更长的二进制数字序列。用c表示，以提高信息传输的抗干扰能力。信道编码也称差错控制编码。（4）调制（Modulation）：为了使信号便于传输、减少干扰和易于放大，使一种波形（载波）参数按另一种信号波形（调制波）变化的过程。调制的作用是将数字序列变换成适合于在信道中传输的信号形式，送入信道。电力系统远动中常采用数字调频或数字调相的方法，将数字信号变成两种不同频率或两种不同相位的正弦交流信号。,第一节 数据通信概述,一、数据通信系统模型,（5）信道是信号传输的通道，有光纤信道、微波信道、复用电力线载波信道等。信道中存在着各种类型的干扰噪声源。（6）解调（Demodulation）是从调制的载波信号中将原调制信号复原的过程。对于二元制键控移频和键控移相而言，解调的作用是把从信道接收到的两种不同频率或两种不同相位的正弦交流信号还原成数字序列。如果发送的信号在信道中受到干扰，接收端的r和发送端的c将不相同。在一个系统中，如果发送端有编码/调制装置，则在接收端必须有译码/解调装置。（7）信道译码是根据信道编码规则，对接收数字序列进行译码校验，实现检查或纠正信息序列在传输过程中所产生的差错，输出与信息序列m对应的m*。,第一节 数据通信概述,一、数据通信系统模型,（8）信源译码是根据信源编码规则，变接收信息序列m*为信息源输出s的对应值s*，并送给受信者予以显示或打印等。如果信道无干扰，或干扰引起的错误在信道译码中是可纠正的，则c*、m*、s*分别为c、m、s的重现。（9）受信者是将复原的原始信号转换成相应的消息。,数字式远动的数据序列在信道中以串行方式一个码元一个码元地传送。在一帧里，位是最小的信息单元，位也称为码元，即码元是信息传输的最小单元。若干码元组成一个远动字，若干字组成一帧。以一帧或若干帧组成一个传输单元的信息，称为报文或消息（Message）。,第一节 数据通信概述,二、数据通信系统的主要质量指标及分类,主要质量指标,有效性：在给定的信道内能够传输信息内容的多少可靠性：在给定的信道内接收到信息的准确程度,码元传输速率,差错率,码元传输速率被定义为每秒钟传送码元的数目，单位为波特(Baud)；信息传输速率被定义为每秒钟传送信息量，单位为比特/秒(bit/s)。,第一节 数据通信概述,二、数据通信系统的主要质量指标及分类,其中：I 信息量 P事件发生的概率 N量度信息的单位，若N=2，则信息量的单位为比特。,一个消息的信息量：,误码率(Pe)：错误接收信息的码元数与传输信息总码元数之比。误比特率(Pb)：错误接收信息的比特数与传输信息的总比特数之比。误字率(Pw)：错字数与传输的总字数之比。,第一节 数据通信概述,二、数据通信系统的主要质量指标及分类,通信系统分类,按消息的传输媒质：有线、无线按信息和信号的特点：电话、电报、图像、数据按传输信号的特征分类：模拟通信、数字通信按调制方式：调幅、调频、调相从信息的传输方式：单工、半双工、全双工按信道复用方式：频分复用、时分复用、码分复用、波分复用,第一节 数据通信概述,三、通信信道,电力线载波通信：利用一载波频率经现有电力线去传送信息，利用架空电力线的某相导线作为信息传输的媒介。,第一节 数据通信概述,三、通信信道,光纤通信：以光波为载体、以光导纤维作为传输媒介，将信号从一处传输到另一处的一种通信手段。,第一节 数据通信概述,三、通信信道,微波中继通信：波长为0.0011.0 m，频率为300MHz300GHz的无线电波称为微波，借助微波传递信号的方式称为微波中继通信。,卫星通信：是一种特殊的微波中继通信，中继站设在地球的同步卫星上，利用通信卫星作为中继站来转发或发射无线电信号，在地面站间进行通信。,第一节 数据通信概述,四、数字信号的调制与解调,数字调幅(ASK)数字调频(FSK)数字调相(PSK),第一节 数据通信概述,五、数据通信系统的工作方式,单工方式半双工方式全双工方式,第一节 数据通信概述,六、数据通信的基本方式,在计算机系统中，设备间的数据基本通信方式有并行通信和串行通信两种方式。并行通信：各位数据同时传送。如CPU与并口间的数据交换是8位一起传送的。特点：传输线多、距离短、速度快。串行通信：数据是一位、一位顺序传送的方式。如远动装置发、收两端距离很长，只采用一条通道传送信息，需要各位信息逐位按次序传送。特点：线少、较长、较慢。在串行通信中，有异步通信方式和同步通信方式。,第一节 数据通信概述,六、数据通信的基本方式,异步通信：收发两端不存在严格一致的码元定时脉冲。它是面向字符的，即传输每一组数据构成一个字符。,由起始位，数据位，奇偶校验位，停止位组成。异步通信是将每一字符看作一个独立的信息，为了区分字符边界，加上起始位和停止位，构成一个帧。各个字符串行地依次序传送。传送一个8位数据时，最少要10位数据的长度。,第一节 数据通信概述,六、数据通信的基本方式,该方式技术要求不高，采用字符收发同步，收发两端的时钟因误差不会累积而允许有较大的误差。,起始位:无数据发送时，一直保持传号信号即“1”电平，起始位的电平从“1”变到“0”并保持一个码元的时间。数据位:在起始位发送后要传输的信息，可以为5-8位 奇偶位:1位，提高数据位的抗干扰性能，也可不加。停止位:表示字符结束，1、1.5、2位,第一节 数据通信概述,六、数据通信的基本方式,同步通信,此时，发、收双方必须保持严格的码元同步，以双方规定的同步字符作为一帧（数据块）的开始和结束。,异步通信中，每一个字符用起始位和停止位作为开始和结束的标志。当一个字符为8位数据，起始位和终止位至少各占1位，实际传送信息的效率最多80。传送大量数据时，为提高传送效率，采用一个数据块共用一个同步字作为起始位的格式，叫同步通信方式。,第一节 数据通信概述,七、传输规约的分类,通信规约或协议(Protocol)是指通信双方必须共同遵守的一种约定，约定包括对数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、检纠错方式以及控制字符定义等问题作出统一规定。因此，通信规约也称通信控制规程，或称传输控制规程。,远动规约内容：（1）规定信息的传送格式，包括：传送方式、传送频率、帧同步字、抗干扰措施、位同步方式、帧结构等。（2）规定信息的传输步骤，实现数据的收集、监视和控制。,第一节 数据通信概述,七、传输规约的分类,(二)按传输信息的基本单位分类,面向字符的通信规约,IBM公司的二进制同步通信(BSC)规程是面向字符的规程，一串字符以块为单位传送，且块中字符与字符之间是连续的。,(一)按通信传输模式分类,循环式传输规约(CDT)问答式传输规约(Polling),第一节 数据通信概述,七、传输规约的分类,面向比特的通信规约,高级数据链路控制(HDLC)是面向比特的数据链路控制协议的典型代表，它是由国际标准化组织ISO根据IBM公司的(SDLC)协议扩展开发而成。,第一节 数据通信概述,七、传输规约的分类,面向比特的通信规约,(1)HDLC规约的帧格式,标志序列地址字段和控制字段信息字段帧校验字段,第一节 数据通信概述,七、传输规约的分类,面向比特的通信规约,正常响应方式（NRM）：标准的主从关系，从站点只有获得许可才能发起一次具有一帧或多帧数据的传输响应。异步响应方式（ARM)：只要信道空闲，从站点就可以在没有得到许可的情况下发起一次传输。异步响应方式在其他方面没有改变主从关系，从一个从站点发出的所有传输也必须经过主设备中继再转发到最终目的地。异步平衡方式（ABM)：所有站点都是平等的，因此只有复合站点使用。任何一个复合站点可以在未获许可时发起一次到另一个复合站点的传输。,(2)HDLC的通信操作方式,第二节 循环式传输规约,一、帧结构,按1991年11月部颁的循环式远动规约DL451-1991要求，在CDT规约中，远动信息的帧由同步字、控制字和n个信息字构成。同步字标明一帧的开始，取固定的48位二进制数。控制字和信息字都包含有8位校验码，构成(48,40)码组，生成多项式，陪集码为FFH。控制字由6个字节组成，分别为控制字节、帧类别、信息字数n、源地址、目的地址和校验码。,第二节 循环式传输规约,一、帧结构,E=0：规约已定义帧类别E=1：扩展定义帧类别L=0：信息字数为0L=1：有信息字n字节SD=00：无意义SD=11：上行源代表子站、目的代表主站 下行源代表主站、目的代表子站SD=10：主站广播,控制字：,控制字节,控制字,第二节 循环式传输规约,二、信息字结构,信息字由6个字节组成，第一个字节是功能码字节，第25字节是信息数据字节，第6字节是校验码字节。,(1)功能码字节的8为二进制数可以取256种不同的值，对不同的信息字其功能码的取值范围不同。(2)信息字可以分为上行信息字和下行信息字。,第二节 循环式传输规约,二、信息字结构,(2)信息字可以分为上行信息字和下行信息字。,上行信息：遥测、总加遥测、电能脉冲计数值、事件顺序记录、水位、频率、子站始终返送、子站状态信息等。下行信息：遥控命令、升降命令、设定命令、复归命令、广播命令、设置时钟命令和设置时钟校正命令等。,P149：一些常见信息字结构。,第二节 循环式传输规约,三、帧的组织方式,在循环式远动规约中，远动信息按其重要性和实时性要求分为五种不同的帧：重要A帧、一般B帧、次要C帧、D(正常遥信D1帧和电度D2帧)和事件顺序记录E帧。,信息帧的优先级：P149-150,（1）固定循环传送：用于传送A、B、C、D1、D2,第二节 循环式传输规约,三、帧的组织方式,（2）帧插入传送：用于传送E帧。无C帧，D1帧循环次数为D2帧的2倍，E帧取代A帧。,（3）信息字随机插入传送：对时的子站时钟返回信息、变位遥信、遥控、升降命令的返校信息,第三节 问答式传输规约,问答式远动传输规约的主要特点是：以调度中心为主的远动数据传输规约，由调度端向厂站端询问召唤某一类别信息，厂站端只有在响应后才上送本站信息；调度中心正确接收此类别信息后，才开始下一轮新的询问，否则还继续向子站询问召唤此类信息，即RTU有问必答，无问不答。,第三节 问答式传输规约,一、问答式规约中的有关定义,(1)报文：无论是主站向子站发送的命令，还是子站向主站回送的数据，都称为报文。(2)类型与类别。类型指数据的不同分类，分为模拟量、状态量、状态变化量、时标量等。类别指数据或者信息依其不同扫描周期划分为0、1、2、3、4、5、6、7类，时标量定义为类型8。(3)模块。一个RTU由若干模块构成。(4)RTU与前置机之间采用异步通信方式。,第三节 问答式传输规约,二、报文的格式,主站向子站询问的报文格式,子站向主站回答确认或否定确认的报文格式主站向子站或子站向主站传送数据的报文格式,第三节 问答式传输规约,三、报文分类,主站向子站发送的命令共有24条（P153），按功能可分为查询命令、送参数命令、控制命令和专用命令四大类。,查询命令：主站查询RTU状态和要求RTU传送某些数据。送参数命令：刚加电时，对RTU的参数进行初始化。控制命令：用于对RTU的工作状态进行控制。专用命令：诊断报文、时钟同步、预同步命令、带返送校核的遥控命令,子站向主站的回答报文共有10条，按功能可分为确认报文（确认和否定确认）、诊断报文和送数报文。,第三节 问答式传输规约,四、主站与子站间的问答过程,DL/T 634-1997 基本远动任务配套标准(IEC 60870-5-101:1995)DL/T 719-2000 电力系统电能累计量传输配套标准(IEC 60870-5-102:1996)DL/T 667-1999 继电保护设备信息接口配套标准(IEC 60870-5-103:1997)DL/T 634.5104-2002 采用标准传输协议集的IEC60870-5-101网络访问（IEC60870-5-104:2000)DL/T 634.5101-2002基本远动任务配套标准(IEC 60870-5-101:2002),我国电力标准引用自IEC关于电力系统的标准：,第四节 IEC60870-5-101传输规约,第四节 IEC60870-5-101传输规约,一、IEC60870-5-101传输规约模型结构,IEC60870-5-101传输规约规定了电网数据采集和监视控制系统（SCADA）中主站和子站之间以问答方式进行数据传输的帧格式、链路层的传输规则、服务原语、应用数据结构、应用数据编码、应用功能和报文格式。,第四节 IEC60870-5-101传输规约,二、网络拓扑结构,点对点多个点对点多点共线多点环形多点星形,全双工半双工,双绞线电力载波光纤,三、传输方式,非平衡传输方式平衡传输方式,第四节 IEC60870-5-101传输规约,四、帧格式,IEC规定的数据传输基本方式为8个数据位、1个起始位和1个奇偶校验位。采用FT1.2异步式字节传输帧格式，分可变帧长和固定帧长两种格式。,可变帧长：传输数据固定帧长：主站向子站的询问报文或子站回答主站的确认报文,第四节 IEC60870-5-101传输规约,四、帧格式FT1.2可变帧长,控制域,传输方向位DIR。DIR=0，表示报文是由主站向子站传输。启动报文位PRM。PRM=1，表示主站向子站传输，主站为启动站。帧计数位FCB。主站向同一个子站传输新一轮的发送/确认SEND/CONFIRM)或请求/响应(REQUEST/RESPOND)传输服务时，将FCB 位取相反值，主站为每一个子站保留一个帧计数位的拷贝，若超时没有从子站收到所期望的报文，或接收出现差错，则主站不改变帧计数位(FCB)的状态，重复传送原报文，重复次数为3 次。若主站正确收到子站报文，则该一轮的发送/确认或请求/响应传输服务结束。帧计数有效位FCV。FCV=0 表示帧计数位(FCB)的变化无效。FCV=1 表示帧计数位(FCB)的变化有效。,第四节 IEC60870-5-101传输规约,四、帧格式FT1.2可变帧长,控制域,传输方向位DIR。DIR=1 表示报文是由子站向主站传输。启动报文位PRM。PRM=0 表示子站向主站传输，子站为从动站。要求访问位ACD。ACD=1 表示子站希望向主站传输1级数据。数据流控制(DFC)：DFC=0 表示子站可以继续接收数据。DFC=1 表示子站数据区已满，无法接收新数据,第四节 IEC60870-5-101传输规约,四、帧格式FT1.2可变帧长,链路地址域（0-255）,地址域,目的地址（子站地址）,主站向子站传送,源地址（子站地址）,子站向主站传送,其中FFH即255为广播站地址。,第四节 IEC60870-5-101传输规约,四、帧格式FT1.2可变帧长,应用服务数据单元,由类型标识决定传送的数据（信息对象）及数据的结构和格式可变结构限定决定信息对象的个数传送原因用来区分数据的来源信息体地址用来区分不同的信息信息元素是对信息的具体描述,第四节 IEC60870-5-101传输规约,四、帧格式FT1.2可变帧长,应用服务数据单元,2002版信息对象地址,第四节 IEC60870-5-101传输规约,四、帧格式FT1.2可变帧长,帧校验和 帧校验和是控制域、地址域、用户数据区8位位组的算术和(不考虑溢出位即256模和),对于FT1.2固定帧长帧格式的帧校验和是控制域、地址域8位位组的算术和(不考虑溢出位即256模和),第四节 IEC60870-5-101传输规约,四、帧格式接收校验,主站和子站间异步通信的字符格式是1位起始位、1位停止位及1位奇偶校验位，每个字符8个数据位。接收时对每个字符的启动位、停止位和校验位要进行校验。对可变帧长帧格式每帧要检测报文头中的两个启动字符为68H和两个L值一致；一帧信息的接收字符数应该为L+6；帧校验和正确；结束字符为16H。若检出一个差错，则舍弃此帧数据。对固定帧长帧格式，每帧需校验启动字符为10H，结束字符为16H及帧校验和正确。若检出一个差错，则舍弃此帧数据。,第四节 IEC60870-5-101传输规约,五、链路传输规则,IEC60870-5-101规约中定义了3种级别的链路服务。,第四节 IEC60870-5-101传输规约,五、链路传输规则,用于向全部被控制发送用户数据（广播地址）。只有在前一轮服务结束之后，才能开始新一轮的发送,主站向子站发送命令，子站收到后向主站发送确认帧；需要防止报文丢失和重复传送。只有在前一轮传输结束之后，才能开始新一轮的发送,主站向子站请求数据，子站有所请求的数据，则用户回答一个带数据的响应原语RESP 给链路层，否则回送一个无所请求的数据的响应原语RESP。防止报文丢失和重复传送机制同发送/确认服务,第四节 IEC60870-5-101传输规约,六、报文格式举例,第五节 计算机网络与局域网,一、计算机网络的组成与功能,资源子网通信子网,组成,数据通信资源共享负荷均衡分布式处理,功能,第五节 计算机网络与局域网,二、计算机网络的拓扑结构,第五节 计算机网络与局域网,三、计算机网络的体系结构,国际标准化组织ISO于1978年提出了OSI模型，该模型是设计和描述网络通信的基本框架，是国际范围的网络体系结构标准。,第五节 计算机网络与局域网,三、计算机网络的体系结构,物理层,在数据链路层的两个实体之间建立、维持和释放物理连接,规定在物理层传送0、1数据的电参数（波形、频率、电平）,规定所用的连接器,传送二进制位流,第五节 计算机网络与局域网,三、计算机网络的体系结构,数据链路层,数据链路的建立、维持和释放,帧的分界和同步,差错检测与控制,顺序控制及层内管理,流量控制,传送帧,第五节 计算机网络与局域网,三、计算机网络的体系结构,网络层,路径选择,网络中拥挤控制,传送分组,第五节 计算机网络与局域网,三、计算机网络的体系结构,传输层,提供两个端系统之间可靠、透明的数据传送,差错控制,顺序控制,流量控制,传送报文,第五节 计算机网络与局域网,三、计算机网络的体系结构,会话层,传送报文,为通信的两个进程建立会话连接，进行交换,会话管理,令牌管理,同步管理,第五节 计算机网络与局域网,三、计算机网络的体系结构,表示层,信息格式的转换,数据的加密和解密,OSI内部语法,第五节 计算机网络与局域网,三、计算机网络的体系结构,应用层,为用户使用网络提供接口,第五节 计算机网络与局域网,三、计算机网络的体系结构,OSI环境,网络环境,数据通信网,计算机A,计算机B,实系统环境,第五节 计算机网络与局域网,四、局域网-参考模型LAN/RM,数据链路层按功能划分为两个子层：逻辑链路控制LLC子层和介质访问控制MAC子层MAC子层功能：成帧/拆帧，实现、维护MAC协议，位差错检测，寻址LLC子层功能：建立/释放逻辑连接，差错控制，帧序号处理，某些网络层功能,第五节 计算机网络与局域网,四、局域网-存取控制方式,局域网存取控制主要解决两个问题：确定网络中每个节点能够将信息送到通信介质上去的特定时刻；对共用通信介质的利用加以控制。,第五节 计算机网络与局域网,四、局域网-存取控制方式,CSMA/CD方法是总线网中的一种竞争控制策略，解决三个问题：访问时间的确定冲突检测重发策略CSMA/CD：监听到信道空闲就立即发送数据，并继续监听；若监听到冲突，则立即放弃发送，往往发送人为干扰信号，强化冲突，以通知其他站点,第五节 计算机网络与局域网,四、局域网-存取控制方式,令牌总线存取方式用于令牌传送总线网。令牌传送网是将物理上为总线结构的网设想成逻辑上的环网。令牌总线介质访问控制功能：令牌传递算法逻辑环初始化站插入算法站删除算法,第五节 计算机网络与局域网,四、局域网-存取控制方式,令牌环工作原理,第五节 计算机网络与局域网,四、局域网,局域网的组成,传输介质网络适配器（网卡）网络服务器网络工作站网间连接器（中继器、集线器、网桥、路由器、网关）,LAN用于信息处理系统的三种模式：集中模式客户/服务器模式（C/S）对等模式,Thank You!,