远 动 监 控 技 术 西南交通大学电气工程学院.

Presentation on theme: "远 动 监 控 技 术 西南交通大学电气工程学院."— Presentation transcript:

1 远 动 监 控 技 术 西南交通大学电气工程学院

2 第五章 远动通讯规约 第一节 传输控制规约 第二节 远动通信规约概述 第三节 CDT远动规约 第四节 IEC60870－5-101远动规约
第一节 传输控制规约 第二节 远动通信规约概述 第三节 CDT远动规约 第四节 IEC60870－5-101远动规约 第五节 远动调试

3 远动信息 遥测信息：各种运行参数，分为电量和非电量两类。 遥信信息：断路器、隔离开关等的状态信号。
遥调信息：改变运行设备状态的命令。必须进行返送 校核。无误才能发送执行命令。 遥控信息：传送改变运行设备参数的命令。—遥视 上行信息：遥测和遥信信息。事件顺序记录，返送时 钟报文和遥控返送校核信息等。 下行信息：遥调信息遥控信息。对时功能中设置时钟 召唤时钟命令，装置复归，广播命令等。 信息属于应用层

4 计算机网络的通信规约：通信双方是计算机和计算机，或者是计算机和终端设备。
为保证双方进行有效、自动地数据通信，在发送端和接收端之间需要有一系列的约定和顺序，这种约定和顺序叫做通信控制规程（或协议），简称通信规约（或规程），也叫传输控制规程。 通信协议分：面向数据链路的底层协议和面向应用的高层协议。

5 一、 数据链路控制 线路规程：现在该谁发送？ 流量控制：可以发送多少数据？ 差错控制：如何检错及纠错？

6 （1）询问/确认：两个设备之间存在一条专用链路
1、线路规程 （1）询问/确认：两个设备之间存在一条专用链路 ENQ：询问帧；ACK：确认帧；EOT：传输结束

7 设备主动发送数据（如果有多个设备，则对信道有要求）
（2）轮询/选择 一个设备为主站，其它设备为从站 设备是否就绪？（选择） 哪个节点使用信道？（地址） （3） 主动发送 设备主动发送数据（如果有多个设备，则对信道有要求） 设备就绪可以省略，认为已准备好

8 远动信息的传输模式 循环传输模式－CDT方式：以被控端为主，被控站的远动信息按规约规定组成帧，再编排帧的顺序，周期性地以循环方式向调度端传送。信息传送是周期性的、发端不顾及收端的需要，也不需收端给以回答。 问答（查询）传输模式－Polling方式：调度端必须主动向被控端发送查询报文，被控端按调度端的查询要求发送回答报文。要保证调度端发问后收到正确的回答，必须保证有上下行信道。 自发工作方式：只有当被控端有监控信息的变化需要传输时，才向调度端发送信息。为避免信道拥挤—按优先级发。 混合工作方式：自发工作方式常与CDT、Polling结合使用。

9 告诉发送方在等待接收方的确认信号之前最多可以传送多少数据，数据流不能使接收方过载。
2、流量控制 告诉发送方在等待接收方的确认信号之前最多可以传送多少数据，数据流不能使接收方过载。 （1）停止、等待 发送方每发送一帧就等待一个确认帧 缺点：效率低

10 发送方在需要确认前可以发送若干帧，接收方使用一个ACK帧来对多个数据帧进行接收确认
（2）滑动窗口 发送方在需要确认前可以发送若干帧，接收方使用一个ACK帧来对多个数据帧进行接收确认 ——（报文给出数据长度） 滑动窗口为1则为停止确认方式。介绍出错的处理方式。

11 3、差错控制 在数据链路层，差错控制主要指检错和重传的方法。 自动请求重传（ARQ） 循环传送检错 前向纠错FEC 混合纠错HEC

12

13 除去线路规程、流量控制、差错控制以外的其它的规范，也叫链路控制规程。 可分为：异步协议（速率较低） 同步协议 （1）异步协议
二、数据链路协议 除去线路规程、流量控制、差错控制以外的其它的规范，也叫链路控制规程。 可分为：异步协议（速率较低） 同步协议 （1）异步协议 主要用在调制解调器中，引入了起始位、停止位及字符间变长的空隙。 XMODEM、YMODEM、ZMODEM、Kermit、阻塞异步传输等 异步协议：在每个字符通信都需要同步；同步通信：多个字符同步

14 （2）同步协议 面向字符的协议：将传输帧看作是连续的字符，每个字符通信包含一个字节（8比特），所有控制信息以现有字符编码（如ASCII）的形式出现 面向比特的协议：将传输帧看作是单个比特的连续流，通过它们在帧中的位置和与其它比特的组合模式来表达意义

15 面向字符的协议 面向字符的协议不如面向比特的协议效率高，现在已不太采用。
最著名的是IBM公司的二进制同步通信BSC－Binary Synchronous Communication 起始字符SYN为 ，两个同步字符之后为控制字符。STX为文本开始符，它通知接收方控制信息结束，下一字节开始为数据。ETX为文本结束符，它标志文本数据的结束。BCC是用于检错的字符，可以是单字符的纵向冗余校验码（LRC）或两个字符的循环冗余校验码（CRC）。控制帧中只有控制字符，在请求响应（轮询）控制字符中，后面还跟被轮询的从设备地址 采用停等ARQ半双工传输

16 三、面向比特的协议 面向比特的协议将传输帧看作是单个比特的连续流，通过它们在帧中的位置和与其它比特的组合模式来表达意义。1975年IBM研究开发了面向比特的协议：同步数据链路控制（SDLC）。1979年ISO基于SDLC提出了高级数据链路控制（HDLC），HDLC协议逐渐被其他组织所接受和扩展。现在使用的所有面向比特的协议要么是从HDLC派生出来的，要么是HDLC协议的改进。因此，通过了解HDLC，就有了了解其他协议的基础。

17 SDLC（Synchronous Data Link Control），即同步数据链路控制规程等。
HDLC （High-Level Data Link Control），即高级数据链路控制规程； SDLC（Synchronous Data Link Control），即同步数据链路控制规程等。

18 1、HDLC 简介 高级数据链路控制（HDLC）是为支持在点对点和多点链路上的半双工和全双工通信而设计的，采用HDLC的系统可以通过它们的站点类型、配置及响应模式进行描述。 （1）站点类型 三种不同类型的站点：主站点、从站点、复合站点 。 主站点是在点对点或多点线路配置中对链路具有完全控制的设备。主站点发送命令给从站点，从站点进行响应。复合站点既可以发送命令，也可以进行响应。

19 （2）配置 非平衡式配置（也称为主从配置）：有一个设备为主站点，其余设备均为从站点的配置方式 对称式配置：每一个物理设备在逻辑上分为两个站点，即主站点和从站点。从物理连接上说，一个物理站点的逻辑主站点和另一个物理站点的逻辑从站点用独立的线路链接在一起。 平衡式配置：在点对点的连接中两个站点都是复合型的站点，站点间由一条线路连接，并且该链路可以由任何一方控制。

20

21 （3） 通信方式 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。

22 主站和RTU间的操作原理 HDLC是基于在公共通信链路上，主站和一个或多个RTU之间进行数据交换的规约。
主站控制整个通信网络的工作，向RTU发各种控制命令，RTU只能按来自主站的命令动作，并作出响应回答。 主站可选择任意一个RTU交换数据，构成通信双方。RTU一旦被选中，既可接收来自主站信息，也可发送信息。

23 主站和RTU之间采用帧格式传送，帧结束时采用CRC校验和帧序列号校验。在接收端，对收到的信息进行校验，如发现错误，将其作废，并请求重发；在发送端，如逾期收不到接收端的“确认”响应，也自动重发。如接收到正确信息，则给予“确认”响应。 当发送端由于某种原因（如遥信优先插入）在一帧的结束前需中止现行的信息发送时，可发送一个“提前终止”符号(ABORT)。接收端一旦收到ABORT符号，把该帧中已收到的信息作废。一帧内信息不允许间断，帧与帧之间的间隔可用标志符（FLAG）或ABORT符来填充。 信息传送结束时，发送端用传送“拆除”链接命令的方法，表示它希望结束信息传送转入“空闲”（IDLE）状态。当接收端收到连续的15个“1”时，自动进入空闲状态。

24 2.HDLC的帧结构 标志F 地址A 控制C 信息I 帧检测FCS
8位 长度可变 16位 HDLC规程是面向比特（或位）的规程，即能传送任意比特的信息，信息长度不必是字符的整数倍，（与基本规程面向字符不同）。规程中用一帧表示一组完整信息，既可用于通信的控制，也可用于数据的传输。一帧信息用标志序列包封起来。 标志序列F（Flag）。固定形式的8位序列，用来划分一帧的开始和结束，可作为一帧的同步码。两帧之间用标志序列来填充，一帧内不允许用标志序列填充。

25 标志F 地址A 控制C 信息I 帧检测FCS 01111110 8位 长度可变 16位
帧标志序列必须与一帧中的其他序列形式不同，但数字序列是随机的，若出现相同，为假同步。 “0”比特插入法实现： 发送端：有监控电路，对信息码：出现连续5个“1”时，自动在第五个“1”的后面插一个“0”； 接收端：收到5个连续“1”，自动删除第五个“1”后的一个“0”。若传输中发生错码、使第六位“0”变成“1”，继续判下一位，若仍为“1”，则判出错。若下一位是“0”则判为帧标志序列，帧结束。 地址字段A：共8位，可扩充。发送时先发低位，最低位是地址扩展位，其他7位表示RTU的地址（128个）。“0”扩展，“1”无扩展。“FFH”为广播令、“00H”用于系统故障查寻，非RTU地址。

26 标志F 地址A 控制C 信息I 帧检测FCS 01111110 8位 长度可变 16位
控制字段C：8位可扩，说明帧的格式和帧的序号，帧的格式由b1、b0两位编码确定。 帧格式分： （b1 b0 ） 信息格式：用来传送数据 （× 0 ） 管理格式：用来表示接收端状况 （ 0 1 ） 非顺序格式：用于附加的链路控制功能 （ 1 1 ） 帧序号指主站和某RTU通信中，在连续进行帧的传送时，对各帧的顺序编号，由Nr=b7b6b5 表示下次希望接收的帧号、Ns=b3b2b1表示发送的帧号。 b4为询问/停止(P/F)位。 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0

27 3.HDLC的控制字段格式 信息帧(I)： 帧类别 位序号 1(b0) 2 3 4 5 6 7 8(b7) 信息帧（I） Ns P/F Nr
帧类别 位序号 1(b0) 2 3 4 5 6 7 8(b7) 信息帧（I） Ns P/F Nr 管理帧（S） 1 S 非顺序帧（U） M 信息帧(I)： 第1位：为“0”，即该帧中的信息字段用于传输数据信息 第2、3、4位：用Ns表示，Ns为发送帧的顺序编号，范 围是0～7。 第5位：P/F表示询问/终止。P是询问位，主站使用。 P=1表示主站请求RTU响应；0不要求回答； F是终止位，由RTU使用，F=1表示该帧是传输 的最后一帧，RTU将停止再传送。希望回答

28 帧类别 位序号 1(b0) 2 3 4 5 6 7 8(b7) 信息帧（I） Ns P/F Nr 管理帧（S） 1 S 非顺序帧（U） M
帧类别 位序号 1(b0) 2 3 4 5 6 7 8(b7) 信息帧（I） Ns P/F Nr 管理帧（S） 1 S 非顺序帧（U） M 管理帧(S)：控制字段中第1、2位为10。其一般作为响应帧，用于表示接收端的状态，如准备好接收、拒收等。第3、4位S是不同管理功能的编码。第5位P/F用于询问和响应。在确认和要求重发时需指明帧序号，所以该帧中也有顺序编号Nr。 非顺序帧(U)：控制字段中第1、2位为11。用于传输链路的建立或拆除，以及报告特殊情况等。第3、4、6、7、8位M编码最多可定义32种命令或响应功能。可以在序列出错后使用，使链路置于初始状态，它不受帧顺序编号检验的限制，其控制字段不包含帧序号。 管理帧、非顺序帧的具体编码格式，见书P.88,89页。

29 标志F 地址A 控制C 信息I 帧检测FCS 01111110 8位 长度可变 16位
帧校验段FCS：每一帧应有FCS字段，采用CRC 16位校验。 标志序列F不参加校验。

30 第五章 远动通讯规约 第一节 传输控制规约 第二节 远动通信规约概述 第三节 CDT远动规约 第四节 IEC60870－5-101远动规约
第一节 传输控制规约 第二节 远动通信规约概述 第三节 CDT远动规约 第四节 IEC60870－5-101远动规约 第五节 远动调试

31 (3) 定时关系：规定事件执行的顾序，即确定通信过
一、概述 所谓通信协议是指通信双方的一种约定. 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做出统一规定，通信双方必须共同遵守。通信协议应由下列三部分组成： (1) 语法：规定通信双方彼此“如何讲”，即确定协议 元素的格式，如数据控制信息的结构或格式 (2) 语义：规定通信双方彼此“讲什么”，即确定协议 元素的类型，如规定通信双方要发出何种控 制信息，执行什么动作和返回什么应答等 (3) 定时关系：规定事件执行的顾序，即确定通信过 程中通信状态的变化。如规定正确的应答关 系等

32 以往，由于没有一个统一的国际标准，各个设备厂家各自制定一套自己的通信规约。这些规约无法通用，使得各个厂家的监控系统只能配套自己的设备，各厂家设备间的互换性差，
导致：系统集成难、维护难（维护成本高）、升级难、 扩展难、使用难、投资大。 要使不同厂家的计算机能够连成网络互相通信、资源共享、更加充分的发挥计算机网络的效益，就需要一个国际范围内的标准。国际标准化组织ISO提出了开放系统互连参考模型OSI。所谓开放，就是指只要遵循OSI标准，一个系统就可以和世界上任何一个地方也遵守OSI这一标准的其它任何系统进行通信。OSI参考模型共分为7层。7层次协议分为低层协议及高层协议，低层协议是面向通信功能的协议，物理层、链路层及网络层为低层协议，其余为高层协议。

33 近年来制定了相应的国际标准和国内标准。与远动系统相关的国际标准包括：IEC 60870-5-101、103、104和IEC 61850。
链路层：由IEC l和IEC 详细描述； 应用层：基础部分由IEC ，IEC ，IEC 详细描述。网络层、传输层、会话层、表示层都为空层。应用层直接映射到链路层。 根据不同的应用领域，采用不同的标准： IEC 用于常规远动系统—低速； IEC 用于电能计量信息的接入； IEC 用于继电保护信号的接入； IEC 将101用在TCP/IP网络协议上—高速； IEC 61850用于变电站自动化系统。

34 国内： 1998年，制订了电力行业标准《DL/T634-1997 基本远动任务的配套标准》；
2002年将 DL 版改版为《DL/T /IEC 》。 并于2002年12月1日起实施。这次改版等同采用IEC 101标准，这无疑大大加快了101标准在我国的推广和应用。 101远动通信协议有其适应范围，其主要应用于发电厂、变电站与调度控制中心的生产调度数据的实时交换。

35 IEC 101规约基于POLLNG方式的顺序处理机制，一般采用顺序巡测同时穿插请求数据传送的通信方式，即通信双方一问一答的通信方式。
101规约可采用非平衡点到点方式和平衡方式。在使用非平衡点到点方式的通信系统中，通信双方一端为主站，负责通信的发起及控制命令的下发，另外一端为子站，负责响应主站。为了保证正常的通信，子站侧必须能正确响应主站要求，以保证通信过程的顺利。 101规约采用异步式字节帧格式传输，包括可变帧和固定帧两种。可变帧用于数据传送，固定帧用于确认或询问等通信问答。

36 101规约规定的主要通信过程包括： 链路状态应答 复位远方链路应答 总召唤应答 背景扫描 变化数据传送 接受遥控以及设定点命令传送 初始化等

37 二、常用远动通信规约 1、N4F N4F 系列 RTU 采用问答式 ( polling 方式) 的通讯规约，它与u4F-RTU完全相同 报文根据校验码分为3类：

38 16字节校验码报文

39 8字节校验码报文 无校验报文

40 U4F规约的容量规定

41 2、SC1801 3、DNP3.0 4、MODBUS 5、其它规约 WISP+，I2033，RP570

42 第五章 远动通讯规约 第一节 传输控制规约 第二节 远动通信规约概述 第三节 CDT远动规约 第四节 IEC60870－5-101远动规约
第一节 传输控制规约 第二节 远动通信规约概述 第三节 CDT远动规约 第四节 IEC60870－5-101远动规约 第五节 远动调试

43 一、数据链路层 1、帧格式 向通道发码规则：低字节先送，高字节后送； 字节内低位先送，高位后送 （1）同步字
同步字按通道传送顺序分为3组EB90H

44 （2）控制字 控制字节：对控制字进行描述 帧类别：说明信息字的内容 信息字数n：该帧中包含的信息字总数

45 控制字节： E：扩展位 E=0：使用已定义的帧类别； E=1：帧类别可另行定义, 以便扩展功能。 L：帧长定义位
L=0：本帧信息字数n为0；L=1：本帧有信息字 S：源站址定义位 S=1：控制字中源站址有内容，对上行信息，源站址字 节表示始发站站号，对下行信息，源站址表示主站站号 D：目的站址定义位 D=1：控制字中目的站址有内容，即代表信息到达站的站号；D=0表示目的站址字节内容为FFH, 即代表广播命令，所有站同时接收并执行此命令。 若同时S=0,D=0, 则表示源站址和目的站址无意义

46 帧类别：

47 （3）信息字 由功能码决定传送信息数据的具体内容

48

49 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
2、数据链路控制 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。 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 线路规程、流量控制、差错控制

50 差错控制： 规约采用CRC校验，控制字和信息字都是：（n、k）=(48，40) 码组 生成多项式为：G(X)=X8+X2+X+1 陪集码为FFH

51 帧传送方式： 为保证实时性，遥测分为重要、一般、次要几类，用不同的循环周期传送。对应为： A、B、C帧。
正常遥信D1帧、电度D2帧、事件顺序记录(SOE) E帧 （1）固定循环传送 用于传送A、B、C、D1、D2帧

52 （2）帧插入传送 用于传送E帧。如下图，无C帧，D1帧循环次数为D2帧的2倍，E帧取代A帧。

53 （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

54 3、CDT规约传送的信息 遥信 遥测 事件顺序记录（SOE） 电能脉冲记数值 遥控命令 设定命令 升降命令 对时 广播命令 复归命令
子站工作状态

55 4、信息的优先级排列顺序和传送时间要求 上行信息的优先级排列顺序和传送时间要求如下： 对时的子站时钟返回信息插入传送；
变位遥信、子站工作状态变化信息插入传送，要求在 1s 内送到主站； 遥控、升降命令的返送校核信息插入传送； 重要遥测安排在A帧传送,循环时间不大于3s； 次要遥测安排在B帧传送,循环时间一般不大于6s； 一般遥测安排在C帧传送,循环时间一般不大于20s； 遥信状态信息，包含子站工作状态信息，安排在D1帧 定时传送； 电能脉冲计数值安排在D2帧定时传送； 事件顺序记录安排在E帧以帧插入方式传送。

56 下行(主站至子站)命令的优先级排列： 召唤子站时钟，设置子站时钟校正值，设置子站时钟； 遥控选择、执行、撤消命令，升降选择、执行、撤消命 令，设定命令； 广播命令； 复归命令。 D帧传送的遥信状态、电能脉冲计数值是慢变化量，以几分钟至几十分钟循环传送 E帧传送的事件顺序记录是随机量，同一个事件顺序记录应分别在三个E帧内重复传送 变位遥信和遥控、升降命令的返校信息以信息字为单位优先插入传送，连送三遍 对时时钟信息字优先插入传送，并附传送等待时间，但只送一遍

57 二、应用数据定义 1、遥测 每个信息字传送两路遥测量 b11-b0 传送一路模拟量，以二进制码表示。
效。

58 2、遥信 状态位定义： b=0 表示断路器刀闸状态为断开、继电保护未动作 b=1 表示断路器或刀闸状态为闭合、继电保护动作
是否变位由调度端进行判断

59 3、SOE 功能码1与功能码2应成对，前者用80H、后者用81H 时间与对象号均用二进制码表示，b15=1表示开关状态为闭
对象号和遥信对应 功能码1与功能码2应成对，前者用80H、后者用81H 时间与对象号均用二进制码表示，b15=1表示开关状态为闭 合或继电保护动作，b15=0表示开关状态为断开或继电保护 未动作

60 4、扩展帧 上送规约中未定义的故障信息、整定值、录波数据等。 需要遵守CDT规约中链路层的规则 自定义帧类别和信息字（功能码），信息字中的数据为需要传送的内容

61 三、应用控制过程 1、遥控

62

63 说明： （1） 开关序号为二进制码。若用BCD 码表示开关序号，则Bn+2~bn+4 字节作相应 改变，如图17 所示，其中bn+2 固定为FFH,Bn+3 和Bn+4 字节表示开关序号； （2） 遥控返校字为上行信息，随机插在上行信息中不跨帧地连送三遍； （3） 图16（a）中开关序号在子站有硬件电路进行检查，若检查结果无效将Bn+1 字节内容改为FFH; （4） 遥控返校信息若超时未收到，本次命令将自动撤消； （5） 遥控过程中遇变位遥信，本次命令将自动撤消，通过子站工作状态返回信息。

64 2、设定命令 同遥控，帧类别、功能码、信息字不同 3、升降命令 4、对时 可以召唤子站时钟，并向子站发送时间 5、广播命令 用于发送冻结电能脉冲计数值的命令。被冻结的脉冲计数值发送三遍之后自动解冻。 6、复归命令 只有同步字和控制字，无信息字，也无返校