電力系統(tǒng)通信規(guī)約

1、電力系統(tǒng)通信附：傳輸規(guī)約,電力系繼電保護及自動化教研室諶祥維,§附1 傳輸規(guī)約的分類,電力系統(tǒng)遠動通信規(guī)約通信規(guī)約（協(xié)議）是指通信雙方必須共同遵守的題中約定，也稱為通信控制規(guī)程或傳輸控制規(guī)程。,通信規(guī)約 內(nèi)容,信息傳送格式—收發(fā)方式、傳送速率、幀結(jié) 構(gòu)、幀同步字、位同步方式、 干擾措施等。

2、,信息傳送的具體步驟—將信息分類、分循環(huán) 周期傳送，系統(tǒng)對時數(shù)據(jù)收 集方式和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視方式。,,§附1傳輸規(guī)約的分類,通信規(guī)約分類,按傳輸模式分,循環(huán)傳輸規(guī)約（CDT）,問答式傳輸規(guī)約（Polling）,按傳輸基本單位分,面向字符的通信規(guī)約（須加起始位和停止位）,面向比特的通信規(guī)約,,,§附1 傳輸規(guī)約的分類,循

3、環(huán)傳輸規(guī)約（CDT） CDT屬于同步通信方式，其以廠站RTU為主動方，以固定速率循環(huán)地向調(diào)度端上傳數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)依規(guī)定的幀格式連續(xù)循環(huán)，周而復(fù)始地傳送。一個循環(huán)傳送的信息字越多，其傳輸延時越長，傳輸內(nèi)容出錯剔除后，在下個循環(huán)可得以補傳。 CDT采用可變幀長度，多種幀類別按不同循環(huán)周期傳送，變位遙信優(yōu)先傳送重要遙測量平均循環(huán)時間較短，區(qū)分循環(huán)量、隨機和插入量采用不同形式傳送信息。,§附1 傳輸規(guī)約的分類

4、,循環(huán)式傳輸幀格式,,區(qū)分代表不同信息內(nèi)容的各種信息字,,表示信息內(nèi)容,,用于檢錯和糾錯，提高傳輸過程的抗干擾能力，采用循環(huán)冗余校驗(CRC)。,§附1 傳輸規(guī)約的分類,問答式傳輸規(guī)約 Polling屬于異步通信方式，其以調(diào)度端主動向廠站端RTU發(fā)送查詢命令報文，子站響應(yīng)后才上傳信息。調(diào)度端收到所需信息后，才開始新一輪詢問，否則繼續(xù)向子站詢問召喚此類信息。 RTU對遙信變?yōu)樾畔?yōu)先傳送，模擬量超范圍時傳

5、送。 主站可請求子站發(fā)送某一遠動信息，也可請求發(fā)送某些類型的信息，工作方式靈活，適用于點對點、一點對多點、多點共多點環(huán)形或多點星形的遠動通信系統(tǒng)，但須全雙工或半雙工信道。,§附1 傳輸規(guī)約的分類,問答式傳輸?shù)膱笪母袷?,,,報文頭,校驗碼,數(shù)據(jù)區(qū),,,,,3~4個字節(jié),1~2個字節(jié),n個字節(jié),,,,指出雙方RTU地址、報文類型和數(shù)據(jù)區(qū)的字節(jié)數(shù)。,表示報文要傳送的信息內(nèi)容,用報文頭和數(shù)據(jù)區(qū)的字節(jié)按編碼規(guī)則運算得到，

6、用于檢錯和糾錯，可采用奇偶校驗或CRC校驗。,§附2 面向字符的通信規(guī)約,面向字符的通信規(guī)約 將數(shù)據(jù)和控制信息都編成字符，并以字符作為信息傳輸基本單位的通信規(guī)約。由于字符有獨立的完整信息傳輸結(jié)構(gòu)，傳輸中允許字符之間有間隔，故異步通信規(guī)約屬面向字符的。 二進制同步通信（BSC）規(guī)程也屬面向字符的規(guī)程，其與異步通信不同的是，其將若干字符組成數(shù)據(jù)塊一塊一塊地傳輸。,§附2 面向字符的通信規(guī)約,

7、BSC塊結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)BSC塊由控制字符、標題字符、數(shù)據(jù)塊和塊校驗字符組成。 數(shù)據(jù)分組： 如果要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)較長，可以被分為若干個數(shù)據(jù)塊（或稱為數(shù)據(jù)分組）進行傳輸。對每組數(shù)據(jù)塊進行編號（稱為序號），以示邏輯上完整的數(shù)據(jù)塊之間的關(guān)系。同時可解決傳輸過程中的數(shù)據(jù)塊重發(fā)和重收的問題。 數(shù)據(jù)塊按序發(fā)送時，序號累加。重發(fā)該數(shù)據(jù)塊時，數(shù)據(jù)塊的序號不變；接收方發(fā)現(xiàn)序號相同的數(shù)據(jù)塊（重復(fù)接收），應(yīng)予以丟棄。,§附2

8、面向字符的通信規(guī)約,校驗碼： 當(dāng)采用水平垂直奇偶校驗時，先對字符施行水平偶校驗，再對整個數(shù)據(jù)塊施行垂直偶校驗，校驗內(nèi)容包括標題（如果有標題）、正文、直至DLE ETB（組終字符）或者DLE ETX（文終字符）； 校驗結(jié)果附加在整個數(shù)據(jù)塊之后傳輸。 當(dāng)采用循環(huán)CRC校驗時，生成式選擇為: g(x)=x16+x12+X5+1校驗內(nèi)容同上。,§附2 面向字符的通信規(guī)約,數(shù)據(jù)塊格式和控制字

9、符,SYN—同步字符，實現(xiàn)接點之間點的字符同步，單同步，雙同步。,SOH—序始字符，表示報文的標題信息或報頭的開始，標題中包括源地址、 目的地址和路由指示等信息。,STX—文始字符，標志正文（數(shù)據(jù)塊）開始。,ETB—組終字符，表示報文分成多個數(shù)據(jù)塊的結(jié)束。,ETX—文終字符，標志報文文本的結(jié)束。,§附2 面向字符的通信規(guī)約,控制字符和控制序列,§附2 面向字符的通信規(guī)約,字符的轉(zhuǎn)義： 在控制字符之前

10、增加一個轉(zhuǎn)義字符（DLE）,防止數(shù)據(jù)的二義性。 BSC主要支持字符數(shù)據(jù)的傳輸，也可以支持二進制數(shù)據(jù)傳輸，但二進制數(shù)據(jù)時必須被組合，例如：七位形成一個位組。由于二進制位組合的隨機性，可能出現(xiàn)等同控制字符組的位串（例如：DLE SOH),為了保證數(shù)據(jù)的透明性（即數(shù)據(jù)中允許任意的二進制數(shù)據(jù)），同時保證這些等同控制字符組的位串不會導(dǎo)致控制的混亂，BSC采用了字符轉(zhuǎn)義的方法——字符填充法。,§附2 面向字符的通信規(guī)約

11、,字符填充法: 發(fā)送方在可能產(chǎn)生爭議的DLE位串之前再增加一個轉(zhuǎn)義字符（DLE），如 DLE DLE SOH；接收方每接收到兩個連續(xù)的DLE則丟棄其中的一個DLE。發(fā)送序列: DLE STX A DLE B STX C DLE E F G DLE ETX 傳輸序列: DLE STX A DLE DLE B STX C DLE DLE E F G DLE ETX 接收序列: DLE STX A DL

12、E B STX C DLE E F G DLE ETX,§附2 面向字符的通信規(guī)約,BSC規(guī)程評價： 不足之處：（1）控制規(guī)程與特定的字符編碼集關(guān)系過于密切，兼容性較差；（2）半雙工的停-等協(xié)議(反饋重傳)，傳輸效率較低，即使物理鏈路可以支持全雙工通信，BSC仍然不能加以利用；（3）數(shù)據(jù)塊和控制序列格式不統(tǒng)一，易引起二義性，使用不方便；（4）控制序列的差錯校驗?zāi)芰H依賴于控制字符本身的字符奇偶校驗?zāi)芰?/p>

13、，可靠性較低。 優(yōu)點： 僅需要很少的緩存容量，規(guī)程簡單，易于實現(xiàn)。,§附3 面向比特的通信規(guī)約,面向比特（位）的通信規(guī)約 面向比特的鏈路控制協(xié)議為高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議（HDLC）。,§附3 面向比特的通信規(guī)約,HDLC一般幀格式 F： “01111110”——同步符號、 幀之間的填充字符。 A：地址字段：通信對方的地址C：控制字段：用于區(qū)分幀的類型（數(shù)據(jù)幀、監(jiān)控幀、無編號

14、幀）I：信息字段：攜帶高層用戶數(shù)據(jù)，可以是任意的二進制位串；FCS：校驗碼：對A、C、I字段進行循環(huán)校驗。        g(x)=x16+x12+x5+1 （CCITT和ISO使用）；        g(x)=x16+x15+x2+1 （IBM的SDLC使用）。

15、由于幀中至少含有A（地址）、C（控制）和FCS（幀校驗序列）字段，因此，整個幀長度應(yīng)大于32位。,§附3 面向比特的通信規(guī)約,HDLC的操作方式 HDLC是通用的數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議，當(dāng)開始建立數(shù)據(jù)鏈路時，允許選用特定的操作方式。所謂鏈路操作方式，就是某站點以主站方式操作，還是以從站方式操作，或者是二者兼?zhèn)洹?在鏈路上用于控制目的站稱為主站，其它的受主站控制的站稱為從站。主站負責(zé)對數(shù)據(jù)流進行組織，并

16、且對鏈路上的差錯實施恢復(fù)。由主站發(fā)往從站的幀稱為命令幀，而由從站返回主站的幀稱響應(yīng)幀。,§附3 面向比特的通信規(guī)約,連有多個站點的鏈路通常使用輪詢技術(shù)，輪詢其它站的站稱為主站，而在點到點鏈路中每個站均可為主站。主站需要比從站有更多的邏輯功能。 在一個站連接多條鏈路的情況下，該站對于不同鏈路而言可能是主站也可能是從站。 組合站兼?zhèn)渲髡竞蛷恼镜墓δ?，其用于組合站之間信息傳輸?shù)膮f(xié)議是對稱的，即在鏈路上主

17、、從站具有同樣的傳輸控制功能，這又稱作平衡操作。那種操作時有主站、從站之分的，且各自功能不同的操作，稱非平衡操作。,§附3 面向比特的通信規(guī)約,HDLC數(shù)據(jù)傳輸模式：（1）正常響應(yīng)模式(NRM)：主站具有選擇、輪詢次站的能力，并可向次站發(fā)送命令或數(shù)據(jù)；次站只有在主站詢問時才能作為響應(yīng)傳輸數(shù)據(jù)； （2）異步響應(yīng)模式(ARM)：主站具有初始鏈路，差錯校正和邏輯拆鏈功能；次站可以主動傳輸數(shù)據(jù)； （3）異步平衡模

18、式(ABM)：任一組合站均可控制鏈路，主動傳送數(shù)據(jù)。,§附3 面向比特的通信規(guī)約,HDLC規(guī)程評價： 特點： （1）使用統(tǒng)一的幀格式：實施數(shù)據(jù)、命令和響應(yīng)傳輸方便； （2）采用‘0’位插入法（在發(fā)送端，發(fā)現(xiàn)有5個連續(xù)“1”，便在其后插入一個“0”。在接收一個幀時，每當(dāng)發(fā)現(xiàn)5個連續(xù)“1”后是“0”，則將其刪除以恢復(fù)比特流的原貌） ：使得規(guī)程可以支持任意的位流傳輸，保證了信息傳輸?shù)耐该餍裕?（3）

19、采用窗口機制和捎帶應(yīng)答：支持全雙工工作方式，允許在未收到確認的情況下，連續(xù)發(fā)送多個幀，提高了信息傳輸?shù)男剩?（4）采用幀校驗序列，并設(shè)置窗口序號：可以提高信息傳輸?shù)恼_性和可靠性。 　 面向二進制位的控制規(guī)程比面向字符型的控制規(guī)程具有較高的優(yōu)越性。,§附4 循環(huán)式傳輸規(guī)約(CDT),CDT規(guī)定了電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)中循環(huán)式遠動規(guī)約的功能、幀結(jié)構(gòu)、信息字結(jié)構(gòu)和傳輸規(guī)則等。CDT適用于點對點的遠動通道結(jié)

20、構(gòu)、循環(huán)字節(jié)同步方式傳送遠動設(shè)備與系統(tǒng)和調(diào)度所間以循環(huán)式遠動規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)實時信息的系統(tǒng)。本規(guī)約采用可變幀長度、多種幀類別循環(huán)傳送、變位遙信優(yōu)先傳送，重要遙測量更新循環(huán)時間較短，區(qū)分循環(huán)量、隨機量和插入量采用不同形式傳送信息，以滿足電網(wǎng)調(diào)度安全監(jiān)控系統(tǒng)對遠動信息的實時性和可靠性的要求。,§附4 循環(huán)式傳輸規(guī)約(CDT),幀結(jié)構(gòu),3組EB90H寫入串口為3組D709H,,,§附4 循環(huán)式傳輸規(guī)約(CDT),同步字

21、 幀的開始字符，用以保持發(fā)送端與接收同步?？刂谱?幀的說明字符，用以說明幀的特征和地址。,,E=0，幀類別取定義類別,E=1，幀類別另行定義類別,L=0，幀信息字數(shù)為0,L=1，幀信息字數(shù)為n,S=1，源站址為發(fā)信站地址,D=1，目的站址為收信站地址,D=0，目的站址內(nèi)容為FFH， 發(fā)廣播信息,§附4 循環(huán)式傳輸規(guī)約(CDT),,,§附4 循環(huán)式傳輸規(guī)約(CDT),,采用CRC校驗

22、，其生成式選擇為：G(x)=x8+x2+X+1其二進制碼為：10000111其陪集碼為：11111111將前五個字節(jié)除以生成式得余式R(x)，余式加陪集碼，即余式二進制逐位取反R(x)既為校驗碼。,,1000000000000000 01H10000111 生成式————————— 11100000 中間余式,,,

23、,校驗碼,§附4 循環(huán)式傳輸規(guī)約(CDT),信息字,,§附4 循環(huán)式傳輸規(guī)約(CDT),信息字格式遙測信息字格式一個信息字傳兩路遙測信息，b11符號位，0正，1負；b14=1溢出；b15=1數(shù)據(jù)無效。總加遙測信息字格式一個信息字傳兩路總加遙測信息，b15符號位，0正，1負。,§附4 循環(huán)式傳輸規(guī)約(CDT),遙信信息字格式 一個信息字傳兩路遙信信息，bi = 0分、未動作， bi

24、 = 1合、動作。電能脈沖信息字格式 一個信息字傳一路遙脈信息，b31 = 1數(shù)據(jù)無效，b29 = 0二進制碼、 b29 =1 BCD碼，b27~b24擴展位。,§附4 循環(huán)式傳輸規(guī)約(CDT),遙控信息遙控過程 主站發(fā)遙控命令，子站接收后，向主站不跨幀連續(xù)遍傳輸反校信息，主站收到反校信息后再發(fā)出執(zhí)行命令，若反校信息超時或收到變位信息，則撤銷執(zhí)行命令。,§附4 循環(huán)式傳輸規(guī)約(C

25、DT),遙控信息字格式,§附4 循環(huán)式傳輸規(guī)約(CDT),幀的組織方式 上行信息采用循環(huán)傳輸。按重要性和實時性不同分為： A幀-重要遙測信息，循環(huán)時長≤ 3秒、 B幀-次要遙測信息，循環(huán)時長≤ 6秒、 C幀-一般遙測信息，循環(huán)時長≤20秒， D1幀-遙信狀態(tài)信息， D2幀-電能脈沖計數(shù)值， D幀按插入方式循環(huán)發(fā)送，循環(huán)時長幾分鐘~十幾分鐘， E幀-事件順序記錄SOE，按插入的方式發(fā)送。 下行信息按需傳

26、送。優(yōu)先級順序：時鐘命令，遙控命令，廣播命令，復(fù)歸命令。,§附4 循環(huán)式傳輸規(guī)約(CDT),幀系列及信息字傳送規(guī)則 A、B、C、D1、D2按循環(huán)時間，固定各幀的排列順序循環(huán)傳送。 E幀插入傳送，同一事件分別在3個E幀中重復(fù)傳送。 子站時鐘反校信息、變位信息、遙控和升降命令的反校信息，以信息字為單位優(yōu)先插入當(dāng)前幀中傳送。,§附4 循環(huán)式傳輸規(guī)約(CDT),子站時鐘反校信息、變位信息、

27、遙控和升降命令的反校信息，以信息字為單位優(yōu)先插入當(dāng)前幀中傳送。,§附5 問答式傳輸規(guī)約,主站向RTU傳送詢問報文和重復(fù)詢問報文格式。 RTU地址：用來區(qū)別各廠站，地址范圍為00~FEH（0～254），可任意選用。 數(shù)據(jù)類型有：模擬量、狀態(tài)量、狀態(tài)變化量（變位遙信）、時標量（SOE）。 報文類型：用來說明報文的不同內(nèi)容或類型。,,,詢問第幾類，該位為1詢問第8類，所有位為0,類別詢問報文,重復(fù)詢

28、問報文,,數(shù)據(jù)相同,某位為1，該類別為新增詢問類別,§附5 問答式傳輸規(guī)約,RTU向主站端傳送確認或否定確認的報文格式 類別指按數(shù)據(jù)和信息按掃描周期不同劃分的0~8類，其中第8類為時標量。 類別標志：該數(shù)據(jù)和信息的類別號。 該格式不帶校驗碼，是因為該報文本身不帶什么重要數(shù)據(jù)，主站端處于等待確認或否定確認報文中的一個，只需核對RTU地址即可。,§附5 問答式傳輸規(guī)約,傳送數(shù)據(jù)的報文

29、格式 數(shù)據(jù)長度：用來說明本報文數(shù)據(jù)取的大小。,用低6位；上傳時，最高位為1，有SOE；次高位為1，子站RAM出錯,下傳時，取00H~FBH上傳時，取01H~FBH,上傳時，第一字節(jié)為類別標志，某位為1，該類別數(shù)據(jù)有變化,§附5 問答式傳輸規(guī)約,報文分類 下傳命令有四大類，共24條。,主站查詢RTU狀態(tài)和要求RTU傳送某些數(shù)據(jù),剛加電時，對RTU的參數(shù)初始化。,控制RTU的狀態(tài),進行診斷、同步和反送

30、校核的控制,§附5 問答式傳輸規(guī)約,上傳命令有四大類，共10條。,回答不需獲得特殊信息的主站命令或主站詢問的數(shù)據(jù)無變化時用確認報文；主站命令有誤或校驗不正確時用否定確認報文,與主站診斷報文類型相同,RTU電源剛合，子站均以電源合閘報文回答,回答主站的查詢參數(shù)組號命令和指定參數(shù)組號命令,§附5 問答式傳輸規(guī)約,主站與子站間的問答過程,§附6 IEC60870-5-101傳輸規(guī)約,101規(guī)約規(guī)

31、定了SCADA中主站與RTU間問答式數(shù)據(jù)通信的格式、規(guī)則、結(jié)構(gòu)、編碼和功能等。適用于變電站與調(diào)度所或調(diào)度所間的信息交換。101規(guī)約的模型結(jié)構(gòu),,,,第七層,第二層,第一層,傳輸應(yīng)用數(shù)據(jù)，消息如何執(zhí)行,傳輸幀格式，信息如何傳送,通訊方式，信道如何連通,增強性能結(jié)構(gòu)OSI參考模型,§附6 IEC60870-5-101傳輸規(guī)約,網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu) 101規(guī)約適用于點對點、多點對點、多點共線、多點環(huán)形和多點星形等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的遠

32、動系統(tǒng)。同道可采用全雙工或半雙工工作方式。傳輸介質(zhì)可為雙絞線、電力載波或光纖等。傳輸方式 非平衡傳輸方式—通信雙方信息發(fā)送（權(quán)）不對等，適用于各種信道工作方式。 平衡傳輸方式—通信雙方對等發(fā)送信息，僅適用于全雙工工作方式。,§附6 IEC60870-5-101傳輸規(guī)約,IEC101的幀格式,,,可變幀長 啟動字符68HLengthLength啟動字符68H控制域C鏈路地址(A)鏈路用

33、戶數(shù)據(jù)（變長）幀校驗和結(jié)束字符16H,應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元（ASDU）類型標識可變結(jié)構(gòu)限定詞傳送原因服務(wù)單元公共地址信息體地址信息體元素信息體時標,,,固定報文頭,Length Byte,固定報文尾,,數(shù)據(jù)單元標識,信息體,,ASDU,,,,,,,,,§附6 IEC60870-5-101傳輸規(guī)約,固定幀長報文,,子站向主站傳輸報文,主站向子站傳輸報文,§附6 IEC60870-5-101傳輸規(guī)

34、約,鏈路傳輸規(guī)則 鏈路服務(wù)分為S1 、S2和S3三個級別，幀超時間隔為50ms。,§附7 電力系統(tǒng)信息傳輸規(guī)約簡介,電力信息傳輸規(guī)約概況1.遠動協(xié)議（IEC60870-5）系列 IEC60870-5-1傳輸幀格式 IEC60870-5-2鏈路傳輸規(guī)則 IEC60870-5-3應(yīng)用數(shù)據(jù)的一般結(jié)構(gòu) IEC60870-5-4應(yīng)用信息元素的定義和編碼 IEC60870-5-5基本應(yīng)用功能

35、IEC60870-5-101基本遠動任務(wù)配套標準 IEC60870-5-102電力系統(tǒng)中電能累計量傳輸配套標準 IEC60870-5-103繼電保護設(shè)備信息接口配套標準 IEC60870-5-104網(wǎng)絡(luò)遠動任務(wù)的配套標準，其將101規(guī)約應(yīng)用于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議上。,§附7 電力系統(tǒng)信息傳輸規(guī)約簡介,2.數(shù)據(jù)通信協(xié)議IEC60870-6-1 標準的應(yīng)用范圍和結(jié)構(gòu)IEC60870-6-2 基本標準的應(yīng)用

36、IEC60870-6-501 TASE.1服務(wù)定義IEC60870-6-502 TASE.2協(xié)議定義IEC60870-6-503 TASE.2服務(wù)與協(xié)議IEC60870-6-504 TASE.1用戶協(xié)議IEC60870-6-601與分組交換網(wǎng)連接的端系統(tǒng)及其提供定向傳輸服務(wù)的功能性協(xié)議子集IEC60870-6-701在終端系統(tǒng)中提供TASE.1應(yīng)用服務(wù)的功能協(xié)議子集IEC60870-6-702在終端系統(tǒng)中提供TASE.2應(yīng)

37、用服務(wù)的功能協(xié)議子集IEC60870-6-802 TASE.2目標模型,§附7 電力系統(tǒng)信息傳輸規(guī)約簡介,3.配電自動化系列IEC61334-1-1 配電自動化結(jié)構(gòu)IEC61334-1-2 制定規(guī)范的導(dǎo)則IEC61334-1-4 中低壓配電網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸參量的識別IEC61334-3-1 配電網(wǎng)信號傳輸要求：頻帶與輸出電平IEC61334-3-21 配電網(wǎng)信號傳輸要求：中壓相對相隔離電容耦合裝置IEC61334-4

38、-1 數(shù)據(jù)通信規(guī)則：通信系統(tǒng)的參考模型IEC61334-4-32 數(shù)據(jù)通信規(guī)則：數(shù)據(jù)鏈路層-邏輯鏈路控制IEC61334-4-41 數(shù)據(jù)通信規(guī)則：應(yīng)用協(xié)議-配電網(wǎng)報文規(guī)范1IEC61334-4-42 數(shù)據(jù)通信規(guī)則：應(yīng)用協(xié)議-應(yīng)用層IEC61334-4-61 數(shù)據(jù)通信規(guī)則：網(wǎng)絡(luò)層-無連接協(xié)議IEC61334-5-1 低層文件集：擴頻型移頻鍵控文件,§附7 電力系統(tǒng)信息傳輸規(guī)約簡介,4.變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議系列I