《远动规约介绍》PPT课件.ppt
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1、主要内容,通信基础知识信息编码基本知识远动规约 CDT IEC 60870-5-101 IEC 60870-5-104,通信基础知识,异步传输与同步传输,信息字节,起始位,结束位,起始位,起始位,结束位,异步传输,校验码,例如:ASCII码,字符7bit,1奇偶校验、1起始、1结束FT1.2:8bit数据位、1bit偶校验、1bit起始位、1bit结束位。,码效的计算,在异步通信中,每个字符包含7位数据位、1位奇校验位和1位终止位等。若每秒传送150个字符,则有效数据速率为:1050 bps,串行接口概念,能够完成“串-并”转换功能的电路,通常称为“通用异步收发器”典型的芯片有:Intel 8
2、250/8251,16550。,RS-232C,是美国电子工业协会指定的一种串行物理接口标准,是DCE和DTE的连接设备。广泛用于计算机与终端、计算机与计算机之间的就近连接。它是特点是点对点通信,通信距离和速度有限。,接口的电气特性:在RS-232-C中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即:逻辑“1”,-5-15V;逻辑“0”+5+15V。噪声容限为2V。即 要求接收器能识别低至+3V的信号作为逻辑“0”,高到-3V的信号作为逻辑“1”。与TTL接口使用MC1488和MC1489芯片。接口的物理结构:一般使用型号为DB-25的25芯插头座和DB-9的9芯插头座,最简单的连接只需三条接口线,即
3、“发送数据”、“接收数据”和“信号地”。全双工,不平衡方式。传输速率小于20kbps,距离小于15m。,RS-232-C接口的缺点,接口的信号电平值较高,易损坏接口电路的芯片,又因为与TTL 电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。传输速率较低,在异步传输时,波特率为20Kbps。接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式,这种共地传输容易产生共模干扰,所以抗噪声干扰性弱。传输距离有限。,RS-485,RS-485的电气特性:逻辑“1”以两线间的电压差为+(26)V表示;逻辑“0”以两线间的电压差为-(26)V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了,就不易损坏接口电
4、路的芯片,且该电平与TTL电平兼容,可方便与TTL 电路连接。RS-485的数据最高传输速率为10MbpsRS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合,抗共模干能力增强,即抗噪声干扰性好。,RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺,实际上可达 3000米,另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器,即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。RS485接口组成的半双工网络,一般只需二根连线,所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。,3、调制解调器,600Bd的中心频率1
5、500HZ,带宽要求200Hz;1200Bd的中心频率1700HZ,带宽要求400Hz。部颁CDT的典型设置:2880200;2880150;3000150;3000200Hz,波特率300/600Bd自适应。常用MODEM的标准:MODEM应满足ITU/V2.3标准MODEM速率为1200Bit 误码率:10-5,模拟调制,数字调制,AM,FM,PM,ASK,FSK,PSK,调 制,ASK,FSK,PSK,t 2t 3t 4t,t 2t 3t 4t,t 2t 3t 4t,t,t,t,t,1 0 1 1,数字信号,MODEM的发送与接收电平,发送电平:0-20dB可调接收电平:0-40dB能正
6、常工作降到 25dB以下时,应产生报警信号调制方式:移频监控FSK方式或脉冲相位调制PSK方式线路匹配阻抗:600,波特率(BAUD)是指每秒线路送出的码元个数,是速度的单位。比特率(bit/s)是信息量的单位,为每秒送出的二进制码的个数。线路传输的若是二进制码,则其波特率和比特率相等,若线路传输的是多元制码,则其信息量比波特率大,即多元制码元比二进制码元的信息量丰富。,波特率与比特率,例如:线路上每0.17毫秒送出一个 四进制码元,其波特率为600Baud,其比特率为1200bit/s,即四元制一个码元 的信息量为二进制码元的两倍。当线路的效率较低时,可以使用多元制码提高效率。,单工:单向信
7、道,两线。半双工:分时双向信道,两线。全双工:双向信道,同时进行。,通信通道的工作方式,信息编码基本知识,信息编码与抗干扰能力,自动化信息(遥测数据、遥信状态等)是用一组约定含义的二进制码序列来表示的。自动化信息在信道上传输会受到干扰而发生差错,错误的信息会导致不可预知的后果,因此对自动化信息的出错现象必须有检错、纠错能力(抗干扰能力)。增加数据通信抗干扰能力方法有二:一是使用性能佳的通道,二是利用数据通信的差错控制理论。差错控制理论主要内容就是传输控制理论与抗干扰编码技术相结合。抗干扰编码技术即检错码或纠错码技术。典型的编码有:奇偶校验码、纵横奇偶校验码、循环冗余码、汉明码,抗干扰编码基本概
8、念,为了使传送的信息有较好的抗干扰能力,需要对信息码进行改造,使码字的内部结构具有一定的规律性和相关性,以致在干扰破坏了码字部分结构时,仍能根据码字原有的内在规律性和相关性,发现甚至纠正错误,避免出错信息带来的不良影响。抗干扰编码就是对自动化信息源码序列,按照某种规律添加一定的校验码元,构成由自动化信息码序列和校验码组成的一个具有抗干扰能力的码字。添加校验码元的规律或规则不同就形成不同的编码方法。自动化信息的抗干扰编码主要有:奇偶校验码和循环冗余校验码(CRC校验),抗干扰编码基本概念(续),抗干扰编码后的信息序列记为F(x),长度为:n;其中信息源序列记为M(x),长度为k;校验码序列为R(
9、x),长度记为r(nk)。,F(x):n,通常把上述码记为(n,k)码。任意一个(n,k)码可能包含的码字最多为2k个(许用码组)。,码距与最小距离,F(x):n,码字的相似程度可以用“码距”的大小进行判断。两个同样长度(码元位数都为n)的码字之间,对应码位上不相同码元的数目,称为这两个码字之间的汉明距离,简称码距。最小距离:在一种码的所有码字集合中,任意两个码字之间的码距并非都相等。我们把所有可能的码字之间码距的最小值,称为这个码字集合的最小距离,记为dmin。,最小距离与码的检错、纠错能力,一种码的最小距离是衡量这种码抗干扰能力的重要参数。对最小码距为dmin的码,它能纠正的码字中错误的个
10、数x和能检出的码字中的错误个数y满足如下关系:纠错能力:X(dmin1)2 检错能力:y(dmin1)增大一种码的最小距离,可以提高检错和纠错能力。抗干扰编码就是对信源的k位信息序列,按照某种规律添加校验码元,以达到增大这种码的最小距离的目的,其编码效率R=k/n。,水平垂直奇偶校验码,为了提高码字的检错和纠错能力,可以采用水平垂直奇偶检验码。水平垂直奇偶检验码是水平和垂直两个方向的奇偶校验码,也称纵横奇偶校验码。这种校验码具有较强的检错能力,当码字中出现一位、二位、三位错误时,不管错误出现在何处都可以检出;出现一位错误时可以定位错误的位置,因此它具有纠正码字的一位错误和检出三位以下的错误的能
11、力。是纠1检3码。基于串口通信IEC101/102/103规约,采用FT1.2帧格式,校验方式就是水平垂直奇偶检验,最小码距4。,循环码的相关概念,在信息序列中取K位为一组,在K位后按一定规则加r位监督位构成n=K+r位长的码字,即为(n,k)分组码 线性分组码:当分组码满足每个码字中的每一位校验码元,都是本码字中某些位信息码元的线性模2和时,这个分组码为线性分组码。系统线性分组码:如果线性分组码的每个码字都满足前k位为信息位,后nk位为校验位,这个线性分组码为系统线性分组码。循环码:如果一个(n,k)线性分组码,它的2k个码字中的任何一个码字的任意次循环移位,得到的仍然是这个线性分组码中的码
12、字,这个线性分组码为循环码。远动通信的部颁CDT规约就是采用循环冗余校验码。,我国部颁循环式远动规约中规定:控制字和信息字都采用CRC效验并选用生成多项式G(x)=x3+x2+1生成(7,3)循环码,若信息序列为M=101时:求:(1)信息序列M对应的码多项式M(x)?(2)信息序列M对应的(7,3)循环码码字C?,解答:M(x)x2+1 xn-kM(x)G(x)R(x)x7-3(x2+1)(x3+x2+1)x6+x4x3+x2+1 R(x)=1 余式得校验码为:R(x)=0001得循环码码字C为1010001,远动规约,通信规约的概念,通信规约:为了保证通信双方能正确、有效、可靠地进行数据传
13、输,在信息发送和接收过程中有一系列约定,内容包括:信息格式、传输机制、同步控制、出错检测等等,以约束双方进行正确、协调地工作。简而言之:为进行通信双方的数据交换而建立的规则、标准或约定。数据传输的控制机制一般有:链路管理:即链路的建立,维持,释放。在交换数据之前,先交换一些控制信息,以建立一条逻辑连接;数据传输过程中,维持链路的畅通;当数据传送结束(或异常中止),将连接释放。数据传输:数据发送与接收确认。差错控制:防止漏发和重复发送的机制,使得通信更加可靠;流量控制:使得发送端的发送速率不要太快,要使得接收端来得及接收;,IEC系列配套协议,IEC60870-5家族相关标准 1 传输帧格式 2
14、 链路传输规则 3 应用数据的一般结构 4 应用信息元素的定义和编码IEC60870-5 5 基本应用功能 101 基本远动任务配套标准 102 电能累计量传输配套标准 103 继电保护设备信息接口配套标准 104 101的网络访问,IEC系列配套协议,IEC61850变电站通信网络和系统的系列标准主要特点互操作性面向对象的自描述数据的统一建模。分层的信息模型。(通信、公共数据类、兼容逻辑节点和数据类)应用与网络的分离,远动信息传输方式,循环数字传输模式CDT(cyclic data transmission):厂站端周期性的,周而复始的传输信息,发端不顾及收端的需要,也不要求收端给以回答。任
15、何一个被干扰的信息指望下一个循环中得到它的正确值。问答传输模式即polling方式:调度端主动向厂站端发送召唤命令,厂站端按召唤要求应答具体内容。有问才答,不问不答,有完善的差错控制,流量控制机制。基于以太网的平衡传输方式(如IEC104规约)。,部颁CDT规约概况,中华人民共和国电力行业标准DL451-91:“循环式远动规约”,简称部颁CDT规约。CDT规约规定了电网数据采集与监控系统中循环式远动规约的功能、帧结构、信息字结构和传输规则等。适用于点对点的远动通道结构及以循环字节同步方式传送远动设备与系统。CDT规约采用可变帧长度、多种帧类别循环传送、变位遥信优先传送,重要遥测量更新循环时间较
16、短,区分循环量、随机量和插入量采用不同形式传送信息,以满足电网调度安全监控系统对远动信息的实时性和可靠性的要求。,CDT规约基本知识,CDT规约是一套关于信息传输顺序、信息格式和信息内容等的约定。目的是为了远动系统正确地传送和接收信息。通信传输的报文单位是:帧。CDT规约的帧结构:,同步字:EB90EB90EB90 或D709D709D709控制字:,信息字:,控制码含义,控制码(控制字节8位),E:扩展位,0取本规约定义的帧类别;1扩展定义。L:帧长定义位,0本帧没有信息字,1有信息字。S:源站址定义位;1指定的源站站号。D:目的站址定义位。0指所有站(广播报文),1指定的目的站号。控制码正
17、常情况是以 71 出现。,帧类别含义,帧类别代码定义表(E=0),控制字其它字节含义,信息字数:源站址:目的站址:校验码:,信息字功能码字节含义,功能码:信息的序列;信息的类别,信息字功能码字节含义(续),遥测信息字数据格式,遥测数据,遥测字格式,遥测帧报文:EB90EB90EB90 71611D000073 0026042D01AE.,遥信信息字数据格式,遥信字格式,遥信状态,遥信帧报文:EB90EB90EB90 71F4100101E8 F0180100004A.,SOE信息字数据格式,SOE字格式,SOE信息,SOE帧报文:EB90EB90EB90 7126060101D6 80B800
18、1A3419 810E15048071 80B8001A3419 810E15048071.,遥控信息传输,遥控命令帧及传输过程:,注意:遥控下行命令都是有完整的帧报文,遥控返校信息不单独成帧,只是以功能码区别插入在其它帧内(替换其它帧)传送。,帧类别61遥控选择功能号E0,遥控返校功能号E1,帧类别C2遥控执行功能号E2,帧类别B3遥控撤销功能号E3,执行,遥控信息字数据格式,遥控选择(下行),遥控返校(上行),遥控执行/撤销(下行),IEC101规约概况,国家电力行业标准(DL/T634.5101-2002/IEC60870-5-101:2002基本远动任务配套标准)于2002 年9月颁布
19、,12 月实施。本标准适用于具有编码的比特串行数据传输的远动设备与系统。各区域电网为了在本地区统一、有序地应用IEC101规约,避免因为各方理解上的歧义造成同一远动装置配置多种版本的IEC101通信程序,特别地对规约内容作了细化和规定。从而形成区域性的IEC101规约。如DL/T634.5101-2002华东电网执行细则。简称华东101规约。,主 从:平时,召唤二级数据(YC数据);从 主:以变化的遥测数据响应,或者回答“无所要求的数据(单字节帧)”。如果厂站端有新的事件信息(YX变位),则在响应召唤数据的时候(可以直接响应遥信事件),将ACD置1,告诉控制端有一级数据(即事件信息)要传送。控
20、制端收到ACD=1后的信息后,马上将召唤命令改为“召唤一级数据”。主 从:召唤一级数据(事件信息);从 主:以遥信信息响应(不带时标YX,带时标的SOE等)遥信信息送完后,ACD置0,控制端又改召唤命令为“召唤二级数据”,以此反复。,1、基本通信过程(一问一答),2、IEC101报文结构,报文:一个含有完整意义的信息,是智能设备之间进行通信的基本单元,相互之间传送各类命令或数据报文。帧:一个完整的数据传送单元。通俗的说是有头有尾的一段具有完整意义的报文。按长度分可分为“固定长度帧”、“单字节帧”和“可变长度帧”,自动化信息是以可变帧长报文传输。(按帧格式级别分,可分为:FT1.1、FT1.2、
21、FT2、FT3)一帧链路层报文的基本结构:LPDU=LPCI+ASDU LPDU:链路规约数据单元;LPCI:链路规约控制信息;ASDU:应用服务数据单元。,LPDU(链路规约数据单元)=LPCI+ASDU,ASDU=数据单元标识符信息体信息体信息对象地址+信息元素集时标(可选),帧类型,固定帧长:5个字节 10 控制域 地址 校验码 16通常用于链路层的服务,在特殊场合可以替代单字节的确认帧。可变帧长:68 长度 长度 68 控制域 地址 ASDU 校验码 16用控制站与被控站的数据和命令传输。单字节帧:E5。是个确认帧,通常用于确认链路服务的数据及用户数据。,控制域的含义,FCB:帧计数位
22、,正确收到报文后改变状态,否则不改变,要求重发。FCV:帧计数有效位,FCV=1,则FCB有效,FCV0,FCB无效。ACD:要求访问一级数据。ACD=1,表示厂站端希望向主站端传输一级数据(遥信事件,遥控返校信息等)DFC:数据流控制。DFC=1,表示缓冲区满,忙,来不及接收新命令。,自动化信息的表示,“类型标识可变结构限定词”:来表示自动化信息元素集的结构,详细描述一组(单个)自动化信息的具体内容。“传送原因”:标识自动化信息传输的原因。信息体信息对象地址(序号)+信息元素集时标(可选)“厂站地址信息序号”:唯一标识调度自动化信息。,类型标识:信息对象的结构、类型和格式,可变结构限定词,S
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