第三章配电网自动化数据通信ppt课件.ppt

配电网自动化技术,机电与自动化学院 何朝阳,3.1 数据通信系统的基本组成3.2 通信系统的性能指标3.2.1 有效性指标3.2.2 可靠性指标3.3 数据传输方式和工作方式3.3.1 数据传输方式3.3.2 通信线路的工作方式3.4 数据通信的差错检测3.4.1 差错控制方式3.4.2 常用检错码3.5 配电网自动化通信方式3.5.1 RS-2323.5.2 RS-4853.5.3 CAN总线3.5.4 电力线载波通信3.5.5 光纤通信3.5.6 ZigBee 无线传感器网络3.5.7 GPRS通信3.5.8 多种通信方式综合应用3.6 配电网自动化常用的通信规约3.6.1 电力负荷管理系统数据传输规约3.6.2 IEC 60870-5-104规约,第三章 配电网自动化数据通信,3.1 数据通信系统的基本组成,数据通信是两点或多点之间借助某种传输介质以二进制形式进行信息交换的过程。将数据准确、及时地传送到正确的目的地是数据通信系统的基本任务。数据通信系统实际上是一个软硬件的结合体。,配电网数据一般指与配电网运行密切相关的数值、状态、指令等。开关量、模拟量,数据通信技术主要涉及通信协议、信号编码、接口、同步、数据交换、安全、通信控制与管理等问题。,第三章 配电网自动化数据通信,一、数据通信硬件,（1）发送与接收设备 1）各种仪器仪表，如：电能表，低压用户抄表采集器，低压用户抄表集中器等。2）各种终端单元，如：馈线终端单元FTU，配变终端单元TTU，配电终端单元DTU等。3）主站的前置通信处理机。（2）数据通信传输介质配电网自动化数据通信系统可以采用无线传输介质，例如电磁波、红外线等，也可以采用双绞线、电缆、电力线、光缆等有线介质。,第三章 配电网自动化数据通信,二、通信软件,报文与通信协议都属于通信系统的软件。把需要传送的信息，包括文本、命令、参数值、图片、声音等称为报文，是经过数字化后的信息。 通信实体间仅依靠传送的二进制码不能相互理解信息的内容，还要有一套事先规定、共同遵守的规约。 通信设备之间控制数据通信与理解通信数据意义的一组规则，称为通信协议。协议定义了通信的内容，通信何时进行以及通信如何进行等内容。,第三章 配电网自动化数据通信,通信协议的关键要素是语法、语义和时序。语法是指通信中数据的结构、格式及数据表达的顺序。例如一个简单的通信协议可以定义数据的前8位或16位是发送者的地址，接着的8位或16位是接收者的地址，后面紧跟着的是要传送的指令或数据等。 语义是指通信帧的位流中的每个部分的含义，收发双方是根据语义来理解通信数据的意义 。时序包括两方面的特性：一是数据的发送时间；二是数据的发送速率。,二、通信软件,第三章 配电网自动化数据通信,3.2 通信系统的性能指标,一、有效性指标,1. 数据传输速率 在数据通信中常常用时间间隔相同的波形来表示一位二进制数字。这个间隔被称为码元长度，而这样的时间间隔内的信号称为二进制码元。同样n进制的信号也是等长的，并被称为n进制码元。通信系统每秒传输数据的二进制位数被定义为比特率。单位为bit/s。 把每秒传输码元的数目定义为波特率。单位为baud。,第三章 配电网自动化数据通信,1.数据传输速率 若单比特信号的传输速率为9600bit/s，则其波特率为9600 baud，它意味着每秒可传输9600个二进制位。如果每个码元由2个二进制位组成，当传输速率为9600bit/s时，则其波特率只有4800baud。在讨论信道特性，特别是传输频带宽度时，通常采用波特率；在涉及系统实际的数据传输能力时，则使用比特率。,一、有效性指标,第三章 配电网自动化数据通信,一、有效性指标,2. 频带利用率单位频带内的传输速度。单位为bit s-1 Hz-1，即每赫兹带宽所能实现的比特率。 3. 协议效率 协议效率是指所传输的数据包中的有效数据位与整个数据包长度的比值。 4. 通信效率数据帧的传输时间同用于发送报文的所有时间之比。用于发送报文的所有时间包括竞用总线或等待令牌的排队时间，数据帧的传输时间，以及用于发送维护帧等的时间之和。,第三章 配电网自动化数据通信,二、可靠性指标,误码率是衡量数字通信系统可靠性的指标。它是二进制码在数据传输系统中被传错的概率，数值上近似为,式中，N为传输的二进制码元总数； Ne为被传输错的码元数。理论上应有N。实际使用中，N应足够大，才能把Pe 作为误码率。,采取差错控制，降低误码率。,第三章 配电网自动化数据通信,一、数据传输方式,1. 串行传输和并行传输串行传输具有易于实现，在长距离传输中可靠性高等优点。它适合远距离的数据通信，但需要收发双方采取同步措施。 并行传输所需要的传输线多，一般在近距离的设备之间进行数据传输时使用。 串行传输和并行传输的区别在于组成一个字符或字节的各数据位是依顺序逐位传输还是同时并行地传输。,3.3 数据传输方式和工作方式,第三章 配电网自动化数据通信,2. 同步传输与异步传输在同步传输中，所有设备都使用一个共同的时钟 。传输的每个数据位只在时钟信号的上升沿或者下降沿之后的一个规定的时间内有效。需要一条额外的线来传输时钟信号。在异步传输中，每个通信节点都有自己的时钟信号，每个通信节点必须在时钟频率上保持一致，并且所有的时钟必须在一定误差范围内相吻合。当传输一个字节时，通常会包括一个起始位来同步时钟。一数据帧往往包含帧头和帧尾，用于同步。,同步方式比异步方式传输效率高，适合高速传输的要求。,一、数据传输方式,第三章 配电网自动化数据通信,图3-4 几种通信线路的工作方式a）单工通信 b）半双工通信 c）全双工通信,二、通信线路的工作方式,第三章 配电网自动化数据通信,差错控制方式：发现传输过程中出现的错码,进而加以纠正。接收端经过译码，能查出码中存在差错，但不知道差错的确切位置，叫检错译码。如能判定差错的位置并加以纠正的，叫纠错译码。,3.4 数据通信的差错检测,一、差错控制方式,第三章 配电网自动化数据通信,常用的差错控制方式,图3-5差错控制方式示意图 a）循环传送 b）前向纠错 c）要求重传 d）信息反馈 e）混合纠错,第三章 配电网自动化数据通信,二、数据通信的常用检错码,1. 奇偶校验 在数码后面附上一位奇偶校验位。若附上奇偶校验位后使形成的数码中“1”的个数为偶数，就称为偶校验。如果使“l”的个数为奇数，则称为奇校验。例如：数码1100111中“1”的个数为奇数，采用偶校验时在数码后面附上偶校验位“1”，成为数码l1001111，使“1的个数为偶数。 发生2个、4个等偶数个差错，接收端就无法检出。,第三章 配电网自动化数据通信,二、数据通信的常用检错码,2. 水平一致校验,按列发送，先传送第1列，再送第2列等，最后送第11列即校验码。,对水平方向的每行进行奇偶校验，得到一列校验码元，附在各列之后。,第三章 配电网自动化数据通信,二、数据通信的常用检错码,发送时可以按行，也可以按列传送。,方框所标的4处同时发生的差错亦无法检出 。,3. 水平垂直一致校验,第三章 配电网自动化数据通信,二、数据通信的常用检错码,将校验和附在信息组之后一起传送 ,溢出位不计，接收方如何处理？,4. 校验和,第三章 配电网自动化数据通信,多项式运算必须按照模2运算规则进行，即异或运算。,二、数据通信的常用检错码,5. 循环冗余校验（1）多项式及其运算 8位二进制数可用一个7阶的二进制多项式表示8位二进制数11000101可表示为,多项式中的x仅代表某个“1”所处的位置 。,第三章 配电网自动化数据通信,例3-1,第三章 配电网自动化数据通信,二、数据通信的常用检错码,5. 循环冗余校验（2）CRC校验算法,第三章 配电网自动化数据通信,5. 循环冗余校验（2）CRC校验算法,第三章 配电网自动化数据通信,5. 循环冗余校验 （3）软件查表法求CRC字节,第三章 配电网自动化数据通信,5. 循环冗余校验 （3）软件查表法求CRC字节,每一字节与上一字节求得的余式相加后再查表。,第三章 配电网自动化数据通信,数据通信系统构成,常见的DTE有馈线监控终端、专变采集终端、负荷控制管理终端、抄表集中器和抄表采集器等；常见的DCE有调制解调器、GPRS模块、载波机和光端机等；常见通信介质有双绞线、网线、光纤及无线电波等。,3.5 配电网自动化通信方式,第三章 配电网自动化数据通信,第三章 配电网自动化数据通信,一、RS-232,表3-4 RS-232引脚分配及定义表,图5-9 RS-232连接的最简单形式,对于数据，逻辑“1” 的传输电平为-3V-15V，逻辑“0” 的传输电平为+3V+15V。 对于控制信号，接通状态即信号有效的电平为+3V+15V，断开状态即无效信号的电平为-3V-15V。 当传输电平的绝对值大于3V时，电路可以有效地检查出来；而介于-3V+3V之间的电压，CPU可能得到0，也可能得到1。,一、RS-232,第三章 配电网自动化数据通信,DI=1,RO=1,DI=0,RO=0,平衡差分电路是RS-485的最大特点：接收器的输入电压为A、B这两根导线电压的差值。,噪声电压往往在两根导线上同时出现，一根导线上出现的噪声电压会被另一根导线上出现的噪声电压抵消，因而可以极大地削弱噪声对信号的影响。,二、RS-485 1.技术参数,第三章 配电网自动化数据通信,表3-7 RS-485、RS-422、RS-232的主要技术参数,二、RS-485 1.技术参数,第三章 配电网自动化数据通信,二、RS-485,（1）网络拓扑由一个主节点对RS-485总线的占用进行管理，任一时刻都只允许一个节点向总线发送报文。所有从节点只有在得到主节点许可的条件下才能有发送报文的机会。从节点与从节点之间不能直接通信。,2.网络连接,第三章 配电网自动化数据通信,（2）偏置电路串行数据一个字节发送完后，必须保持高电平的空闲位，直到新字节的起始位开始发送。若没有偏置电路，通信线路空闲时DE=0，发送器输出端呈高阻态，UIA-UIB=0V，RO状态不确定。,二、RS-485,2.网络连接,第三章 配电网自动化数据通信,（2）偏置电路,第三章 配电网自动化数据通信,二、RS-485 2.网络连接,（3）电气隔离采用光电耦合的方式实现信号隔离。 （4）屏蔽与接地屏蔽层通常一点接地。不要求RS-485网络一定要采用屏蔽电缆，非屏蔽电缆在许多RS-485网络中也得到了成功的运用。（5）浪涌保护采用瞬态电压抑制二极管及限流电阻进行保护。,第三章 配电网自动化数据通信,三、CAN总线,CAN是现场总线的一种。CAN协议实现ISO/OSI模型的物理层和数据链路层。CAN可以多主方式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络其他节点发送信息。网络上各节点可以定义不同的优先级以满足不同的实时要求，CAN采用非破坏性总线仲裁技术 。CAN总线的节点数实际值为110个。直接通信距离为10km/5kbit/s，40m/1Mbit/s。传输介质为双绞线或光纤。CAN总线采用短消息报文，每帧有效字节数为8个，受干扰概率低，受干扰重发所用的时间也较少，并采用冗余校验CRC及其他校错措施，保证了极低的信息出错率。,第三章 配电网自动化数据通信,CAN总线配电网自动化工程中的应用。,图3-15 环网柜FTU结构图,三、CAN总线,第三章 配电网自动化数据通信,四、电力载波通信,结合滤波器是与耦合电容器配合将载波信号耦合到馈线上去，并抑制干扰进入载波机的设备 。,第三章 配电网自动化数据通信,将载波设备与馈线上的高电压、操作过电压及雷电过电压等隔开，以防止高电压进入通信设备，同时使高频载波信号能顺利地耦合到馈线上。,图5-16 结合滤波器的组成,第三章 配电网自动化数据通信,低压电力线载波,低压电力线载波信道具有衰减较大，线路阻抗变化大，高噪声等传输特性，使其成为不理想的通信媒介。,为了提高通信的可靠性和有效性，一方面可以辅助性地采取一些措施，如增加发射信号功率、提高接收设备灵敏度以及采用合适的耦合电路及新的载波信号检测方法。另一方面是采用合适的调制技术或中继技术。,第三章 配电网自动化数据通信,1.SDH主干网络 光纤同步数据体系SDH （Synchronous Digital Hierarchy） SDH可把2Mbit/s直接复接入140Mbit/s，不必逐级进行。每个2Mbit/s口还可以分接为64路64kbit/s串行同步口或9.6kbit/s串行异步口。复接、分接方便。,五、光纤通信,第三章 配电网自动化数据通信,2.光纤以太网利用光纤介质实现以太网通信，从而构成光纤以太网通信方式。,图3-19 配电子站到主站的点对点光纤以太网连接示意图,此时配电子站可以看成是“挂”在局域网延伸网线上的一个工作站。,五、光纤通信,第三章 配电网自动化数据通信,2.光纤以太网,图3-20 终端到配电子站的链状光纤以太网连接示意图,多个终端可以“挂在”同一个交换机下面并通过交换机与光端机连接，或通过10Base-T的“T”形接线方式构成“总线”并直接与光端机连接。,光端机和配电子站都连接到交换机上,第三章 配电网自动化数据通信,3.串行异步光纤环网,图3-22 配电终端到子站的8+1通道光纤自愈环连接示意图,利用RS-232或RS-485串行异步接口接入光纤环网的通信方式为串行异步光纤环网,具有“自愈”和“网管”功能。,第三章 配电网自动化数据通信,采用了时分复用技术，在同一对光纤上复用出多个独立的逻辑通道，每一个逻辑通道相当于一个普通光端机通道 。一种8+1通道光端机可在同一对光纤环上复用出8个57.6K的数据口和1个9.6K的网管口。,3.串行异步光纤环网,第三章 配电网自动化数据通信,主馈线上的光端机常使用两芯光纤构成两个光方向的自愈主环，而分支线路上的光端机则可以通过主环四光口光端机提供的另外两个光方向就近接入，这就是交叉连接的组网方式。 在主环里增加一个热备用主节点光端机，当某一个变电站子站、主节点光端机出现故障或检修停运时，立即启动工作，成为光纤环的主节点，不中断整个通信网的正常通信。,图3-24 终端到子站的光纤自愈环交叉连接和热备方式示意图,第三章 配电网自动化数据通信,无源光纤网络EPON是基于以太网但光的传输及分配无需电源的光纤通信网络 。始于20世纪90年代中期，经过十多年的发展已走向大规模商用。 EPON设备：线路侧设备OLT（Optical Line Terminal）、中间无源分光设备POS（Passive Optical Splitter）、用户侧设备ONU（Optical Network Unit）。,3.无源光纤网络,第三章 配电网自动化数据通信,采用“单纤双向”技术，主干线路只需要一芯光纤，通过无源分光设备，最大可以辐射出64路光信号。,图5-25 EPON系统构成,3.无源光纤网络 （1）EPON的技术特点,第三章 配电网自动化数据通信,每个ONU在各自预定时隙发送光信号。所有ONU的光信号通过ODN采用时分复用合成。时隙的预定靠OLT与ONU的距离判定分配,ONUOLT通信示意图,3.无源光纤网络,第三章 配电网自动化数据通信,OLTONU通信示意图,PON网络中，每个ONU可以接受到OLT所有下行数据，但ONU只根据下行数据的标识信息接收属于自己的数据，丢弃其他的数据,3.无源光纤网络,第三章 配电网自动化数据通信,（2）EPON组网优势 光传输不需要额外电源，随着接入节点的增加，只需要相应增加分光器和ONU即可。可提供高带宽。1.25Gbit/s带宽，覆盖半径可达20km。各ONU与局端OLT设备之间是并联通信关系，任何一个ONU或多个ONU故障，不会影响其他ONU及整个通信系统的稳定运行，采用AES-128进行加密，保证数据的安全。,3.无源光纤网络,第三章 配电网自动化数据通信,图5-26 EPON网络结构a）基础树形 b）主干保护树形 c)全冗余保护树形 d）总线型（链型） e）全保护总线型（链型）,第三章 配电网自动化数据通信,第三章 配电网自动化数据通信,以太网口语音接口RS-232/ RS-485,IEEE 802.15.4仅处理MAC层和物理层协议。ZigBee在IEEE 802.15.4基础上定义了网络层以支持先进的网络路由功能。,六、 ZigBee 无线传感器网络,第三章 配电网自动化数据通信,协调：选择一个信道和64位及16位的个域网标识PAN ID（Personal Area Network Identification）来启动网络；协调器能够允许路由器和终端设备加入这个网络并协助路由数据；必须保持供电，不能睡眠。路由：在它能够传输、接收或者路由数据前必须加入一个ZigBee网络；加入网络后，能够允许路由器和终端加入这个网络；加入网络后，能够协助路由数据；必须保持供电，不能睡眠。终端设备：在它能够传输或者接收数据之前必须加入一个ZigBee 网络；它不能允许其他设备加入该网络；必须通过它的父设备传输和接收射频数据，不能路由数据；能够进入低功耗模式以节约电能，可采用电池供电。,六、 ZigBee 无线传感器网络,1. 简介 （1）网络构成,第三章 配电网自动化数据通信,每个网络由一个唯一的PAN ID定义。ZigBee设备可加入一个预先设置PAN ID的网络，或者探寻附近的网络并选择一个PAN ID加入。 同一个ZigBee网络中的设备必须具有相同的64位PAN ID和16位PAN ID。多个ZigBee网络运行在一个有限区域内，每个网络应有唯一的PAN ID。64位PAN ID包含在所有的ZigBee信标帧里，用来解决16位PAN ID因地址空间有限而产生的冲突问题。加入网络时获得16位的PAN ID。,六、 ZigBee 无线传感器网络,（2） PAN ID,第三章 配电网自动化数据通信,ZigBee采用直接序列扩频调制并工作于固定频道。IEEE 802.15.4在2.4GHz的频段里定义了16个工作频道 。,六、 ZigBee 无线传感器网络,（3）工作信道,第三章 配电网自动化数据通信,（1）网络协调器组建一个网络网络协调器负责选择网络信道，64位和16位的PAN ID，安全机制和协议栈文件。 协调器进行一系列的扫描来探寻在不同信道上所有的射频活动（能量扫描）和发现附近所有运行中的PAN网络（PAN扫描）。当协调器离开一个网络，然后启动一个新的网络，将丢失先前的PAN ID、运行信道、安全机制、帧计数器值和子表数据。,六、 ZigBee 无线传感器网络,2. 网络组建,第三章 配电网自动化数据通信,（2）路由器加入一个网络路由器通过PAN扫描来发现附近的ZigBee网络。 路由器广播一个请求加入信标到其扫描信道列表中的第一个信道上收到信道上协调器和路由器的返回信标有效的网络，则发送一个联络请求到发送有效信标的设备该设备回复允许或者不允许加入的应答帧。如果没有找到一个有效的PAN，路由器在其扫描信道列表的下一个信道上运行PAN扫描，直到找到一个有效的网络，或者直到扫描完所有的信道。如果扫描完所有的信道仍没找到一个有效的PAN，将再次扫描所有的信道。,六、 ZigBee 无线传感器网络,2. 网络组建,第三章 配电网自动化数据通信,（3）终端设备加入一个网络与路由器类似，终端设备在能够参与到一个网络之前，也必须发现并加入一个有效的网络。,六、 ZigBee 无线传感器网络,2. 网络组建,第三章 配电网自动化数据通信,1）64位设备地址64位设备地址是在生产期间分配的唯一设备地址。这个地址对每个设备都是独一无二的。2）16位设备地址一个设备加入一个ZigBee网络时将收到一个随机生成的16位设备地址。16位设备地址也称为“网络地址”。,2. 设备地址、数据传输和数据路由,六、 ZigBee 无线传感器网络,（1） 设备地址,第三章 配电网自动化数据通信,所有ZigBee数据的发送都使用源节点和目的节点的16位地址。ZigBee设备的路由表也是使用16位设备地址来确定如何通过网络路由数据包。 16位地址是可变的，它不是一个识别设备的可靠方法。为解决这个问题，常常把64位的目的地址也包含在数据传输中。每个ZigBee设备维护着一张64位地址与16位地址的对应表 。,2. 设备地址、数据传输和数据路由,六、 ZigBee 无线传感器网络,（1） 设备地址,第三章 配电网自动化数据通信,表5-8 64位地址与16位地址对应表,2. 设备地址、数据传输和数据路由,六、 ZigBee 无线传感器网络,（1） 设备地址,第三章 配电网自动化数据通信,1）广播传输ZigBee协议的广播传输是通过整个网络传播的，这样所有节点都能收到这个传输。为实现这一目标，所有接收到广播传输的设备将重复传输这个数据包3次。因为网络中的每个设备都重发广播传播数据包，广播传输应该谨慎采用。2）单播传输单播传输是从一个源设备发送数据到另一个目的设备。目的设备可以是一个与源设备相邻的设备，或者与源设备有几个跳的距离，这时需要路由。,2. 设备地址、数据传输和数据路由,六、 ZigBee 无线传感器网络,（2） 数据传输,第三章 配电网自动化数据通信,系统主站建立DDN专线或专用服务器或以其他方式具备固定IP地址，将IP地址设置到配电远方终端中；配电远方终端的GPRS模块连接上网络后将获得一动态IP地址；配电远方终端向预先设定的主站IP地址请求建立连接，当主站对建立连接回复响应后，主站与终端便建立了透明的数据网络传输通道。配电远方终端还应不断检测GPRS模块是否连接在网络上，一旦发生掉线，GPRS模块能即时联网，重新获得一动态IP地址并与主站再次建立连接。从而保证系统通信实时在线。,七、 GPRS通信,第三章 配电网自动化数据通信,七、 GPRS通信,第三章 配电网自动化数据通信,八、 多种通信方式综合应用,第三章 配电网自动化数据通信,一、电力负荷管理系统数据传输规约,规约规定了电力负荷管理系统中主站和终端之间进行数据传输的帧格式、数据编码及传输规则。,图5-29 帧结构,3.5 配电网自动化通信方式,第三章 配电网自动化数据通信,（1） 帧格式定义帧的基本单元为8位字节。链路层传输顺序为低位在前，高位在后；低字节在前，高字节在后。,1. 帧结构,第三章 配电网自动化数据通信,1）线路空闲状态为二进制1。2）帧的字符间无线路空闲间隔；两帧间的线路空闲间隔最少需33位。3）如按5）检出了差错，两帧之间的线路空闲间隔最少需33位。4）帧校验和CS是用户数据区的八位位组的算术和，不计进位位。5）接收方校验 校验每个字符的起始位、停止位、偶校验位。 检验每帧固定报文头中的开头和结束所规定的字符以及规约标识位。 识别2个长度L。 每帧接收的字符数为用户数据长度L1+8。 帧校验和。 结束字符。 校验出一个差错时，按2）的线路空闲间隔。若这些校验有一个失败，舍弃此帧；若无差错，则此帧数据有效。,（2） 传输规则,1. 帧结构,第三章 配电网自动化数据通信,1. 帧结构,长度L包括规约标识和用户数据长度，由2字节组成 规约标识由D0、D1两位编码表示，D0=0、D1=0，表示禁用；D0=1、D1=0，表示本规约使用；D0=0或1、D1=1，为保留。用户数据长度L1：由D2-D15组成，采用BIN编码，是控制域、地址域、链路用户数据（应用层）的字节总数。采用专用无线数传信道，长度L1不大于255，如233MHz数传模块；采用网络传输，长度L1不大于16383，如GPRS。,（3） 链路层,1）长度L,第三章 配电网自动化数据通信,1. 帧结构,（3） 链路层,2）控制域C,第三章 配电网自动化数据通信,（3） 链路层,1. 帧结构,3）地址域A,第三章 配电网自动化数据通信,（4） 应用层,1. 帧结构,1）格式,第三章 配电网自动化数据通信,（4） 应用层,1. 帧结构,2）功能码AFN,第三章 配电网自动化数据通信,帧序列域为1字节，用于描述帧之间的传输序列的变化规则，由于受报文长度限制，数据无法在一帧内传输时，需分成多帧传输。每帧都应有数据单元标识，都可作为独立的报文处理。,（4） 应用层,1. 帧结构,3）帧序列域SEQ,第三章 配电网自动化数据通信,启动帧序号PSEQ取自1字节的启动帧计数器PFC的低4位计数值0-15。 响应帧序号RSEQ以启动报文中的PSEQ作为第一个响应帧序号，后续响应帧序号在RSEQ的基础上循环加1递增，数值范围为0-15。启动站发送报文后，当一个期待的响应在超过规定的时间内没有被收到，如果允许启动站重发，则该重发的启动帧序号PSEQ不变。,3）帧序列域SEQ-帧序号,第三章 配电网自动化数据通信,启动报文PFC=14（S1服务）PRM=1,FIR=1,FIN=1,CON=0,PSEQ=14,启动报文 PFC=18（S3服务）PRM=1,FIR=1.FIN=1,CON=0,PSEQ=2,响应报文PRM=0,FIR=1,FIN=1,CON=0,RSEQ=2,接收错误或超时,启动报文 PFC=18PRM=1,FIR=1,FIN=1,CON=0,PSEQ=2,重发1次,响应报文PRM=0,FIR=1,FIN=1,CON=0,RSEQ=2,接收错误或超时,接收正确/错误,接收正确/错误,RSEQ3=RSEQ2+1=2,启动报文 PFC=16（S3服务）PRM=1,FIR=1,FIN=1,CON=0,PSEQ=0,响应报文PRM=0,FIR=1,FIN=0,CON=0,RSEQ=0,接收正确,响应报文PRM=0,FIR=0,FIN=0,CON=0,RSEQ=1,第1帧响应帧,RSEQ1=PSEQ=0,RSEQ2=RSEQ1+1=1,第2帧响应帧,响应报文PRM=0,FIR=0,FIN=1,CON=0,RSEQ=2,第3帧响应帧,第三章 配电网自动化数据通信,e) 多通信服务传输,第三章 配电网自动化数据通信,数据单元标识由信息点标识DA和信息类标识DT组成 。,（4） 应用层,1. 帧结构,4）数据单元标识,第三章 配电网自动化数据通信,如果DA2采用二进制编码方式表示信息点组，则DA1、DA2可构成信息点标识pn（n=1-2048）。同一个信息点标识pn对应于不同信息类标识Fn可以是测量点号、总加组号、控制轮次、直流模拟量点号、任务号等。,4）数据单元标识-信息点DA,第三章 配电网自动化数据通信,DT2采用二进制编码方式表示信息类组，DT1对应位表示某一信息类组的1-8种信息类型，以此共同构成信息类标识Fn（n=1-248）,4）数据单元标识-信息类DT,第三章 配电网自动化数据通信,数据单元是按数据单元标识所组织的数据，包括参数、命令等。数据组织的顺序规则：先按pn从小到大、再按Fn从小到大的次序，即：完成一个信息点pi的所有信息类Fn的处理后，再进行下一个pi+1的处理。终端在响应主站对终端的参数或数据请求时，如终端无某项数据，且该“无某项数据”的信息需主站辨识，则终端应将该数据项内容的每个字节填写“EEH”。,（4） 应用层,1. 帧结构,5）数据单元,第三章 配电网自动化数据通信,第三章 配电网自动化数据通信,1）主站发送时间参数设置命令,（1） 参数设置,3. 配网终端与主站间通信报文解析,第三章 配电网自动化数据通信,2）终端应答,第三章 配电网自动化数据通信,1）主站发送读取实时数据命令,（2） 读实时数据,第三章 配电网自动化数据通信,2）终端应答,第三章 配电网自动化数据通信,2）终端应答,（2） 读实时数据,IEC于2000年推出IEC 60870-5-104规约。国内，电力系统控制及其通信标准技术委员会于2002年推出DL/T 634.5 104-2002规约，等同采用IEC 60870-5-104规约。国家能源局于2009年发布DL/T 634.5 104-2009规约代替DL/T 634.5 104-2002规约。,二、IEC 60870-5-104规约,1. 规约概要,第三章 配电网自动化数据通信,一个IEC 60870-5-104数据帧称为应用规约数据单元APDU（Application Protocol Data Unit），由应用规约控制信息APCI（Application Protocol Control Information）和应用服务数据单元ASDU（Application Service Data Unit）组成。,2. 应用规约数据单元的结构,第三章 配电网自动化数据通信,APCI的启动字符为68H，表示一个数据帧的开始；APDU长度为控制域开始到本帧结束的总字节数；4个八位控制域表示收发编号，前两字节为发送序号N（S），后两字节为接收序号N（R），用于检测报文丢失和报文重复传输。,2. 应用规约数据单元的结构,第三章 配电网自动化数据通信,APDU分成3种报文格式，即I格式、S格式和U格式。I格式报文用于带编号的信息传输，其结构是一个包含APCI和ASDU的完整的APDU；S格式报文只含有一个APCI，不含ASDU，收到I格式报文，若无I格式报文发给对方，则发S格式报文进行确认；U格式报文也只含有一个APCI，用于传输过程的控制，如启动子站进行数据传输（STARTDT），停止子站数据传输（STOPDT），TCP链路测试（TESTFR）等。,2. 应用规约数据单元的结构,第三章 配电网自动化数据通信,控制域的定义,a）信息传输格式类型（I格式）控制域,b）监视功能类型（S格式）控制域,c）控制功能类型（U格式）控制域,2. 应用规约数据单元的结构-控制域,第三章 配电网自动化数据通信,主站软件收到若干个I格式报文后立即发送I格式报文确认,3.发送和接收序号的维护,第三章 配电网自动化数据通信,若无I格式报文要发送则在t2时间内发S格式报文确认，t2缺省值为10秒,3.发送和接收序号的维护,第三章 配电网自动化数据通信,通信双方采取了防止报文丢失和重复传输的机制及超时时间限制措施。 对于I格式报文，馈线监控终端每发送一个I格式报文，其发送序号应加1，主站软件每接收到一个与其接收序号相等的I格式报文后，其接收序号也应加1。反之亦然。 每次重新建立TCP连接后，主站软件和配电终端的接收序号和发送序号都应清零，,3.发送和接收序号的维护,第三章 配电网自动化数据通信,在双方开始数据传送后，接收方收到一个I格式报文，应判断此I格式报文的发送序号是否等于自己的接收序号。若相等则应将自己接收序号加1。若此I格式报文的发送序号小于自己的接收序号，这意味着发送方出现了重复传送。若此I格式报文的发送序号大于自己的接收序号，这意味着发送方出现了传送丢失。当未确认I格式APDU达到k个时，发送方停止传送。对于接收方一般收到w个格式报文就必须发确认帧。k值默认为12，w值默认为8，一般要求wk。,3.发送和接收序号的维护,第三章 配电网自动化数据通信,出现报文丢失或重复传送应关闭现在的TCP连接，后重新建立TCP连接。,3.发送和接收序号的维护,第三章 配电网自动化数据通信,传输超时时间 t1,发送方的I格式或所有类型的U格式报文发出后，如果超过t1时间仍没有得到确认，则应关闭现在的TCP连接然后再重新建立新的TCP连接，t1的缺省值为15秒。,第三章 配电网自动化数据通信,传输超时时间 t3,通信任意一方在超过t3时间内未收到新的帧，且已经收到的帧都给予了确认，则此时需发送U格式的测试帧，以测试通道状态是否完好，t3的缺省值为20秒 。,第三章 配电网自动化数据通信,4.应用服务数据单元的结构,第三章 配电网自动化数据通信,第三章 配电网自动化数据通信,一个应用服务数据单元内全部信息对象有相同的结构类型和格式,4.应用服务数据单元的结构,（1）类型标识,1字节，其最高位用于确定信息对象的排列方式。最高位为“1”表示同类信息是顺序排列的，仅需指出第一个信息对象地址。最高位为“0”表示同类信息不是顺序排列的，每个信息对象地址均要给出。低7位用于确定ASDU内包含的信息对象数量，最多127个。,4.应用服务数据单元的结构,（2）可变结构限定词,第三章 配电网自动化数据通信,低6位是传送原因序号；P/N=0,肯定确认，P/N=1,否定确认；T=0，未试验，T=1，试验。源发地址：标明响应来自哪个主站的召唤。一般源发地址不用时置为0。,4.应用服务数据单元的结构,（3）传送原因,第三章 配电网自动化数据通信,第三章 配电网自动化数据通信,4.应用服务数据单元的结构,（3）传送原因,2字节，高字节为0，公共地址是和一个应用服务数据单元内的全部信息对象联系在一起。其中地址“0” 没有被使用；“255”为广播地址。例如：某个馈线监控终端的公共地址为“01 00”。,3.应用服务数据单元的结构,（4）公共地址,第三章 配电网自动化数据通信,3字节，高字节为0，最多表达65535个信息。同类信息对象的地址必须连续；首个信息对象地址一般从1开始；为了方便信息量的扩充，在每两类不同信息量之间预留部分地址空间；一旦某类信息数量超过原定预留的地址空间，必须将后续信息整体向后移动，但不能改变同类信息的先后顺序。一般由主站系统给所辖的终端规定统一的地址分配方案。,3.应用服务数据单元的结构,（5）信息对象地址,第三章 配电网自动化数据通信,第三章 配电网自动化数据通信,信息体-信息对象地址-实例,某馈线监控终端部分遥测信息。序号0对应地址为4001H，序号1对应地址为4002H；其余地址类推。,第三章 配电网自动化数据通信,信息体-信息对象地址-推荐方案,1）带品质描述词的单点遥信信息bit5-8表示配电远方终端对该遥信的品质描述词。SPI表示遥信状态，SPI=0表示开关处于合位，SPI=1表示开关处于分位；bit2-4为保留位；BL为封锁标志，BL=0表示未被封锁，BL=1表示该状态被当地封锁；SB为取代标志，SB=0表示未被取代，SB=1表示该状态被人工设置或被其他装置取代；NT为刷新标志，NT=0表示当前值，NT=1表示非当前值，表示本次刷新没有成功；IV 为有效标志，IV=0表示时标有效，IV=1表示时标无效。带品质描述词的单点遥信信息对应的报文类型标识为1，该信息带品质描述，不带时标。,4.应用服务数据单元的结构,（6）信息体元素及数据格式,第三章 配电网自动化数据通信,第三章 配电网自动化数据通信,第三章 配电网自动化数据通信,3）单点遥控命令SCS表示遥控状态，SCS=0表示控分，SCS=1表示控合；保留位RES=0；QU表示遥控输出方式，QU=0表示被控站内部确定遥控输出方式，不由控制站选择，QU=1表示短脉冲方式输出，QU=2表示长脉冲方式输出，QU=3表示持续脉冲方式输出；S/E表示遥控选择标志，S/E=0表示遥控执行命令，S/E=1表示遥控选择命令。一般遥控过程为遥控选择、遥控返校、遥控执行或遥控解除。,4.应用服务数据单元的结构,（6）信息体元素及数据格式,第三章 配电网自动化数据通信,带时标的信息往往可以在通道恢复后补充传送，但是通道中断时间是一个不确定的因素，所以仅有精确到分钟的时标是不够的。因此一般采用包含年、月、时、分、毫秒的7字节长时标。,（7）信息体时标,第三章 配电网自动化数据通信,第三章 配电网自动化数据通信,2）归一化遥测值1个归一化遥测值占用2个字节，包含15位数据位，1位符号位。遥测数据的实际值等于传输值乘以满码值。,4.应用服务数据单元的结构,（6）信息体元素及数据格式,第三章 配电网自动化数据通信,（2）SOE,5.通信报文解析,第三章 配电网自动化数据通信,（3）标度化遥测值,5.通信报文解析,第三章 配电网自动化数据通信,主站发送遥控预置的报文,（4）遥控,5.通信报文解析,第三章 配电网自动化数据通信,终端发送遥控返校的报文,（4）遥控,5.通信报文解析,第三章 配电网自动化数据通信,主站发送遥控执行的报文,（4）遥控,5.通信报文解析,第三章 配电网自动化数据通信,终端发送执行确认的报文,（4）遥控,5.通信报文解析,主站发送遥